CN105047653B - Igbt子模组单元及其封装模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IGBT子模组单元及其封装模块，属于半导体器件封装技术领域，解决现有压接型IGBT封装结构中辅助发射极回路的杂散参数不一致的技术问题。该IGBT子模组单元包括：IGBT芯片；发射极钼片，其一面与所述IGBT芯片的发射极的部分相接触；集电极钼片，其一面与所述IGBT芯片的集电极接触；第一导电件，其一端与所述IGBT芯片的发射极接触；安装底座，其上设置有用于容纳所述发射极钼片的第一孔洞和用于使所述第一导电件从中穿过的第二孔洞，所述安装底座的第一孔洞的边缘上还设置有卡接部件。

Description

IGBT子模组单元及其封装模块

技术领域

本发明涉及半导体器件封装技术领域，具体的说，涉及一种IGBT子模组单元及其封装模块。

背景技术

如今，IGBT作为一种主流的开关器件，其封装方式也已经多样化，目前较为普遍使用的有两种：塑封模块式和压接式。在现有压接型IGBT的典型封装结构中，IGBT芯片设置在IGBT子模组单元内，多个IGBT子模组单元被设置在陶瓷管壳内。多个IGBT芯片的栅极、发射极、辅助发射极和集电极汇流引出到陶瓷管壳外与其他器件连接。其中IGBT芯片的辅助发射极和栅极引出连接到栅极驱动电路中。

在现有的这种IGBT封装结构中，由于IGBT芯片的辅助发射极都是通过发射极铜块即主电极端子汇连到外部辅助发射极端子，导致多IGBT芯片之间的辅助发射极的路径不对称，也就造成了栅极-辅助发射极路径即栅极驱动回路的不对称，而且当模块尺寸越大、并联芯片数量越多时，这种不对称性越严重。从而造成多IGBT芯片之间控制回路杂散参数的不一致，带来IGBT芯片开关特性不一致以及多IGBT芯片并联均流异常等问题。

因此，亟需一种能够解决多IGBT芯片之间辅助发射极回路的杂散参数不一致问题的IGBT子模组单元及其封装模块。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种IGBT子模组单元及其封装模块，以解决现有的IGBT封装结构中辅助发射极回路的杂散参数不一致的技术问题。

本发明的实施例提供一种IGBT子模组单元，所述子模组单元包括：

IGBT芯片；

发射极钼片，其一面与所述IGBT芯片的发射极的部分相接触；

集电极钼片，其一面与所述IGBT芯片的集电极接触；

第一导电件，其一端与所述IGBT芯片的发射极接触；

安装底座，其上设置有用于容纳所述发射极钼片的第一孔洞和用于使所述第一导电件从中穿过的第二孔洞，所述安装底座的第一孔洞的边缘上还设置有卡接部件。

进一步的，所述发射极钼片的形状为大致的四边形，其中所述四边形的至少一个角为凹进的弧形，所述安装底座的第一孔洞的截面的形状与所述发射极钼片的形状相对应。

进一步的，所述IGBT子模组单元还包括第二导电件，其一端与所述IGBT芯片的栅极接触，所述安装底座还包括第三孔洞，其用于使所述第二导电件从中穿过。

本发明的实施例提供一种压接型IGBT封装模块，其包括：

IGBT子模组单元；

封装壳体，其包括顶部、磁环和底部，所述顶部和底部的边缘分别与磁环上下开口接合，所述顶部与所述集电极钼片另一面接触；

多个发射极凸台，所述发射极凸台设置在所述封装壳体底部上，所述安装底座通过所述卡接部件卡接在所述发射极凸台上，所述发射极凸台与所述发射极钼片另一面接触；

PCB电路板，其设置在多个所述发射极凸台之间的间隙内，所述PCB电路板上设计有辅助发射极线路，所述第一导电件另一端穿过所述第二孔洞与所述辅助发射极线路接触，所述辅助发射极线路的设计使得多个所述IGBT芯片之间辅助发射极回路的杂散参数一致。

进一步的，所述PCB电路板上设置有：

辅助发射极端子，其与所述辅助发射极线路连接；

多个所述IGBT芯片的发射极与所述辅助发射极端子之间的线路路径距离相等，使得多个所述IGBT芯片之间辅助发射极回路的杂散参数一致。

进一步的，所述PCB电路板上设计有栅极线路，所述IGBT子模组单元还包括第二导电件，所述安装底座还包括第三孔洞，其用于使所述第二导电件从中穿过，所述第二导电件一端与所述IGBT芯片的栅极接触，另一端穿过所述第三孔洞与所述栅极线路接触；

所述栅极线路的设计和所述辅助发射极线路的设计一致，所述辅助发射极线路和所述栅极线路分别设置在所述PCB电路板内的两个独立电路连接层上。

可选的，所述第一导电件和所述第二导电件为弹簧针。

进一步的，所述PCB电路板上安装有被动元器件，所述被动元器件用于优化所述辅助发射极电路和所述栅极电路。

进一步的，所述磁环为绝缘材料。

进一步的，所述封装壳体顶部和底部的材质为铜。

本发明实施例提供的IGBT子模组单元及其封装模块，IGBT芯片的栅极和发射极分别连接在PCB电路板上，通过对PCB电路板上栅极线路和辅助发射极线路汇流的设计，可以实现封装模块内每个IGBT芯片的栅极-辅助发射极回路的杂散参数的一致，从而保证器件的开关一致性以及多芯片并联均流特性。并且本发明采用的多层PCB板上可以安装电阻、电容等被动元器件，可以优化IGBT模块栅极驱动的配置，提升器件性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是本发明实施例提供的IGBT子模组单元结构示意图；

图2是本发明实施例提供的压接型IGBT封装模块的结构剖面示意图；

图3是本发明实施例提供的压接型IGBT封装模块的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的PCB电路板设计示意图。

附图标记说明：

1、IGBT芯片 2、发射极钼片 3、集电极钼片 4、第一导电件 5、安装底座 6、第一孔洞 7、第二孔洞 8、卡接部件 9、第二导电件 10、第三孔洞 11、PCB电路板12、IGBT子模组单元 13、封装壳体顶部 14、磁环 15、封装壳体底部 16、发射极凸台17、辅助发射极端子 20、辅助发射极线路 21、栅极线路 22、被动元器件 23、栅极端子24、辅助发射极接触点 25、栅极接触点 26、被动元器件安装位 71、发射极 72、栅极

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明实施例提供了一种IGBT子模组单元，如图1所示和图2所示，子模组单元包括：IGBT芯片1、发射极钼片2、集电极钼片3、第一导电件4和安装底座5。

发射极钼片2一面与IGBT芯片1的发射极71的部分相接触，集电极钼片3一面与IGBT芯片1的集电极接触，即在IGBT芯片1上的集电极侧覆盖有集电极钼片，发射极侧覆盖有发射极钼片。第一导电件4一端与IGBT芯片1的发射极71接触。安装底座5上设置有用于容纳发射极钼片2的第一孔洞6和用于使第一导电件4从中穿过的第二孔洞7，安装底座5的第一孔洞6的边缘上还设置有卡接部件8。在本发明实施例中，安装底座选用绝缘材料，例如可以为塑料、陶瓷等。

进一步的，发射极钼片2的形状为大致的四边形，其中四边形的至少一个角为凹进的弧形，安装底座5的第一孔洞6的截面的形状与发射极钼片2的形状相对应，也为大致的四边形，且四边形的一个角为凹进的弧形，使得发射极钼片2可以较为紧密的装在第一孔洞6中，并穿过第一孔洞6。

由于第一导电件4和发射极钼片2都要与IGBT芯片的发射极71直接接触，因此，在发射极钼片2上相应减小即一个角的空间，用于使第一导电件4与发射极71接触。同样的，由于安装底座5上要设置第二孔洞7，从而将第一导电件4从中引出，因此对应的安装底座5上的第一孔洞6也相应的减小即一个角的空间来设置第二孔洞7。

进一步的，IGBT子模组单元还包括第二导电件9，第二导电件9一端与IGBT芯片1的栅极72接触，安装底座5还包括第三孔洞10，第三孔洞10用于使第二导电件9从中穿过。

本发明实施例提供了一种压接型IGBT封装模块，如图1、图2和图3所示，压接型IGBT封装模块包括：IGBT子模组单元12、封装壳体和PCB电路板11。压接型IGBT封装模块包含多个IGBT子模组单元12，多个IGBT子模组单元12被设置在封装壳体内。IGBT芯片设置1在IGBT子模组单元12内，其中每一个IGBT子模组单元12由独立的IGBT芯片1、发射极钼片2、集电极钼片3、导电件以及安装底座5等部分构成。

封装壳体包括包括顶部13、磁环14和底部15，顶部13和底部15的边缘分别与磁环14上下开口接合，顶部13与集电极钼片3另一面接触，即与相对集电极钼片与IGBT芯片集电极接触面的另一面接触。封装壳体底部和顶部的材质为铜，磁环是绝缘材料，例如陶瓷。

多个发射极凸台16设置在封装壳体底部15上，安装底座5通过卡接部件8卡接在发射极凸台16上，发射极凸台16与发射极钼片2另一面接触，即与相对发射极钼片上与IGBT芯片发射极接触面的另一面接触，发射极凸台16为铜块。安装底座5设置在IGBT芯片1发射极71一侧，安装底座5上设置有第一孔洞6，发射极钼片2位于第一孔洞6内。安装底座5的表面与IGBT芯片1贴合。为便于安装IGBT子模组单元12，封装壳体底部15上设计成设置有与多个IGBT子模组单元12对应的多个发射极凸台16的结构，卡接部件8卡在发射极凸台16上，从而将IGBT子模组单元12固定在封装壳体内。

发射极凸台16的截面形状与发射极钼片2的形状以及安装底座5的第一孔洞6的截面的形状一致，为大致的四边形，其中四边形的至少一个角为凹进的弧形，安装底座5卡在发射极凸台16上，容纳在第一孔洞6里的发射极钼片2与发射极凸台16接触。

PCB电路板11设置在多个发射极凸台16之间的间隙内，PCB电路板11上设计有辅助发射极线路，第一导电件4另一端穿过第二孔洞7与辅助发射极线路接触，即相对第一导电件4上与IGBT芯片发射极接触端的另一端与辅助发射极线路接触。辅助发射极线路的设计使得多个IGBT芯片1之间辅助发射极回路的杂散参数一致。

本发明实施例提供的压接型IGBT封装模块，多个IGBT芯片的发射极分别连接在电路板上，通过对电路板上辅助发射极电路汇流的设计，使得多个IGBT芯片之间辅助发射极回路的杂散参数一致。从而保证器件的开关一致性以及多芯片并联均流特性。

IGBT子模组单元12还包括第二导电件9，安装底座5还包括第三孔洞10，第三孔洞10用于使第二导电件9从中穿过，第二导电件9一端与IGBT芯片1的栅极72接触，另一端穿过第三孔洞10与栅极线路接触。栅极线路的设计使得多个IGBT芯片1之间栅极控制回路的杂散参数一致。

第一导电件和第二导电件用来实现IGBT芯片栅极与电路板上的栅极电路的连接，以及IGBT芯片发射极与电路板上的辅助发射极电路的连接，第一导电件和第二导电件可以为导线，金属棒等等。

在本发明实施例中，第一导电件和第二导电件可以选为弹簧针。弹簧针在起到导电作用的同时，其两端可以尽可能紧密的与PCB电路板和IGBT芯片的栅极或者发射极贴合在一起。

进一步的，如图2和4所示，PCB电路板上设置有辅助发射极端子17，辅助发射极端子17一端与辅助发射极线路20连接，另一端连接栅极驱动电路。同时，PCB电路板11上设置有栅极端子23，栅极端子23一端连接栅极线路21，另一端连接栅极驱动电路。多层PCB板11内辅助发射极线路20和栅极线路21的汇流分别通过辅助发射极端子17和栅极端子23引出PCB电路板外连接到栅极驱动电路上。

多个IGBT芯片的发射极与辅助发射极端子17之间的线路路径距离相等，使得多个IGBT芯片之间辅助发射极回路的杂散参数一致。PCB电路板上设计有栅极线路21，栅极线路21的设计和辅助发射极线路20的设计一致，PCB电路板为多层PCB板，辅助发射极线路20和栅极线路21分别设置在PCB电路板内的两个独立电路连接层上。

多个IGBT芯片的发射极通过弹簧针接触到辅助发射极接触点24上，多个IGBT芯片的栅极通过弹簧针接触到栅极接触点25上。从图4中可以看到，在本发明实施例提供的辅助发射极线路20和栅极线路21上，每个IGBT芯片的辅助发射极接触点24到辅助发射极端子17之间的距离都是一样。同样，每个IGBT芯片的栅极接触点25到栅极端子23之间的距离都是一样。因此，每个IGBT芯片的栅极-辅助发射极驱动回路的杂散参数都是一致的，解决了多个IGBT芯片开关特性不一致以及并联均流异常等问题。

PCB电路板为多层PCB板，辅助发射极线路20和栅极线路21分别设置在多层PCB板内的两个独立电路连接层上，即在多层PCB板上采用一层或多层来设置辅助发射极电路或栅极电路，辅助发射极电路和栅极电路的电路连接层相互独立不干扰，同时，辅助发射极电路和栅极电路的汇流在不同的独立电路连接层内相互对称一致。

进一步的，如图2和4所示，PCB电路板11上安装有被动元器件22，被动元器件22可以安装在被动元器件安装位26上。被动元器件用于优化辅助发射极电路和栅极电路。可以根据具体使用需求在PCB电路板11上设置被动元器件22，被动元器件22可以由电阻和电容等组成，由于辅助发射极电路和栅极电路设置在PCB电路板上，设置相应的被动元器件可以优化IGBT栅极驱动的配置，提升器件性能。

本发明实施例提供的IGBT子模组单元及其封装模块，IGBT芯片的栅极和发射极分别连接在PCB电路板上，通过对PCB电路板上栅极线路和辅助发射极线路汇流的设计，可以实现封装模块内每个IGBT芯片的栅极-辅助发射极驱动回路的杂散参数的一致，从而保证器件的开关一致性以及多芯片并联均流特性。并且本发明采用的多层PCB板上可以安装电阻、电容等被动元器件，可以优化IGBT模块栅极驱动的配置，提升器件性能。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种压接型IGBT封装模块，其包括：

多个IGBT子模组单元，每个IGBT子模组单元包括：

IGBT芯片；

发射极钼片，其一面与所述IGBT芯片的发射极的部分相接触；

集电极钼片，其一面与所述IGBT芯片的集电极接触；

第一导电件，其一端与所述IGBT芯片的发射极接触；

安装底座，其上设置有用于容纳所述发射极钼片的第一孔洞和用于使所述第一导电件从中穿过的第二孔洞，所述安装底座的第一孔洞的边缘上还设置有卡接部件；

封装壳体，其包括顶部、磁环和底部，所述顶部和底部的边缘分别与所述磁环的上下开口接合，所述顶部与所述集电极钼片另一面接触；

多个发射极凸台，所述发射极凸台设置在所述封装壳体底部上，所述安装底座通过所述卡接部件卡接在所述发射极凸台上，所述发射极凸台与所述发射极钼片另一面接触；

PCB电路板，其设置在多个所述发射极凸台之间的间隙内，所述PCB电路板上设计有辅助发射极线路，所述第一导电件另一端穿过所述第二孔洞与所述辅助发射极线路接触；

所述PCB电路板上设置有：

辅助发射极端子，其与所述辅助发射极线路连接；

多个所述IGBT芯片的发射极与所述辅助发射极端子之间的线路路径距离相等，使得多个所述IGBT芯片之间辅助发射极回路的杂散参数一致。

2.如权利要求1所述的压接型IGBT封装模块，其特征在于，所述PCB电路板上设计有栅极线路，所述IGBT子模组单元还包括第二导电件，所述安装底座还包括第三孔洞，其用于使所述第二导电件从中穿过，所述第二导电件一端与所述IGBT芯片的栅极接触，另一端穿过所述第三孔洞与所述栅极线路接触；

所述栅极线路的设计和所述辅助发射极线路的设计一致，所述辅助发射极线路和所述栅极线路分别设置在所述PCB电路板内的两个独立电路连接层上。

3.如权利要求2所述的压接型IGBT封装模块，其特征在于，所述第一导电件和所述第二导电件为弹簧针。

4.如权利要求2所述的压接型IGBT封装模块，其特征在于，所述PCB电路板上安装有被动元器件，所述被动元器件用于优化所述辅助发射极电路和所述栅极电路。

5.如权利要求1所述的压接型IGBT封装模块，其特征在于，所述磁环为绝缘材料。

6.如权利要求1所述的压接型IGBT封装模块，其特征在于，所述封装壳体顶部和底部的材质为铜。