CN102768999B - 大功率整晶圆igbt封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大功率整晶圆IGBT封装结构，其特征在于它包括陶瓷底座（1）、过渡电极（2）和上盖（3），所述上盖（3）盖置于陶瓷底座（1）上，所述过渡电极（2）置于阳极电极（1-4）上，在所述过渡电极（2）上设置有门极针定位孔（2-1）、门极板定位槽（2-2）和芯片定位孔（2-3），在所述过渡电极（2）的上方自上而下依次压接有上钼片（4）、整晶圆芯片（5）和下钼片（6），在过渡电极（2）的门极针定位孔（2-1）内设置有弹性门极针单元（2-4）。本发明降低了封装装配的复杂程度，增加了电极接触面积，提高了器件工作时的散热效果，提高了器件门极驱动的可靠性。

Description

大功率整晶圆IGBT封装结构
技术领域
本发明涉及一种电力半导体器件封装结构，特别涉及一种大功率整晶圆IGBT封装结构，属于电力电子技术领域。
背景技术
绝缘栅双极晶体管——IGBT，随着应用领域的不断拓展，近年来取得了快速发展，已成为当前电力电子器件的主流产品，千安级以上的大功率IGBT已成为轻型直流输电、轨道交通、新能源等大功率变流领域的首选。
IGBT常被封装成两种结构，一种是采用芯片焊接和引线超声键合的塑料模块结构，这种结构的优点是工艺简单，缺点是只能实现单面散热，在高压大电流条件下可靠性变差。另一种是采用平板压接式封装的陶瓷模块，这种结构的优点是能够双面散热，清除了焊接热疲劳，提高了可靠性，在大功率领域应用上有明显优势，缺点是每个部件必须有很好的一致性，因此对工艺的要求极高。
IGBT芯片常被制成独立的方片单元，对陶瓷模块来说，需要在外壳电极上雕刻一些凸出的矩形电极群来封装每个芯片单元。要完全消除电极群的机械应力、焊接高温形变等诸多因素的影响，保证整个电极群表面具有很高的平整度，从而满足IGBT芯片压接式封装的要求，这将对陶瓷外壳生产的工艺控制、成品率提出考验。
随着IGBT芯片制造技术的提高，目前已研制成功一种在一个整晶圆芯片上刻蚀多个独立的IGBT器件单元，相应地需要一种新型封装外壳来实现整晶圆IGBT的封装。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种适合整晶圆IGBT封装的封装结构，能够实现IGBT所有芯片单元的门极连接和引出。
本发明的目的是这样实现的：一种大功率整晶圆IGBT封装结构，它包括陶瓷底座、过渡电极和上盖，所述陶瓷底座包括自上而下叠合同心焊接的阳极法兰、瓷环和阳极密封圈，在所述阳极密封圈内同心焊接有阳极电极，在所述瓷环的壳壁上穿接有门极引线管，在所述门极引线管的内、外端分别焊接有门极内插片和门极外插片，所述上盖盖置于陶瓷底座上，上盖包含有阴极电极和阴极法兰，所述阴极法兰同心焊接在阴极电极的外缘上；所述过渡电极置于阳极电极上，在所述过渡电极上设置有门极针定位孔、门极板定位槽和芯片定位孔，在所述过渡电极的上方自上而下依次压接有上钼片、整晶圆芯片和下钼片，在所述上钼片、整晶圆芯片和下钼片上均设置有与过渡电极上相应的芯片定位孔，在所述下钼片上还设置有门极针预留孔，在所述各部件的芯片定位孔内插置有定位插销，在过渡电极的门极针定位孔内设置有弹性门极针单元，所述弹性门极针单元包括塑料模架和多个弹性门极针，在所述塑料模架上开有与弹性门极针数量相同的弹性门极针定位孔，所述弹性门极针插置于弹性门极针定位孔内，所述弹性门极针的上端穿过门极针预留孔与整晶圆芯片上的门极弹性压接，在所述过渡电极的门极板定位槽内设置有门极引出板，所述门极引出板的下端面与阳极电极的上表面接触，上端面与弹性门极针的下端弹性压接，并与门极内插片相焊接。
所述门极引出板是三层结构，上端面为镀金层、中间为覆铜层、下面为绝缘层，绝缘层与阳极电极的上表面接触，镀金层与弹性门极针的下端弹性压接。
在所述上钼片、整晶圆芯片、下钼片、过渡电极、阴极电极和阳极电极的外缘设置有聚氟乙烯环。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、陶瓷外壳和钼片的制造工艺更简单，降低了封装装配的复杂程度，增加了电极接触面积，提高了器件工作时的散热效果。
2、弹性门极针单元实现了芯片门极引出的弹性压接，弹性门极针两端与门极引出板接触面均镀金，触点不易氧化，接触更优良，提高了器件门极驱动的可靠性。
附图说明
图1：本发明的封装结构剖面示意图。
图2：本发明的上钼片示意图。
图3：本发明的芯片示意图。
图4：本发明的下钼片示意图。
图5：下钼片B-B向剖面图。
图6：本发明的过渡电极示意图。
图7：本发明的门极引线板示意图。
图8：图7的C-C向局部剖面图（放大）。
图9：本发明的弹性门极单元示意图。
图10：图9的D-D向剖面图（放大）。
图11：图6插入弹性门极单元后的A-A向剖面图。
其中： 
陶瓷底座1
过渡电极2
上盖3
阳极法兰1-1
瓷环1-2
阳极密封圈1-3
阳极电极1-4
门极引线管1-5
门极外插片1-6
门极内插片1-7
门极针定位孔2-1
门极板定位槽2-2
芯片定位孔2-3
弹性门极针单元2-4
塑料模架2-4-1
弹性门极针2-4-2
弹性门极针定位孔2-4-3
门极引出板2-5
阴极电极3-1
阴极法兰3-2
上钼片4
整晶圆芯片5
下钼片6
门极针预留孔6-1
聚氟乙烯环7。
具体实施方式
参见图1，本发明涉及一种大功率整晶圆IGBT封装结构，主要由陶瓷底座1、过渡电极2和上盖3组成，其中陶瓷底座1包含有阳极法兰1-1、瓷环1-2、阳极密封圈1-3、阳极电极1-4、门极引线管1-5、门极外插片1-6和门极内插片1-7，阳极密封圈1-3焊接在瓷环1-2的下端面，阳极法兰1-1焊接在瓷环1-2的上端面，所述阳极法兰1-1、瓷环1-2和阳极密封圈1-3自上至下叠合同心焊接，所述阳极电极1-4同心焊接在阳极密封圈1-3中，门极引线管1-5穿接于瓷环1-2壳壁上，门极内插片1-7与处于瓷环1-2内的门极引线管1-5一端垂直焊接，门极外插片1-6水平焊接于瓷环1-2外的门极引线管1-5一端；所述上盖3盖置于陶瓷底座1上，上盖3包含有阴极电极3-1和阴极法兰3-2，所述阴极法兰3-2同心焊接在阴极电极3-1的外缘上；所述过渡电极2置于阳极电极1-4上，参见图6和图11，在所述过渡电极2上设置有门极针定位孔2-1、门极板定位槽2-2和芯片定位孔2-3，其中门极针定位孔2-1和门极板定位槽2-2根据需要封装的芯片进行设计。
管芯部分：
在所述过渡电极2的上方自上而下依次压接有上钼片4、整晶圆芯片5和下钼片6，参见图2—图4，在所述上钼片4、整晶圆芯片5和下钼片6上均设置有与过渡电极2上相应的芯片定位孔2-3，参见图4-图5在所述下钼片6上还设置有门极针预留孔6-1，在所述各部件的芯片定位孔2-3内插置有定位插销，在过渡电极2的门极针定位孔2-1内设置有弹性门极针单元2-4，参见图10，所述弹性门极针单元2-4包括塑料模架2-4-1和多个弹性门极针2-4-2，在所述塑料模架2-4-1上开有与弹性门极针2-4-2数量相同的弹性门极针定位孔2-4-3，所述弹性门极针2-4-2插置于弹性门极针定位孔2-4-3内，所述弹性门极针2-4-2的两端镀金，上端穿过门极针预留孔6-1与整晶圆芯片5上的门极弹性压接，在所述过渡电极2的门极板定位槽2-2内设置有门极引出板2-5，参见图7-图8所述门极引出板2-5是三层结构，上端面为镀金层、中间为覆铜层、下面为绝缘层，绝缘层与阳极电极1-4的上表面接触，镀金层与弹性门极针2-4-2的下端弹性压接，并与门极内插片1-7相焊接。
在所述上钼片4、整晶圆芯片5、下钼片6、过渡电极2、阴极电极3-1和阳极电极1-4的外缘设置有聚氟乙烯环7，可以保证各部件的同心压接。

Claims (3)

1.一种大功率整晶圆IGBT封装结构，其特征在于它包括陶瓷底座（1）、过渡电极（2）和上盖（3），所述陶瓷底座（1）包括自上而下叠合同心焊接的阳极法兰（1-1）、瓷环（1-2）和阳极密封圈（1-3），在所述阳极密封圈（1-3）内同心焊接有阳极电极（1-4），在所述瓷环（1-2）的壳壁上穿接有门极引线管（1-5），在所述门极引线管（1-5）的内、外端分别焊接有门极内插片（1-7）和门极外插片（1-6），所述上盖（3）包含有阴极电极（3-1）和阴极法兰（3-2），所述阴极法兰（3-2）同心焊接在阴极电极（3-1）的外缘上；所述过渡电极（2）置于阳极电极（1-4）上，在所述过渡电极（2）上设置有门极针定位孔（2-1）、门极板定位槽（2-2）和芯片定位孔（2-3），在所述过渡电极（2）的上方自上而下依次压接有上钼片（4）、整晶圆芯片（5）和下钼片（6），在所述上钼片（4）、整晶圆芯片（5）和下钼片（6）上均设置有与过渡电极（2）上相应的芯片定位孔（2-3），在所述下钼片（6）上还设置有门极针预留孔（6-1），在所述各部件的芯片定位孔（2-3）内插置有定位插销，在过渡电极（2）的门极针定位孔（2-1）内设置有弹性门极针单元（2-4），所述弹性门极针单元（2-4）包括塑料模架（2-4-1）和多个弹性门极针（2-4-2），在所述塑料模架（2-4-1）上开有与弹性门极针（2-4-2）数量相同的弹性门极针定位孔（2-4-3），所述弹性门极针（2-4-2）插置于弹性门极针定位孔（2-4-3）内，所述弹性门极针（2-4-2）的上端穿过门极针预留孔（6-1）与整晶圆芯片（5）上的门极弹性压接，在所述过渡电极（2）的门极板定位槽（2-2）内设置有门极引出板（2-5），所述门极引出板（2-5）的下端面与阳极电极（1-4）的上表面接触，上端面与弹性门极针（2-4-2）的下端弹性压接，并与门极内插片（1-7）相焊接。
2.根据权利要求1所述的一种大功率整晶圆IGBT封装结构，其特征在于所述门极引出板（2-5）是三层结构，上端面为镀金层、中间为覆铜层、下面为绝缘层，绝缘层与阳极电极（1-4）的上表面接触，镀金层与弹性门极针（2-4-2）的下端弹性压接。
3.根据权利要求1或2所述的一种大功率整晶圆IGBT封装结构，其特征在于在所述上钼片（4）、整晶圆芯片（5）、下钼片（6）、过渡电极（2）、阴极电极（3-1）和阳极电极（1-4）的外缘设置有聚氟乙烯环（7）。
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