CN107768314A - 一种平板弹性压接封装igbt用陶瓷管壳及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种平板弹性压接封装IGBT用陶瓷管壳，包含有上盖和陶瓷底座，所述上盖盖置于陶瓷底座上，所述陶瓷底座包含有发射极、发射极密封环、发射极法兰、瓷环和门极引线管，所述发射极密封环内缘同心焊接在发射极的外缘，所述发射极密封环外缘同心焊接在瓷环的下端面，所述发射极法兰同心焊接在瓷环的上端面，所述门极引线管焊接在瓷环的壳壁内，在所述发射极的正面均匀布置有多个分体式台架，每个分体式台架与发射极之间通过弹性接触机构弹性连接。本发明既保持了原有压接式封装双面散热的功能，又可以保证每个芯片通过弹性压接与钼片、集电极、发射极之间接触良好，从根本上解决了原有一体式台架封装时有部分芯片压接不良的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷管壳及其制备方法，可以实现IGBT器件的平板弹性压接式封装，属于电力电子技术领域。
背景技术
平板压接式陶瓷封装IGBT具有无焊层、无引线键合、双面散热和失效短路保护的特点，从而具有更低的热阻、更高的工作结温、更低的寄生电感、更宽的安全工作区和更高的可靠性，主要在柔性直流输电中串联应用，同时在应用环境苛刻和可靠性要求高的应用领域也很有竞争优势。
尽管平板压接式陶瓷封装IGBT在性能和可靠性上更具优势，但是要实现数十个IGBT芯片的全面积无死角均匀受力，对工艺的要求极为苛刻，陶瓷管壳作为封装实施的载体，对实现器件性能至关重要，特别是多台架发射极群的加工精度，包括台架整体平面度、台架高度、台架面和散热面平行度等综合差异必须在10μ以内。
而在制备过程中材料应力、切削应力、焊接高温形变、镀层厚度差异等许多环节都会影响其原有设计精度，从而造成封装失败。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的弱点和隐患，提供一种平板弹性压接封装IGBT用陶瓷管壳及制备方法，实现IGBT的平板弹性压接封装。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种平板弹性压接封装IGBT用陶瓷管壳，包含有上盖和陶瓷底座，所述上盖盖置于陶瓷底座上，上盖包含有集电极和集电极法兰，集电极法兰同心焊接在集电极的外缘；所述陶瓷底座包含有发射极、发射极密封环、发射极法兰、瓷环和门极引线管，所述发射极密封环内缘同心焊接在发射极的外缘，所述发射极密封环外缘同心焊接在瓷环的下端面，所述发射极法兰同心焊接在瓷环的上端面，所述门极引线管焊接在瓷环的壳壁内，其特征在于：在所述发射极的正面均匀布置有多个分体式台架，每个分体式台架与发射极之间通过弹性接触机构弹性连接。
优选地，所述弹性接触机构包括开设在发射极与分体式台架上的导柱定位孔和弹簧安置腔，一个弹簧安置腔对应两个位于其两侧的导柱定位孔，并且在导柱定位孔和弹簧安置腔内分别设置有导柱和弹簧。
优选地，所述导柱定位孔顶端有足够空间，当分体式台架与发射极紧密压接时，导柱不会顶到定位孔顶端。
一种平板弹性压接封装IGBT用陶瓷管壳的制备方法，所述分体式台架采用无氧铜型材切割而成，所述方法包括以下步骤：
分体式台架切割：合金圆盘铣刀、数控切割、预留厚度0.05-0.1mm；
发射极表面打孔/倒角：加工导柱定位孔和弹簧安置腔，加工中心制作，转速为2500转/min，推进速度为200mm/min，孔倒角0.5×45°，边倒角0.3×45°；
分体式台架精磨：采用行星轮四轴双面精磨，磨料采用500目白钢玉，转速800转/分，磨削量0.05-0.1mm；
分体式台架退火：800℃氢氮混合气氛中保温30分钟，冷却时间不低于1小时，退火后硬度35-40HV；
安装：分体式台架不电镀，通过导柱和弹簧安装在陶瓷底座上。
优选地，分体式台架精磨时每一盘为1个批次，每一个批次分体式台架厚度差异控制在10μm以内，通过进一步测量分级，使分体式台架厚度差异控制在3μm或更小的范围内。
与现有技术相比，本发明的特点在于：
1、避免了一体式台架精雕时产生的切削应力对发射极精度的影响，这常常是导致压接式封装失效的主要原因。
2、既保持了原有压接式封装双面散热的功能，又可以保证每个芯片通过弹性压接与钼片、集电极、发射极之间接触良好，从根本上解决了原有一体式台架封装时有部分芯片压接不良的问题。
3、分体式台架由于在惰性气体保护的密封环境内，因此不需要电镀，这样既可以避免镀层厚度差异对发射极精度的影响，而且裸铜接触电阻更低，器件压降更小，并且通过对分体式台架的分级筛选，可以使台架精度控制在3μm或更小的范围内，这样可以制造出性能更优异、可靠性更高的IGBT器件，为航空、军工等更高要求的应用领域服务。
4、弹性压接封装可以降低各部件的工艺难度，有利于实现规模化生产。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图。
图2为图1中A处的放大图。
图3为图1的俯视图。
其中：
集电极1
陶瓷底座2
集电极1.1
集电极法兰1.2
发射极2.1
发射极密封环2.2
发射极法兰2.3
瓷环2.4
门极引线管2.5
导柱定位孔2.1.1
弹簧安置腔2.1.2
导柱2.1.3
弹簧2.1.4
分体式台架3。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1—3所示，本发明涉及一种平板弹性压接封装IGBT用陶瓷管壳，包含有上盖1和陶瓷底座2，所述上盖1盖置于陶瓷底座2上，上盖1包含有集电极1.1和集电极法兰1.2，集电极法兰1.2同心焊接在集电极1.1的外缘，其制备工艺同普通压接式陶瓷管壳上盖制造工艺相同。
所述陶瓷底座2包含有发射极2.1、发射极密封环2.2、发射极法兰2.3、瓷环2.4和门极引线管2.5。所述发射极密封环2.2内缘同心焊接在发射极2.1的外缘，所述发射极密封环2.2外缘同心焊接在瓷环2.4的下端面，所述发射极法兰2.3同心焊接在瓷环2.4的上端面，所述门极引线管2.5焊接在瓷环2.4的壳壁内。
在所述发射极2.1的正面均匀布置有多个分体式台架3，每个分体式台架3与发射极2.1之间通过弹性接触机构弹性连接。该弹性接触机构包括开设在发射极2.1与分体式台架3上的导柱定位孔2.1.1和弹簧安置腔2.1.2，一个弹簧安置腔2.1.2对应两个位于其两侧的导柱定位孔2.1.1，并且在导柱定位孔2.1.1和弹簧安置腔2.1.2内分别设置有导柱2.1.3和弹簧2.1.4，所述导柱定位孔2.1.1顶端有足够空间，当分体式台架3与发射极2.1紧密压接时，导柱2.1.3不会顶到定位孔顶端。
所述陶瓷底座2除分体式台架3、导柱2.1.3和弹簧2.1.4以外，其发射极2.1表面仅需通过加工中心预打导柱定位孔和弹簧安置腔，其余瓷环加工工艺和瓷环金属化工艺以及法兰、电极、门极引线管钎焊工艺与普通晶闸管陶瓷底座制备工艺相同。
所述分体式台架3采用无氧铜型材切割而成，其工艺流程如下：
切割：合金圆盘铣刀、数控切割、预留厚度0.05-0.1mm，预留的厚度主要是为了后面的精磨预留。
打孔/倒角：加工导柱定位孔和弹簧安置腔，加工中心制作，S＝2500，F＝200，孔倒角0.5×45°、边倒角0.3×45°，其中S为转头的转速，单位是转/min，F为转头的推进速度，单位是mm/min；
精磨：采用行星轮四轴双面精磨，磨料采用500目白钢玉，转速800转/分，磨削量0.05-0.1mm。每一盘为1个批次，每一个批次分体式台架厚度差异可以控制在10μm以内，通过进一步测量分级，可使分体式台架厚度差异控制在3μm或更小的范围内。
退火：800℃氢氮混合气氛中保温30分钟，冷却时间不低于1小时，退火后硬度35-40HV。
安装：分体式台架不电镀，通过导柱和弹簧安装在陶瓷底座圆盘上，也可在客户处安装。
导柱采用拉挤无氧铜棒，自动断料机断料，直径公差控制在±0.02mm，长度公差控制在±0.2mm。弹簧可根据产品压力要求进行定制式采购。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种平板弹性压接封装IGBT用陶瓷管壳，包含有上盖和陶瓷底座，所述上盖盖置于陶瓷底座上，上盖包含有集电极和集电极法兰，集电极法兰同心焊接在集电极的外缘；所述陶瓷底座包含有发射极、发射极密封环、发射极法兰、瓷环和门极引线管，所述发射极密封环内缘同心焊接在发射极的外缘，所述发射极密封环外缘同心焊接在瓷环的下端面，所述发射极法兰同心焊接在瓷环的上端面，所述门极引线管焊接在瓷环的壳壁内，其特征在于：在所述发射极的正面均匀布置有多个分体式台架，每个分体式台架与发射极之间通过弹性接触机构弹性连接。
2.根据权利要求1所述的一种平板弹性压接封装IGBT用陶瓷管壳，其特征在于：所述弹性接触机构包括开设在发射极与分体式台架上的导柱定位孔和弹簧安置腔，一个弹簧安置腔对应两个位于其两侧的导柱定位孔，并且在导柱定位孔和弹簧安置腔内分别设置有导柱和弹簧。
3.根据权利要求1或2所述的一种平板弹性压接封装IGBT用陶瓷管壳，其特征在于：所述导柱定位孔顶端有足够空间，当分体式台架与发射极紧密压接时，导柱不会顶到定位孔顶端。
4.一种如权利要求3所述的平板弹性压接封装IGBT用陶瓷管壳的制备方法，其特征在于：所述分体式台架采用无氧铜型材切割而成，所述方法包括以下步骤：
分体式台架切割：合金圆盘铣刀、数控切割、预留厚度0.05-0.1mm；
发射极表面打孔/倒角：加工导柱定位孔和弹簧安置腔，加工中心制作，转速为2500转/min，推进速度为200mm/min，孔倒角0.5×45°，边倒角0.3×45°；
分体式台架精磨：采用行星轮四轴双面精磨，磨料采用500目白钢玉，转速800转/分，磨削量0.05-0.1mm；
分体式台架退火：800℃氢氮混合气氛中保温30分钟，冷却时间不低于1小时，退火后硬度35-40HV；
安装：分体式台架不电镀，通过导柱和弹簧安装在陶瓷底座上。
5.根据权利要求4所述的一种平板弹性压接封装IGBT用陶瓷管壳的制备方法，其特征在于：分体式台架精磨时每一盘为1个批次，每一个批次分体式台架厚度差异控制在10μm以内，通过进一步测量分级，使分体式台架厚度差异控制在3μm或更小的范围内。
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