CN105957861A - 一种芯片模块封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供一种芯片模块封装结构，涉及电力技术领域，能够简化工艺过程，可缩短封装时间，降低生产成本。芯片模块封装结构，包括：多个芯片；定位件，所述定位件上设置有阵列分布的孔洞单元，每个所述孔洞单元用于固定一个所述芯片；壳体，所述壳体包括顶壳、中环和底壳，所述顶壳和底壳的边缘分别与所述中环的上下开口接合，所述顶壳上固定设置有多个第一钼片，所述第一钼片与孔洞单元的位置对应，所述第一钼片的一面与所述芯片的第一极接触；多个凸台，所述凸台设置于所述壳体的底壳上，所述凸台上固定设置有所述第二钼片，所述第二钼片的一面与所述芯片的第二极接触。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及电力技术领域，尤其涉及一种芯片模块封装结构。
背景技术
现有的压接型IGBT(英文全称，Insulated Gate Bipolar Transisitor，中文：绝缘双栅极双极型晶体管)封装结构通常根据芯片来划分成多个单元称为子单元或子模组。典型的IGBT模块封装结构如图1和图2所示，包括多个子模组1，一个PCB电路板2(英文全称，Printed Circuit Board，中文：印制电路板)以及外壳3等部分，外壳3包括顶壳31、中环32和底壳33，其中顶壳31连接各子模组的集电极，底壳32连接各个子模组的发射极，栅极通过弹簧针4和PCB电路板连接，再通过PCB电路板上的电路汇集到栅极引出线5。
典型压接式IGBT模块封装流程大致可分为子模组封装、冷压焊接、模块测试，单个子模组装配过程如图3、4所示，现在一般技术是采用塑料框架实现定位作用，将集电极钼片、发射极钼片、芯片装配成一个整体单元。
IGBT子模组典型结构如图3、4所示，一般包括IGBT芯片11，塑料定位件12，发射极钼片13和集电极钼片14，弹簧针4可以和子模组集成，也可以从外部安装。图5展示了现有的压接IGBT模块内部栅极连接方式。
现有压接型IGBT模块的典型封装结构采用了独立的子模组，各IGBT子模组的栅极通过弹簧针连接到PCB板上，通过PCB板汇集后连接到模块外面，如果是FRD(Fast recovery diode，快恢复二极管)芯片，由于只包含两个电极，则不需要栅极的弹簧针。
在模块封装工艺过程中，子模组结构需完成独立装配后，再一一安装在管座上，增加了工艺过程，提高了生产成本。
发明内容
本发明的实施例提供一种芯片模块封装结构，能够简化工艺过程，可缩短封装时间，降低生产成本。
第一方面，提供一种芯片模块封装结构，包括：
多个芯片；
定位件，所述定位件上设置有阵列分布的孔洞单元，每个所述孔洞单元用于固定一个所述芯片；
壳体，所述壳体包括顶壳、中环和底壳，所述顶壳和底壳的边缘分别与所述中环的上下开口接合，所述顶壳上固定设置有多个集电极钼片，所述集电极钼片与孔洞单元的位置对应，所述第一钼片的一面与所述芯片的第一极接触；
多个发射极凸台，所述发射极凸台设置于所述壳体的底壳上，所述发射极凸台上固定设置有所述第二钼片，所述第二钼片的一面与所述芯片的第二极接触。
可选的，所述芯片包括FRD芯片或者IGBT芯片。
可选的，所述芯片为IGBT芯片时，所述IGBT芯片的第一极为集电极，所述IGBT芯片的第二极为发射极，所述芯片还包括与所述IGBT芯片的发射极位于同一面的栅极；
所述芯片模块封装结构还包括：
导电件；
PCB电路板，所述PCB电路板设置于多个所述发射极凸台之间的间隙内，所述PCB电路板上设置有栅极电路，其中所述导电件的一端与所述IGBT芯片的栅极接触，所述导电件的另一端与所述栅极电路电连接；
所述定位件上的单元设置有第一孔洞、第二孔洞和第三孔洞，所述第一孔洞的底端与所述第二孔洞的顶端连通，所述第一孔洞的底端与所述第三孔洞的顶端连通；所述第一孔洞用于容纳所述第一钼片以及所述IGBT芯片、所述第二孔洞用于容纳所述第二钼片，所述第三孔洞用于容纳所述导电件。
可选的，所述导电件为弹簧针，其中所述弹簧针的两端包含可伸缩针头。
可选的，所述导电件为弹簧针，其中所述弹簧针的一端包含可伸缩针头；所述可伸缩针头与所述IGBT芯片的栅极接触，所述弹簧针的另一端固定连接于所述芯片模块封装结构的PCB电路板上。
可选的，所述导电件的另一端采用焊接方式固定连接于所述芯片模块封装结构的PCB电路板上。
可选的，所述中环的上开口设置有第一法兰结构，所述第一法兰结构用于固定所述顶壳；
所述中环的下开口设置有第二法兰结构，所述第二法兰结构用于固定所述底壳。
可选的，所述第一法兰结构和所述第二法兰结构为导电材料，并且所述第一法兰结构上设置有第一引脚；所述第二法兰结构上设置有第二引脚。
可选的，所述中环的侧壁上设置有通孔，所述通孔中镶嵌有第三引脚，其中所述第三引脚与所述栅极电路电连接。
可选的，所述中环的材料为绝缘材料。
可选的，所述顶壳和底壳为铜。
本发明的实施例提供的芯片模块封装结构，包括多个芯片、定位件、壳体和多个发射极凸台；其中，所述定位件上设置有阵列分布的孔洞单元，每个所述孔洞单元用于固定一个所述芯片；所述壳体包括顶壳、中环和底壳，所述顶壳和底壳的边缘分别与所述中环的上下开口接合，所述顶壳上固定设置有多个集电极钼片，所述集电极钼片与孔洞单元的位置对应，所述第一钼片的一面与所述芯片的第一极接触；发射极凸台设置于所述壳体的底壳上，所述发射极凸台上固定设置有所述第二钼片，所述第二钼片的一面与所述芯片的第二极接触。上述方案中，第一钼片固定于顶壳，第二钼片固定于底壳的凸台上，装配时，只需一个简单的芯片定位工装，就可实现芯片模块的封装，大大简化了工艺过程，可缩短封装时间。
此外，现有技术中子模组在装配后仍然保持着不完全压紧的状态，这样可能会在测试，搬运及应用时由于振动等原因导致零件之间产生摩擦而损坏芯片；或者配合过紧可能会在装配时损坏芯片，本发明采用第一钼片固定于顶壳，第二钼片固定于底壳的凸台上，无需装配子模组结构，从而无需担心子模组的失效，简化了模块结构，可降低生产成本。
子模组中由于芯片上下两侧钼片的累计偏差，会导致各个子模组间压力施加不均匀，严重时会影响整个芯片模块的接触可靠性。本发明中分别将第一钼片固定于顶壳，第二钼片固定于底壳的凸台上，由于这种一体成型的方式可以有效控制钼片间的厚度偏差，从而保证各个芯片上间压力的均匀性，提高了可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种IGBT模块封装结构的截面结构示意图；
图2为现有技术提供的一种IGBT模块封装结构的爆炸图；
图3为现有技术提供的一种压接式IGBT子模组的结构示意图；
图4为现有技术提供的一种压接式IGBT子模组的爆炸图；
图5为现有技术提供的一种压接式IGBT子模组的内部连接方式示意图；
图6为本发明的实施例提供一种芯片模块封装结构的爆炸图；
图7为本发明的实施例提供顶壳结构示意图；
图8为本发明的实施例提供底壳结构示意图；
图9为本发明的另一实施例提供的一种芯片模块封装结构的爆炸图；
图10为本发明的实施例提供的导电件的连接方式示意图；
图11为本发明的实施例提供的一种定位件的孔洞单元的结构示意图。
附图标记：
芯片-11；
第一钼片-12；
第二钼片-13；
定位件-14；
壳体-15；
顶壳-151；
中环-152；
底壳-153；
凸台-16；
导电件-17；
PCB电路板-18；
第一法兰结构-f1；
第二法兰结构-f2；
集电极引脚-P1；
发射极引脚-P2；
栅极引脚-P3；
第一孔洞-h1；
第二孔洞-h2；
第三孔洞-h3；
通孔-h4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在现有技术中，压接型IGBT模块的典型封装结构采用了独立的子模组，在模块封装工艺过程中，子模组结构需完成独立装配后，再一一安装在管座上，增加了工艺过程，提高了生产成本。为避免上述问题发生，本发明的实施例提供的芯片模块封装结构，在壳体的顶壳上固定设置有多个第一钼片，第一钼片与定位件的孔洞的位置对应，第一钼片的一面与芯片的第一极接触；第二钼片固定设置于底壳的凸台上，装配时，只需一个简单的芯片定位工装，就可实现芯片模块的封装，大大简化了工艺过程，可缩短封装时间。
具体的，参照图6、7和8所示，本发明的实施例提供了一种IGBT模块封装结构的爆炸图，包括：多个芯片11、定位件14、壳体15和多个凸台16；
定位件14，所述定位件14上设置有阵列分布的孔洞单元，每个所述孔洞单元用于固定一个所述芯片11；
壳体15，所述壳体包括顶壳151、中环152和底壳153，所述顶壳151和底壳153的边缘分别与所述中环152的上下开口接合，所述顶壳151上固定设置有多个第一钼片12，所述第一钼片12与孔洞单元的位置对应，所述第一钼片12的一面与所述芯片11的第一极接触；
多个凸台16，所述凸台16设置于所述壳体15的底壳163上，所述凸台16上固定设置有所述第二钼片13，所述第二钼片13的一面与所述芯片的第二极接触。
其中，所述芯片11包括FRD芯片或者IGBT芯片，芯片为FRD芯片是，芯片的两面分别为FRD的阴阳两极。
本发明的实施例提供的芯片模块封装结构，包括多个芯片、定位件、壳体和多个发射极凸台；其中，所述定位件上设置有阵列分布的孔洞单元，每个所述孔洞单元用于固定一个所述芯片；所述壳体包括顶壳、中环和底壳，所述顶壳和底壳的边缘分别与所述中环的上下开口接合，所述顶壳上固定设置有多个集电极钼片，所述集电极钼片与孔洞单元的位置对应，所述第一钼片的一面与所述芯片的第一极接触；发射极凸台设置于所述壳体的底壳上，所述发射极凸台上固定设置有所述第二钼片，所述第二钼片的一面与所述芯片的第二极接触。上述方案中，第一钼片固定于顶壳，第二钼片固定于底壳的凸台上，装配时，只需一个简单的芯片定位工装，就可实现芯片模块的封装，大大简化了工艺过程，可缩短封装时间。
此外，现有技术中子模组在装配后仍然保持着不完全压紧的状态，这样可能会在测试，搬运及应用时由于振动等原因导致零件之间产生摩擦而损坏芯片；或者配合过紧可能会在装配时损坏芯片，本发明采用第一钼片固定于顶壳，第二钼片固定于底壳的凸台上，无需装配子模组结构，从而无需担心子模组的失效，简化了模块结构，可降低生产成本。
现有技术中子模组中由于芯片上下两侧钼片的累计偏差，会导致各个子模组间压力施加不均匀，严重时会影响整个芯片模块的接触可靠性。本发明中分别将第一钼片固定于顶壳，第二钼片固定于底壳的凸台上，由于这种一体成型的方式可以有效控制钼片间的厚度偏差，从而保证各个芯片上间压力的均匀性，提高了可靠性。
此外，芯片为IGBT芯片时，所述IGBT芯片的第一极为集电极，所述IGBT芯片的第二极为发射极，所述芯片还包括与所述IGBT芯片的发射极位于同一面的栅极；
如图9、10所示，所述芯片模块封装结构还包括：
导电件17；
PCB电路板18，所述PCB电路板设置于多个所述凸台16之间的间隙内，所述PCB电路板18上设置有栅极电路，其中所述导电件17的一端与所述IGBT芯片的栅极接触，所述导电件17的另一端与所述栅极电路电连接；
如图11所示，定位件17上的孔洞单元设置有第一孔洞h1、第二孔洞h2和第三孔洞h3，所述第一孔洞h1的底端与所述第二孔洞h2的顶端连通，所述第一孔洞h1的底端与所述第三孔洞h3的顶端连通；所述第一孔洞h1用于容纳所述第一钼片12以及所述IGBT芯片11、所述第二孔洞h2用于容纳所述第二钼片13，所述第三孔洞h3用于容纳所述导电件17。
其中，所述导电件17为弹簧针，其中所述弹簧针的两端包含可伸缩针头。这样弹簧针通过两端的针头分别与IGBT芯片的栅极和PCB电路板的栅极电路以触点方式连接；但这种方式使每个IGBT芯片栅极通过导电件连接到PCB板经过两个触点，电路可靠性不高；为了提高电路可靠性，一种方案为，导电件采用弹簧针，其中弹簧针的一端包含可伸缩针头；所述可伸缩针头与所述IGBT芯片的栅极接触，所述弹簧针的另一端固定连接于所述芯片模块封装结构的PCB电路板上。如图10所示，导电件17的另一端固定连接于所述IGBT模块封装结构的PCB电路板18上。示例性的，导电件17的另一端采用焊接方式固定连接于所述IGBT模块封装结构的PCB电路板14上。
当IGBT子模组个数较多时，由于导电件的另一端固定连接于IGBT模块封装结构的PCB电路板上，仅一端做为自由端与IGBT芯片的栅极接触，使得每个IGBT芯片栅极通过导电件连接到PCB板只经过一个触点，可靠性得到大幅提高。
此外，在现有技术中导电件通常作为IGBT子模组的一个零件，这样会使得子模组的设计制作更为复杂，如果导电件不和IGBT子模组结合，则IGBT模块封装结构装配时需将导电件一个个分别安装，操作变得复杂。本发明将导电件和PCB电路板预先固定连接，使得导电件和PCB电路板作为一个整体部件。这不但使得IGBT芯片的栅极连接结构得到简化，同时安装操作也变得方便。
其中，如图6、9所示，所述中环152的上开口设置有第一法兰结构f1，所述第一法兰结构f1用于固定所述顶壳151；所述中环152的下开口设置有第二法兰结构f2，所述第二法兰结构f2用于固定所述底壳153。所述第一法兰结构f1和所述第二法兰结构f2为导电材料，并且所述第一法兰结构f1上设置有集电极引脚P1；所述第二法兰结构f2上设置有发射极引脚P2。所述顶壳151和底壳153为铜。
所述中环152的侧壁上设置有通孔h4(图中未示出)，所述通孔h4中镶嵌有栅极引脚P3，其中所述栅极引脚P3与所述栅极电路电连接。所述中环152的材料为绝缘材料。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种芯片模块封装结构，其特征在于，包括：
多个芯片；
定位件，所述定位件上设置有阵列分布的孔洞单元，每个所述孔洞单元用于固定一个所述芯片；
壳体，所述壳体包括顶壳、中环和底壳，所述顶壳和底壳的边缘分别与所述中环的上下开口接合，所述顶壳上固定设置有多个第一钼片，所述第一钼片与孔洞单元的位置对应，所述第一钼片的一面与所述芯片的第一极接触；
多个凸台，所述凸台设置于所述壳体的底壳上，所述凸台上固定设置有所述第二钼片，所述第二钼片的一面与所述芯片的第二极接触。
2.根据权利要求1所述的芯片模块封装结构，其特征在于，所述芯片包括FRD芯片或者IGBT芯片。
3.根据权利要求1所述的芯片模块封装结构，其特征在于，所述芯片为IGBT芯片时，所述IGBT芯片的第一极为集电极，所述IGBT芯片的第二极为发射极，所述芯片还包括与所述IGBT芯片的发射极位于同一面的栅极；
所述芯片模块封装结构还包括：
导电件；
PCB电路板，所述PCB电路板设置于多个所述发射极凸台之间的间隙内，所述PCB电路板上设置有栅极电路，其中所述导电件的一端与所述IGBT芯片的栅极接触，所述导电件的另一端与所述栅极电路电连接；
所述定位件上的孔洞单元设置有第一孔洞、第二孔洞和第三孔洞，所述第一孔洞的底端与所述第二孔洞的顶端连通，所述第一孔洞的底端与所述第三孔洞的顶端连通；所述第一孔洞用于容纳所述第一钼片以及所述IGBT芯片、所述第二孔洞用于容纳所述第二钼片，所述第三孔洞用于容纳所述导电件。
4.根据权利要求3所述芯片模块封装结构，其特征在于，所述导电件为弹簧针，其中所述弹簧针的两端包含可伸缩针头。
5.根据权利要求3所述的芯片模块封装结构，其特征在于，所述导电件为弹簧针，其中所述弹簧针的一端包含可伸缩针头；所述可伸缩针头与所述IGBT芯片的栅极接触，所述弹簧针的另一端固定连接于所述芯片模块封装结构的PCB电路板上。
6.根据权利要求5所述的芯片模块封装结构，其特征在于，所述导电件的另一端采用焊接方式固定连接于所述芯片模块封装结构的PCB电路板上。
7.根据权利要求1所述的芯片模块封装结构，其特征在于，所述中环的上开口设置有第一法兰结构，所述第一法兰结构用于固定所述顶壳；
所述中环的下开口设置有第二法兰结构，所述第二法兰结构用于固定所述底壳。
8.根据权利要求7所述的芯片模块封装结构，其特征在于，所述第一法兰结构和所述第二法兰结构为导电材料，并且所述第一法兰结构上设置有第一引脚；所述第二法兰结构上设置有第二引脚。
9.根据权利要求3所述的芯片模块封装结构，其特征在于，所述中环的侧壁上设置有通孔，所述通孔中镶嵌有第三引脚，其中所述第三引脚与所述栅极电路电连接。
10.根据权利要求1所述的芯片模块封装结构，其特征在于，所述中环的材料为绝缘材料。
11.根据权利要求1所述的芯片模块封装结构，其特征在于，所述顶壳和底壳为铜。
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