CN110416187A - 一种新型压接式igbt内部封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于IGBT技术领域，涉及一种新型压接式IGBT内部封装结构，采用了一种具备可压缩性、导电、导热性能优良的高导电高导热弹性材料层。一方面，这种材料层的高导电导热特性可以分别替代现有的压接式IGBT模块内部钼片、银片的作用，甚至当这种高导电导热材料加工工艺提升后，工作特性满足的话可以同时替代钼片和银片；另一方面，这种材料层的引入可以将现有压接式内部结构中各层的硬接触转换为软接触，在保证模块压力均衡性的同时，又能保证模块内部的导热性及导电性。该新型压接式IGBT内部封装结构，在保证压接模块优良性能的同时，简化了陶瓷管壳封装压接式IGBT的封装工艺，解决了压接式IGBT模块的压力均衡性问题。

Description

一种新型压接式IGBT内部封装结构
技术领域
本发明属于IGBT技术领域，涉及IGBT封装结构，具体涉及一种新型压接式IGBT内部封装结构。
背景技术
IGBT是一种复合型器件，既有MOSFET易驱动的特点，又有功率晶体管高电压、大电流等特点，是世界公认的电力电子第三次技术革命代表性产品。
压接式IGBT与焊接式IGBT相比较，具有双面散热、更宽广的安全工作区(SOA)、更高的工作结温、高可靠性等优点，在要求器件高可靠性及串联使用的领域具有非常广阔的市场前景。现在市场上常见的压接式IGBT主要有两种封装形式，一种与晶闸管、GTO、IGCT等常规功率器件外观类似，以IXYS、东芝等产品为代表；另一种为内部具有弹簧结构的平板式IGBT，以ABB产品为代表。
目前，市场上公开销售的压接式IGBT模块有平板式和圆饼式两种结构，平板式IGBT模块采用内部弹簧压接封装，圆饼式IGBT模块封装内部结构为栅格状分布。平板式IGBT模块的内部结构参见图1，其封装采用弹簧5-钼层3-银铝金属层6-硅芯片7-焊料8-钼板13的内部结构，通过钼板13和弹簧结构将芯片的电极引出；圆饼式IGBT模块的内部结构参见图2，其封装采用钼层3-IGBT芯片/FRD芯片1-钼层3-银层4的内部结构，通过硬接触将芯片的电极引出。
上述现有的压接式IGBT结构，虽然其性能等已经可以满足应用需求，但结构、加工工艺等仍存在较多缺点，具体包括：①平板式IGBT模块的内部结构：首先，对弹簧5的特性有较高的特殊要求，要求弹簧5将接触压力传输给芯片，而且要保证压力均衡；同时具有弹簧减震作用，可以缓解外力对芯片的影响，对芯片起到很好的保护作用；其次，需要灌封硅凝胶9，工艺复杂，且工艺的稳定性很难保证。②圆饼式IGBT模块的管壳12含有凸台，管壳12上方设有电路板11，钼层3-IGBT芯片/FRD芯片1-钼层3-银层4这一结构压接固定于定位架10上；管壳12在加工的过程中不可避免的存在形变，导致压接式IGBT模块的内部结构压力不均衡，芯片电流通流能力不平衡，无法保证压接式IGBT模块高的可靠性；且由于管壳12形变量随着管壳12尺寸的加大不断增加，很难保证多芯片并联时的压力均衡及电流均衡。此外，现有的IGBT模块结构均不支持焊接式芯片在压接结构中的应用，导致压接器件的核心技术仅掌握在少数具备压接芯片研制能力的企业手中，这并不利于压接器件技术的发展及产品的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种新型压接式IGBT内部封装结构，通过采用一种具备可压缩性、导电、导热性能优良的新型材料，由于其热、电、力学特性稳定，寿命长，能够进一步提升压接IGBT模块的应用可靠性。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种新型压接式IGBT内部封装结构，包括IGBT芯片/FRD芯片，所述IGBT芯片/FRD芯片的上层为高导电高导热弹性材料层，所述IGBT芯片/FRD芯片的下层依次为钼层、银层或高导电高导热弹性材料层。
第二方面，本发明还提供了一种新型压接式IGBT内部封装结构，包括IGBT芯片/FRD芯片，所述IGBT芯片/FRD芯片的上层、下层均为高导电高导热弹性材料层。
进一步地，位于IGBT芯片/FRD芯片下层的高导电高导热弹性材料层的下层还设置有银层。
第三方面，本发明还提供了一种新型压接式IGBT内部封装结构，包括IGBT芯片/FRD芯片，所述IGBT芯片/FRD芯片的上层为钼层，所述IGBT芯片/FRD芯片的下层为高导电高导热弹性材料层。
进一步地，所述高导电高导热弹性材料层的下方设置有银层。
进一步地，所述高导电高导热弹性材料层与IGBT芯片/FRD芯片之间设置有钼层。
上述方案中提到的新型压接式IGBT内部封装结构，所述高导电高导热弹性材料层的导热系数不小于100W/(m·k)，所述高导电高导热弹性材料层的电导率不小于1×104S/cm，所述高导电高导热弹性材料层的可压缩厚度不小于0.1mm。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：通过增加高导电高导热弹性材料层的设计，由于高导电材料层的可压缩性，改善了压接式IGBT封装结构的表面接触，将现有压接式内部结构中各层的硬接触转换为软接触，降低了接触热阻，并且可以有效补偿接触表面的平坦度变化；此外，该材料的高导电性和导热性，能保证芯片具有均衡的通流能力，同时有效减少面内热点分布并提高IGBT模块热传导能力，提高IGBT模块的可靠性并延长使用寿命。
附图说明
图1为传统平板式IGBT模块的内部结构图；
图2为传统圆饼式IGBT模块的内部结构图；
图3为本发明提供的第一种新型压接式IGBT内部封装结构图；
图4为本发明提供的第二种新型压接式IGBT内部封装结构图；
图5为本发明提供的第三种新型压接式IGBT内部封装结构图；
图6为本发明提供的第四种新型压接式IGBT内部封装结构图；
图7为本发明提供的第五种新型压接式IGBT内部封装结构图；
图8为本发明提供的第六种新型压接式IGBT内部封装结构图；
图9为本发明提供的第七种新型压接式IGBT内部封装结构图。
其中：1、IGBT芯片/FRD芯片；2、高导电高导热弹性材料层；3、钼层；4、银层；5、弹簧；6、银铝金属层；7、硅芯片；8、焊料；9、硅胶；10、定位架；11、电路板；12、管壳；13、钼板。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1：
参见图3所示，本发明提供了一种新型压接式IGBT内部封装结构，包括高导电高导热弹性材料层2-IGBT芯片/FRD芯片1-钼层3-银层4结构，具体包括：IGBT芯片/FRD芯片1，IGBT芯片/FRD芯片1的上层为高导电高导热弹性材料层2，所述IGBT芯片/FRD芯片1的下层依次为钼层3、银层4。
进一步地，高导电高导热弹性材料层2，其导热系数不小于100W/(m·k)，电导率不小于1×104S/cm，可压缩厚度不小于0.1mm；该高导电高导热弹性材料的可压缩性改善了压接式IGBT封装结构的表面接触，将现有压接式内部结构中各层的硬接触转换为软接触，降低了接触热阻，并且可以有效补偿接触表面的平坦度变化，便于更换；该材料的高导电性和导热性，能保证芯片具有均衡的通流能力，同时有效减少面内热点分布并提高模块热传导能力，提高模块的可靠性，延长其使用寿命。
综上，该新型压接式IGBT内部封装结构，在保证压接模块优良性能的同时，极大简化了压接IGBT封装工艺、提升了压接IGBT模块应用可靠性及寿命，同时降低了压接IGBT模块对于芯片、管壳12等的苛刻要求。该封装结构，对于芯片，不再局限于压接式IGBT芯片/FRD芯片1，普通的IGBT芯片/FRD芯片1也可以通过该结构设计实现对IGBT模块的封装。
实施例2：
参见图4所示，本发明提供了一种新型压接式IGBT内部封装结构，包括高导电高导热弹性材料层2-IGBT芯片/FRD芯片1-高导电高导热弹性材料层2结构，具体包括：IGBT芯片/FRD芯片1，IGBT芯片/FRD芯片1的上层、下层均为高导电高导热弹性材料层2。
进一步地，位于IGBT芯片/FRD芯片1下层的高导电高导热弹性材料层2的下层还设置有银层4，参见图5所示。
实施例3：
参见图6所示，本发明提供了一种新型压接式IGBT内部封装结构，包括钼层3-IGBT芯片/FRD芯片1-高导电高导热弹性材料层2结构，具体包括：IGBT芯片/FRD芯片1，所述IGBT芯片/FRD芯片1的上层为钼层3，所述IGBT芯片/FRD芯片1的下层为高导电高导热弹性材料层2。
进一步地，高导电高导热弹性材料层2的下方设置有银层4，参见图7。
进一步地，高导电高导热弹性材料层2与IGBT芯片/FRD芯片1之间设置有钼层3，参见图8。
实施例4：
参见图9所示，本发明提供了一种新型压接式IGBT内部封装结构，包括高导电高导热弹性材料层2-IGBT芯片/FRD芯片1-钼层3-高导电高导热弹性材料层2结构，具体包括：IGBT芯片/FRD芯片1，IGBT芯片/FRD芯片1的上层为高导电高导热弹性材料层2，IGBT芯片/FRD芯片1的下层依次为钼层3、高导电高导热弹性材料层2。
进一步地，上述七种新型压接式IGBT内部封装结构，高导电高导热弹性材料层2的导热系数不小于100W/(m·k)，电导率不小于1×104S/cm，可压缩厚度不小于0.1mm；该高导电高导热弹性材料的可压缩性改善了压接式IGBT封装结构的表面接触，将现有压接式内部结构中各层的硬接触转换为软接触，降低了接触热阻，并且可以有效补偿接触表面的平坦度变化；该材料的高导电性和导热性，能保证芯片具有均衡的通流能力，同时有效减少面内热点分布并提高模块热传导能力，提高模块的可靠性，延长其使用寿命。
综上，本发明提供的新型压接式IGBT模块结构，采用了一种具备可压缩性、导电、导热性能优良的高导电高导热弹性材料层2。一方面，这种材料层的高导电导热特性可以分别替代现有的压接式IGBT模块内部钼片、银片的作用，甚至当这种高导电导热材料加工工艺提升后，工作特性满足的话可以同时替代钼片+银片；另一方面，这种材料层的引入可以将现有压接式内部结构中各层的硬接触转换为软接触，在保证模块压力均衡性的同时，又能保证模块内部的导热性及导电性。该新型压接式IGBT内部封装结构，在保证压接模块优良性能的同时，简化了陶瓷管壳12封装压接式IGBT的封装工艺，解决了压接式IGBT模块的压力均衡性问题，保证了电流通流能力和高可靠性的要求。此外，该封装结构，对于芯片，不再局限于压接式IGBT芯片/FRD芯片，普通的IGBT芯片/FRD芯片也可以通过该结构设计实现对IGBT模块的封装。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种新型压接式IGBT内部封装结构，其特征在于，包括IGBT芯片/FRD芯片(1)，所述IGBT芯片/FRD芯片(1)的上层为高导电高导热弹性材料层(2)，所述IGBT芯片/FRD芯片(1)的下层依次为钼层(3)、银层(4)或高导电高导热弹性材料层(2)。
2.一种新型压接式IGBT内部封装结构，其特征在于，包括IGBT芯片/FRD芯片，所述IGBT芯片/FRD芯片(1)的上层、下层均为高导电高导热弹性材料层(2)。
3.根据权利要求2所述的新型压接式IGBT内部封装结构，其特征在于，位于IGBT芯片/FRD芯片(1)下层的高导电高导热弹性材料层(2)的下方还设置有银层(4)。
4.一种新型压接式IGBT内部封装结构，其特征在于，包括IGBT芯片/FRD芯片(1)，所述IGBT芯片/FRD芯片(1)的上层为钼层(3)，所述IGBT芯片/FRD芯片(1)的下层为高导电高导热弹性材料层(2)。
5.根据权利要求4所述的新型压接式IGBT内部封装结构，其特征在于，所述高导电高导热弹性材料层(2)的下方设置有银层(4)。
6.根据权利要求4所述的新型压接式IGBT内部封装结构，其特征在于，所述高导电高导热弹性材料层(2)与IGBT芯片/FRD芯片(1)之间设置有钼层(3)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的新型压接式IGBT内部封装结构，其特征在于，所述高导电高导热弹性材料层(2)的导热系数不小于100W/(m·k)。
8.根据权利要求1-6任一项所述的新型压接式IGBT内部封装结构，其特征在于，所述高导电高导热弹性材料层(2)的电导率不小于1×104S/cm。
9.根据权利要求1-6任一项所述的新型压接式IGBT内部封装结构，其特征在于，所述高导电高导热弹性材料层(2)的可压缩厚度不小于0.1mm。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020258723A1 (zh) * 2019-06-28 2020-12-30 西安中车永电电气有限公司 一种新型压接式igbt内部封装结构
CN112687676A (zh) * 2020-12-14 2021-04-20 株洲中车时代半导体有限公司 压接式igbt子模组及压接式igbt模块
CN112885797A (zh) * 2021-01-18 2021-06-01 重庆大学 一种低接触热阻压接型半导体器件结构、制造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040021149A1 (en) * 2002-06-20 2004-02-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Pressure-contact type semiconductor device
JP2013235948A (ja) * 2012-05-09 2013-11-21 Meidensha Corp 半導体デバイス
CN104241125A (zh) * 2014-08-22 2014-12-24 上海先进半导体制造股份有限公司 压接式igbt的正面金属工艺
CN105514095A (zh) * 2015-12-18 2016-04-20 华北电力大学 一种凸台高度可变的压接式igbt模块
CN107393884A (zh) * 2017-06-30 2017-11-24 西安中车永电电气有限公司 一种压接式igbt模块叠层组件及压接式igbt模块内部封装结构
CN207398071U (zh) * 2017-06-30 2018-05-22 西安中车永电电气有限公司 一种压接式igbt模块叠层组件及压接式igbt模块内部封装结构
CN208738219U (zh) * 2018-05-30 2019-04-12 江阴市赛英电子股份有限公司 一种弹性压接式igbt陶瓷管壳
CN109659280A (zh) * 2018-12-27 2019-04-19 西安中车永电电气有限公司 一种压接式igbt内部封装结构

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1236982A (zh) * 1998-01-22 1999-12-01 株式会社日立制作所 压力接触型半导体器件及其转换器
JP4234614B2 (ja) * 2004-01-21 2009-03-04 株式会社日立製作所 圧接型半導体装置、及びこれを用いた変換器
CN110416187B (zh) * 2019-06-28 2021-07-09 西安中车永电电气有限公司 一种新型压接式igbt内部封装结构

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040021149A1 (en) * 2002-06-20 2004-02-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Pressure-contact type semiconductor device
JP2013235948A (ja) * 2012-05-09 2013-11-21 Meidensha Corp 半導体デバイス
CN104241125A (zh) * 2014-08-22 2014-12-24 上海先进半导体制造股份有限公司 压接式igbt的正面金属工艺
CN105514095A (zh) * 2015-12-18 2016-04-20 华北电力大学 一种凸台高度可变的压接式igbt模块
CN107393884A (zh) * 2017-06-30 2017-11-24 西安中车永电电气有限公司 一种压接式igbt模块叠层组件及压接式igbt模块内部封装结构
CN207398071U (zh) * 2017-06-30 2018-05-22 西安中车永电电气有限公司 一种压接式igbt模块叠层组件及压接式igbt模块内部封装结构
CN208738219U (zh) * 2018-05-30 2019-04-12 江阴市赛英电子股份有限公司 一种弹性压接式igbt陶瓷管壳
CN109659280A (zh) * 2018-12-27 2019-04-19 西安中车永电电气有限公司 一种压接式igbt内部封装结构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刑焰，王向轲: "《航天器材料》", 31 May 2018 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020258723A1 (zh) * 2019-06-28 2020-12-30 西安中车永电电气有限公司 一种新型压接式igbt内部封装结构
CN112687676A (zh) * 2020-12-14 2021-04-20 株洲中车时代半导体有限公司 压接式igbt子模组及压接式igbt模块
CN112687676B (zh) * 2020-12-14 2023-06-27 株洲中车时代半导体有限公司 压接式igbt子模组及压接式igbt模块
CN112885797A (zh) * 2021-01-18 2021-06-01 重庆大学 一种低接触热阻压接型半导体器件结构、制造方法

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Publication number Publication date
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CN110416187B (zh) 2021-07-09

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