CN113270328B - Igbt功率器件的封装工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种IGBT功率器件的封装工艺。具体地，该IGBT功率器件的封装工艺包括以下步骤：步骤S10：将多个焊接段焊接端正对于对应的各个焊接区域进行放置；步骤S20：将多个条状连接片的两端分别正对于第一焊接区域和第二焊接区域的相应位置进行放置；步骤S30：通过超声波焊接设备将全部焊接段焊接端与全部条状连接片的焊接端一次性地焊接固定在陶瓷覆铜板的相应位置上。应用本发明提供的IGBT功率器件的封装工艺解决了应用现有设计的封装工艺装配生产IGBT功率器件的生产效率低，无法满足批量生产需求的问题。

Description

IGBT功率器件的封装工艺
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种IGBT功率器件的封装工艺。
背景技术
电力电子技术在工业领域占非常重要的地位，其中电力电子的功率器件，尤其是IGBT功率器件(IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写，意为绝缘栅双极型晶体管)，被广泛应用在现代工业领域(电力传输、变频器、电动汽车等)。功率器件是将半导体芯片按照一定的应用电路进行封装在基板上、并需要保持半导体芯片与半导体芯片之间以及半导体芯片与基板之间电气绝缘、并需要在功率器件内部完成一定的基本电路连接的功能器件。因此，功率器件需要使用DBC板(Direct Bonding Copper，陶瓷覆铜板)进行封装，从而满足功率器件的电气绝缘的功能。
随着电力传输、变频器、电动汽车等产业的不断发展，IGBT功率器件的应用更加普及，市场对于IGBT功率器件的需求量不断增加，然而，现有技术的IGBT功率器件在结构设计以及封装工艺上仍跟不上市场需求的增长，特别是封装工艺的设计更显落后，以至于应用现有设计的封装工艺装配生产IGBT功率器件的生产效率低，无法满足批量生产需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种IGBT功率器件的封装工艺，旨在解决应用现有设计的封装工艺装配生产IGBT功率器件的生产效率低，无法满足批量生产需求的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种IGBT功率器件的封装工艺，其中，IGBT功率器件包括壳体模块、至少两块陶瓷覆铜板、设置在对应的陶瓷覆铜板上的芯片和多个大小相同的条状连接片，壳体模块形成有用于装配陶瓷覆铜板的容纳腔，容纳腔的腔壁上延伸出多个焊接段焊接端，陶瓷覆铜板上设有与多个焊接段焊接端一一对应的焊接区域以及用于焊接条状连接片的第一焊接区域和第二焊接区域，其中，条状连接片的两端焊接端与多个焊接段焊接端的形状大小相同；
IGBT功率器件的封装工艺包括以下步骤：
步骤S10：将多个焊接段焊接端正对于对应的各个焊接区域进行放置；
步骤S20：将多个条状连接片的两端分别正对于第一焊接区域和第二焊接区域的相应位置进行放置；
步骤S30：通过超声波焊接设备将全部焊接段焊接端与全部条状连接片的焊接端一次性地焊接固定在陶瓷覆铜板的相应位置上。
可选地，壳体模块包括框体；在步骤S10之前还包括以下步骤：将多个焊接段焊接端镶嵌固定在框体上以形成整体模块。
可选地，通过注塑成型工艺将多个焊接段焊接端预埋设置在框体上。
可选地，壳体模块还包括底板；在步骤S10之前还包括以下步骤：将全部陶瓷覆铜板焊接固定在底板上，然后将芯片焊接固定在相应的陶瓷覆铜板上。
可选地，在实施步骤S10过程中，将框体粘接固定在底板的板面上。
可选地，在实施步骤S20过程中，使用专用夹具将各个条状连接片的两端分别放置在第一焊接区域和第二焊接区域的相应位置上，并通过专用夹具与框体配合对各个条状连接片进行定位，并且在完成步骤S30后移除专用夹具。
可选地，在实施步骤S10之前还包括以下步骤：通过切割工艺或冲裁工艺加工成型各个条状连接片。
可选地，每个条状连接片由两端焊接端和连接两端焊接端的过渡段构成；每个条状连接片的焊接端与过渡段的宽度比设计为1.5：1至1.8：1。
可选地，在完成步骤S30之后还包括步骤S40，步骤S40：在容纳腔中注入液态的绝缘缓冲胶，并使绝缘缓冲胶覆盖全部陶瓷覆铜板和全部芯片，然后静置固化后形成绝缘缓冲胶层，其中，绝缘缓冲胶层的周线边缘与框体的内壁密封相连。
可选地，壳体模块还包括盖板；在完成步骤S40之后还包括步骤S50，步骤S50：将盖板封盖在框体上，其中，盖板、框体与底板配合形成容纳腔。
本发明至少具有以下有益效果：
应用本发明提供的IGBT功率器件的封装工艺进行装配生产IGBT功率器件，通过采用超声波焊接设备对焊接段焊接端以及全部条状连接片的焊接端一次性地焊接固定在陶瓷覆铜板的相应位置上，大大提高了装配生产效率，提高产能产量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的IGBT功率器件的装配完成的结构示意图；
图2为本发明实施例的IGBT功率器件的主视图；
图3为图1的IGBT功率器件的分解图；
图4为图1的IGBT功率器件被拆了盖板的结构示意图；
图5为图4中S处的放大图；
图6为本发明实施例的IGBT功率器件的框体及装配在其上的部件的分解图；
图7为图2中A-A方向的剖视图；
图8为本发明实施例的IGBT功率器件中第一正极引脚和第一负极引脚的结构示意图；
图9为本发明实施例的IGBT功率器件中条状连接片的结构示意图；
图10为本发明实施例的IGBT功率器件中芯片及热敏电阻的电路简图；
图11为本发明实施例的IGBT功率器件的封装工艺的第一框图；
图12为本发明实施例的IGBT功率器件的封装工艺的第二框图。
其中，图中各附图标记：
10、壳体；11、底板；12、框体；13、盖板；20、输入端子；21、正极输入端子；22、负极输入端子；30、输出端子；31、第一输出端子；32、第二输出端子；41、第一正极引脚；42、第一负极引脚；43、第二正极引脚；44、第二负极引脚；45、正极测温引脚；46、负极测温引脚；47、电位引脚；121、第一凸耳；122、第二凸耳；123、第三凸耳；124、第四凸耳；125、连接耳；50、条状连接片；51、焊接端；52、过渡段；60、陶瓷覆铜板；70、芯片；80、热敏电阻；81、正极端子；82、负极端子；411、外接段；412、预埋段；413、焊接段；91、第一焊接区域；92、第二焊接区域；101、第一集电极；102、第一发射极；103、第二发射极；104、第一栅极；105、第二集电极；106、第二栅极。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-10所示，本发明的实施例提供了一种IGBT功率器件，能够直接应用在变频器、UPS(Uninterruptable Power System)不间断电源等设备上。具体地，该IGBT功率器件包括壳体模块、至少两块陶瓷覆铜板60、至少两个芯片70和多个条状连接片50。多个条状连接片50的大小相同，也就是，所有条状连接片50都是统一的标准件，能够通过统一的设备实现批量生产，能够降低IGBT功率器件生产过程中的设备成本，或者进行统一采购，由于是统一的标准件，从而尽可能地降低采购成本，并且在装配成型IGBT功率器件过程中，无需对条状连接片50进行分类，直接使用即可。壳体模块形成有容纳腔，至少两块陶瓷覆铜板60呈一字型排列地装配在容纳腔内，相邻两块陶瓷覆铜板60之间间隔设置，使得相邻两块陶瓷覆铜板60需通过条状连接片50搭载后才能实现电气连接。至少两块陶瓷覆铜板60上蚀刻成型的图形可以相同或不相同，可以根据IGBT功率器件的实际设计需求进行选定设计。相邻的块陶瓷覆铜板60中，其中一块陶瓷覆铜板60的边缘位置上设有至少两个第一焊接区域91，另一块陶瓷覆铜板60的与第一焊接区域91相对的边缘位置上一一对应地设有第二焊接区域92。每块陶瓷覆铜板60上至少安装有一个芯片70，各陶瓷覆铜板60上的芯片70电性连接至对应的焊接区域，每个第一焊接区域91与相应的第二焊接区域92之间连接有至少一个条状连接片50，绝缘栅双极型晶体管芯片70和续流二极管芯片70之间通过特定的点路桥连接。其中一个第一焊接区域91对应的条状连接片50与相邻的另一个第一焊接区域91对应的条状连接片50平行设置，并且每个条状连接片50的两端分别与第一焊接区域91、第二焊接区域92焊接固定。
应用本申请提供的IGBT功率器件实现能源变换与传输，在IGBT功率模块工作过程中，电流通过陶瓷覆铜板60以及其上的芯片70实现整流变换，然后输出，相邻两块陶瓷覆铜板60之间通过条状连接片50连接而导通，并且由于其中一个第一焊接区域91对应的条状连接片50与相邻的另一个第一焊接区域91对应的条状连接片50平行设置，并且条状连接片50与条状连接片50之间间隔设置，因而能够确保条状连接片50的电流不会对相邻的条状连接片50的电流造成相互影响，从而能够有效地降低主回路的电感，继而提高IGBT功率器件的工作频率，以及提高该IGBT功率器件的产品可靠性。
在特定的应用场合中，需要根据输出需求而设计IGBT功率器件的主回路，从而保证主回路的通过电流安全，如：输出的电流在250A以下的IGBT功率器件中相邻两块陶瓷覆铜板60的第一焊接区域91与对应的第二焊接区域92之间采用1个条状连接片50；输出的电流在300A-600A之间的IGBT功率器件中相邻两块陶瓷覆铜板60的第一焊接区域91与对应的第二焊接区域92之间采用2个条状连接片50；输出的电流在600A-900A之间的IGBT功率器件中相邻两块陶瓷覆铜板60的第一焊接区域91与对应的第二焊接区域92之间采用3个条状连接片50；等等。常用地，当针对输出的电流是300A-600A之间的IGBT功率器件时，每个第一焊接区域91与相应的第二焊接区域92之间连接有两个条状连接片50，每个第一焊接区域91与相应的第二焊接区域92之间的两个条状连接片50间隔且平行；当针对输出的电流是600A-900A之间的IGBT功率器件，或者输出更大的电流时，每个第一焊接区域91与相应的第二焊接区域92之间连接有至少三个条状连接片50，每个第一焊接区域91与相应的第二焊接区域92之间的全部条状连接片50之间间隔且平行，并且，每个第一焊接区域91与相应的第二焊接区域92之间的全部条状连接片50中每相邻两个条状连接片50之间的间隔相等。在本申请的实施例中，主要以输出的电流在300A-600A之间的IGBT功率器件进行说明，并且采用输出的电流在300A-600A之间的IGBT功率器件的产品进行产品结构示意性图示。
在本实施例中，每个条状连接片50由两端焊接端51和连接两端焊接端51的过渡段52构成，过渡段52为凸拱状，凸拱状的过渡段52具有弹性应变变形的能力，并且当两端焊接端51焊接固定在相应的焊接区域后过渡段52朝向远离陶瓷覆铜板60的方向凸出。在进行焊接的过程中，凸拱状的过渡段52能够适应焊接过程产生的热应力导致的变形，将热应力转换成过渡段52的形变量，从而减小陶瓷覆铜板60承受的热应力作用，避免陶瓷覆铜板60因为需要承受过大的热应力而产生变形疲劳，继而导致陶瓷覆铜板60损坏，严重的情况甚至导致陶瓷覆铜板60失效而导致整个IGBT功率器件报废掉，降低了IGBT功率器件的废品率、提高产品的可靠性。具体地，过渡段52可以是折弯成三段构成的凸拱，过渡段52也可以是弧形凸拱，过渡段52还可以是倒V型凸拱，如图9所示，本实施例优选为过渡段52是折弯成三段构成的凸拱。
在本实施例中，每个条状连接片50均为无氧铜材质，优选采用无氧无氧铜材料制成，每个条状连接片50的两端焊接端51均为超声焊接端，同一个条状连接片50的两个超声焊接端通过超声焊接分别固定在相应的第一焊接区域91和第二焊接区域92上。如图9所示，每个条状连接片50的两端超声焊接端的形状大小相同。
如图1、图2、图4、图6和图7所示，本实施例提供的IGBT功率器件还包括正极引脚、负极引脚、输入端子20和输出端子30，正极引脚与对应的负极引脚间隔地并列布置，输入端子20与输出端子30分别设置在壳体模块的容纳腔的相对两侧腔壁上。其中，正极引脚、负极引脚、输入端子20和输出端子30均包括依次相连的外接段411、预埋段412和焊接段413，预埋段412预埋在容纳腔的腔壁中，外接段411延伸出容纳腔的外部，焊接段413延伸进容纳腔中。陶瓷覆铜板60靠近正极引脚和负极引脚的边缘位置上并列地设有正极焊接区域和负极焊接区域，正极引脚的焊接段413焊接固定在正极焊接区域上，负极引脚的焊接段413焊接固定在负极焊接区域上。并且，靠近输入端子20的陶瓷覆铜板60上，该陶瓷覆铜板60靠近输入端子20的边缘位置上设有输入焊接区域，输入端子20的焊接段413焊接固定在输入焊接区域上，靠近输出端子30的陶瓷覆铜板60上，该陶瓷覆铜板60靠近输出端子30的边缘位置上设有输出焊接区域，输出端子30的焊接段413焊接固定在输出焊接区域上。
在本实施例中，输入端子20包括正极输入端子21和负极输入端子22，输出端子30包括第一输出端子31和第二输出端子32，该IGBT功率器件可以将从正极输入端子21和负极输入端子22输入的直流电转换为交流电，并从第一输出端子31和第二输出端子32输出。壳体模块的外侧壁上延伸设置有第一凸耳121、第二凸耳122、第三凸耳123和第四凸耳124，正极输入端子21的外接段411镶嵌并裸露在第一凸耳121中，负极输入端子22的外接段411镶嵌并裸露在第二凸耳122中，第一输出端子31的外接段411镶嵌并裸露在第三凸耳123中，第二输出端子32的外接段411镶嵌并裸露在第四凸耳124中。
如图3所示，本申请提供的IGBT功率器件还包括热敏电阻80、正极测温引脚和负极测温引脚，正极测温引脚和负极测温引脚也包括依次相连的外接段411、预埋段412和焊接段413，正极测温引脚和负极测温引脚的外接段411延伸出壳体模块的外部，正极测温引脚和负极测温引脚的预埋段412预埋装配在容纳腔的腔壁中，正极测温引脚和负极测温引脚的焊接段413延伸进容纳腔中，并且热敏电阻80固定装配在容纳腔中(热敏电阻80与各个陶瓷覆铜板60之间均电气绝缘)，热敏电阻80能够及时地检测IGBT功率器件在工作过程中容纳腔的底板11的工作温度，防止IGBT功率器件在工作过程中因温度过高而烧坏内部的电路回路，避免放生IGBT功率器件因工作升温过热而损坏的情况，从而能够延长该IGBT功率器件的使用寿命。具体地，正极测温引脚的焊接段413焊接固定在热敏电阻80的正极端子81上，正极测温引脚的外接段411连接至外部测量设备的正极接线端，负极测温引脚的焊接段413焊接固定在热敏电阻80的负极端子82上，负极测温引脚的外接段411连接至外部测量设备的负极接线端，并且，热敏电阻80的正极端子81和负极端子82分别正对于正极测温引脚的焊接段413和负极测温引脚的焊接段413以尽量缩小正极测温引脚和负极测温引脚的焊接段413的延伸长度，实现紧凑化设计。这样，在IGBT功率器件工作的过程中，容纳腔内的温度升高，热敏电阻80适应温度升高而引起电阻阻值变化，外部测量设备监测到热敏电阻80的阻值变化，从热敏电阻80的电阻阻值对应温度值而得到此时容纳腔内的温度值，从而实现监测IGBT功率器件的工作温度变化情况。另外，正极测温引脚和负极测温引脚的焊接段413的焊接端部均为无氧无氧铜材质的超声焊接端，并且正极测温引脚和负极测温引脚的超声焊接端与条状连接片50的超声焊接端形状大小相同。
如图1、图2、图4、图6和图7所示，该IGBT功率器件还包括一个电位引脚47，电位引脚47也包括依次相连的外接段411、预埋段412和焊接段413，电位引脚47的外接段411延伸出壳体模块的外部，电位引脚47的预埋段412预埋在容纳腔的腔壁中，电位引脚47的焊接段413延伸进容纳腔中，相应地，在其中一个陶瓷覆铜板60上设有电位焊接区域，电位引脚47的焊接段413焊接固定在该电位焊接区域上。这样，外部测电位仪器通过连接电位引脚47的外接段411检测IGBT功率器件中主回路的电位高低，从而便于对该IGBT功率器件进行检测与维修。另外，电位引脚47的焊接段413的焊接端部均为无氧无氧铜材质的超声焊接端，并且电位引脚47的超声焊接端与条状连接片50的超声焊接端形状大小相同。
如图8所示，正极引脚和对应的负极引脚的外接段411、预埋段412和焊接段413分别为直条状，正极引脚和对应的负极引脚的外接段411平行布置，正极引脚和对应的负极引脚的预埋段412平行布置，正极引脚和对应的负极引脚的焊接段413平行布置。具体地，正极引脚包括第一正极引脚41和第二正极引脚43，负极引脚包括第一负极引脚42和第二负极引脚44，其中，第一正极引脚41与第一负极引脚42相对应，第二正极引脚43和第二负极引脚44相对应，外部供电设备通过第一正极引脚41、第二正极引脚43、第一负极引脚42和第二负极引脚44向芯片70提供电力，从而保证该IGBT功率器件能够正常运行。第一正极引脚41与第一负极引脚42的总长度相等，第二正极引脚43和第二负极引脚44的总长度相等，其中，第一正极引脚41和第二正极引脚43的总长度可以相等也可以不相等，第一负极引脚42和第二负极引脚44的总长度可以相等也可以不相等，优选地，在本实施例中，第一正极引脚41和第二正极引脚43的总长度相等，第一负极引脚42和第二负极引脚44的总长度相等。在本实施例中，正极引脚和对应的负极引脚的外接段411、预埋段412和焊接段413的展开总长度在55mm-60mm之间，其中，正极引脚和对应的负极引脚的预埋段412的长度为27mm-32mm之间。进一步地，第一正极引脚41、第二正极引脚43、第一负极引脚42和第二负极引脚44的形状大小均相同，也就是，第一正极引脚41、第二正极引脚43、第一负极引脚42和第二负极引脚44是一种相同的标准件，能够统一地通过一种生产设备实现批量生产，有效降低了IGBT功率器件在生产过程中的设备成本；或者也可以批量地采购，由于第一正极引脚41、第二正极引脚43、第一负极引脚42和第二负极引脚44是一种相同的标准件，从而能够尽可能地降低采购成本。如图4所示，第一正极引脚41与配对的第一负极引脚42的焊接段413焊接固定在第一个陶瓷覆铜板60上，第二正极引脚43与配对的第二负极引脚44的焊接段413焊接固定在第二个陶瓷覆铜板60上，由于第一正极引脚41、第一负极引脚42、正极测温引脚、负极测温引脚和一个电位引脚47装配位于壳体模块的容纳腔腔壁的同一侧，而第二正极引脚43和配对的第二负极引脚44则装配位于壳体模块的容纳腔腔壁的另一相对侧，并且第一正极引脚41和配对的第一负极引脚42的外接段411在壳体模块上所处位置、正极测温引脚和负极测温引脚的外接段411在壳体模块上所处位置、以及电位引脚47的外接段411在壳体模块上所处位置之间基本上等间距，为了更加合理地排布设计，因此，第一正极引脚41与配对的第一负极引脚42的装配方向与第二正极引脚43与配对的第二负极引脚44的装配方向相反。
如图10所示，芯片70包括第一IGBT模块和第二IGBT模块，以IGBT功率器件仅具有一块陶瓷覆铜板60为例，第一正极引脚41连接第一IGBT模块的第一栅极104，第二正极引脚43连接第二IGBT模块的第二栅极106，第一负极引脚42连接第一IGBT模块的第一发射极102，第二负极引脚44连接第二IGBT模块的第二发射极103。第一IGBT模块的第一发射极102连接第二IGBT模块的第二集电极105，从而将第一IGBT模块和第二IGBT模块串联在一起；且电位引脚47连接第一IGBT模块的第一集电极101。
为了进一步实现该IGBT功率器件能够更加紧凑化设计，同时减小陶瓷覆铜板60的使用面积，因此，正极引脚、负极引脚、输入端子20和输出端子30的焊接段413在壳体模块上伸出的位置与相应的焊接区域相正对，并且，电位引脚47的焊接段413在壳体模块上伸出的位置与相应的电位焊接区域相正对，以及正极测温引脚和负极测温引脚的焊接段413在壳体模块上伸出的位置与陶瓷覆铜板60上的热敏电阻80的正极端子81和负极端子82分别正对以尽量缩小正极测温引脚和负极测温引脚的焊接段413的延伸长度。这样，使得陶瓷覆铜板60的周向边缘侧边能够尽可能地靠近壳体模块的容纳腔的腔壁设置，无需像现有技术的IGBT功率器件一样需要在陶瓷覆铜板60的周向边缘侧边与容纳腔的腔壁之间预留出供正极引脚、负极引脚、输入端子20、输出端子30、电位引脚47、正极测温引脚和负极测温引脚放置的空间，尽可能地减小陶瓷覆铜板60使用面积的同时也能够减小壳体模块的设计体积，实现IGBT功率器件小型化设计。
进一步地，正极引脚、负极引脚、输入端子20和输出端子30均为无氧铜材质，正极引脚、负极引脚、输入端子20和输出端子30的焊接段413具有焊接端头，焊接端头通过超声焊接固定在相应的焊接区域上，焊接端头与条状连接片50的焊接端的形状大小相同。
在本实施例的IGBT功率器件中，正极引脚、负极引脚、输入端子20、输出端子30、电位引脚47、正极测温引脚45和负极测温引脚46的焊接端的焊接端头均为超声焊接端，并且这些超声焊接端的形状大小均相同，这样，在将这些超声焊接端进行超声波焊接以焊接固定至陶瓷覆铜板60的对应焊接区域的过程中，能够通过对应数量的统一规格的超声波焊头对这些超声焊接端进行一次性超声焊接，从而快速地完成焊接工序。
如图1-3所示，本实施例的IGBT功率器件的壳体10包括底板11、框体12和盖板13，框体12为矩形框，相应地，底板11为矩形板以及盖板13为矩形盖板13。底板11、框体12和盖板13配合形成了矩形的容纳腔，全部陶瓷覆铜板60固定在底板11上，正极引脚、负极引脚、输入端子20和输出端子30均设置在框体12上。框体12围绕在底板11的板面上(框体12的底端边缘轮廓与底板11的板面的周向边缘轮廓相同，并且两者轮廓围成的面积相等)，并且框体12与底板固定相连，框体12为塑料材质注塑制成的矩形框。并且，正极引脚、负极引脚、输入端子20、输出端子30、电位引脚47、正极测温引脚45和负极测温引脚46均固定设置在框体12上，也就是，正极引脚、负极引脚、输入端子20、输出端子30、电位引脚47、正极测温引脚45、负极测温引脚46与框体12形成了一个整体模块。
进一步地，该IGBT功率器件还包括绝缘缓冲胶层，绝缘缓冲胶层设置在容纳腔内并覆盖全部陶瓷覆铜板60和全部芯片70，并且绝缘缓冲胶层的边缘与框体12的内壁密封相连。在矩形的底壳的四个角位置处设置有连接耳125，如图1-4所示，第一凸耳121和第二凸耳122并列地位于两个连接耳125之间，在壳体模块的相对侧位置，第三凸耳123和第四凸耳124并列地位于另两个连接耳125之间。
如图11和图12所示，生产装配本发明提供的IGBT功率器件，包括以下步骤：
步骤S10：将多个焊接段焊接端正对于对应的各个焊接区域进行放置，多个焊接段焊接端分别为正极引脚、负极引脚、输入端子20、输出端子30、电位引脚47、正极测温引脚45、负极测温引脚46，并且需要放置稳定，容纳腔的腔壁上延伸出的各个焊接段焊接端的面积与该焊接段焊接端对应的焊接区域的面积相等；
步骤S20：将多个条状连接片50的两端分别正对于第一焊接区域91和第二焊接区域92的相应位置进行放置，并且需要放置稳定，条状连接片50的两端焊接端的面积与第一焊接区域91、第二焊接区域92的面积相等，并且各个焊接段焊接端的面积与条状连接片50的两端焊接端的面积相等；
步骤S30：通过超声波焊接设备将全部焊接段焊接端与全部条状连接片50的焊接端一次性地焊接固定在陶瓷覆铜板60的相应位置上。
由于容纳腔的腔壁上延伸出的各个焊接段焊接端的面积与该焊接段焊接端对应的焊接区域的面积相等，条状连接片50的两端焊接端的面积与第一焊接区域91、第二焊接区域92的面积相等，并且各个焊接段焊接端的面积与条状连接片50的两端焊接端的面积相等，因而能够通过采用超声波焊接设备对焊接段焊接端以及全部条状连接片50的焊接端一次性地焊接固定在陶瓷覆铜板60的相应位置上，大大提高了装配生产效率，提高产能产量。
在步骤S10之前还包括以下步骤：
①将多个焊接段焊接端镶嵌固定在框体12上以形成整体模块。优选地，通过注塑成型工艺将多个焊接段焊接端预埋设置在框体12上。
②将全部陶瓷覆铜板60焊接固定在底板11上，然后将芯片焊接固定在相应的陶瓷覆铜板60上。
③通过切割工艺或冲裁工艺加工成型各个条状连接片50，每个条状连接片50的焊接端与过渡段的宽度比设计为1.5：1至1.8：1。
在实施步骤S10之前实施完成的以上三个步骤，可以同时地独立进行执行，也可以分别地执行。当分别执行以上三个步骤时，执行三个步骤不分先后次序。
在实施步骤S10过程中，将框体12粘接固定在底板11的板面上。
如图12所示，在实施步骤S20过程中，使用专用夹具将各个条状连接片50的两端分别放置在第一焊接区域91和第二焊接区域92的相应位置上。并通过专用夹具与框体12配合对各个条状连接片50进行定位，并且在完成步骤S30后移除专用夹具。
在完成步骤S30之后还包括步骤S40，步骤S40：在容纳腔中注入液态的绝缘缓冲胶，并使绝缘缓冲胶覆盖全部陶瓷覆铜板60和全部芯片，然后静置固化后形成绝缘缓冲胶层，其中，绝缘缓冲胶层的周线边缘与框体12的内壁密封相连。
最后，在完成步骤S40之后还包括步骤S50，步骤S50：将盖板13封盖在框体12上，其中，盖板13、框体12与底板11配合形成容纳腔。
在对该IGBT功率器件进行焊接工序的过程中，总结包括以下步骤。
将正极引脚、负极引脚、输入端子20、输出端子30、电位引脚47、正极测温引脚45和负极测温引脚46预埋装配固定在壳体模块的框体12上，预制完成壳体模块的框体12，以备用；然后准备所需的陶瓷覆铜板和芯片，通过焊接工艺将陶瓷覆铜板60焊接固定在壳体模块的底板11设计的位置上，同时将芯片70焊接在上，然后将壳体模块的框体12粘接放在底板11上，此时框体12和底板11形成了容纳腔的容纳空间，并且，此时正极引脚、负极引脚、输入端子20、输出端子30、电位引脚47、正极测温引脚45和负极测温引脚46的各个焊接段413的超声焊接端分别与相应的陶瓷覆铜板60上的焊接区域正对；接着准备好所需的多个条状连接片50，并且使用上料设备(即专用夹具)，将各个条状连接片50放置到相应的相邻两个陶瓷覆铜板60的第一焊接区域91和第二焊接区域92之间，其中，上料设备具有上料夹具，所需的各个连接片通过上料夹具依次地被夹持放置在相应的相邻两个陶瓷覆铜板的第一焊接区域和第二焊接区域之间(即，由于各个条状连接片形状大小均相同，因而能够共用上料夹具，不会因为条状连接片的规格不同而需要更换上料夹具)；然后，启动超声波焊接机，超声波焊接机具有数量等于正极引脚、负极引脚、输入端子、输出端子、电位引脚、正极测温引脚和负极测温引脚的超声焊接端以及所有条状连接片的超声焊接端的数量总和的超声波焊头，这些超声波焊头一次性地同时下压，从而同时地对所有超声焊接端进行超声焊接，一次性地完成焊接工序；最后将盖板13封装在框体12上(则底板11、框体12和盖板13形成了密闭的容纳腔)。这样，在生产该IGBT功率器件的焊接工序过程中，所有超声焊接端同时被焊接固定完成，在提高了焊接效率的同时，由于一次性超声波焊接完成，减少了焊接次数，也就减少了陶瓷覆铜板承受焊接时热应力的次数，而且同时超声波焊接，各个超声焊接端之间存在热应力可以一定程度地相互抵消，如此综合，极大地提高了焊接工序过程中各个超声焊接端以及陶瓷覆铜板的装配精度，降低热应力导致的产品废品率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种IGBT功率器件的封装工艺，其特征在于，
所述IGBT功率器件包括壳体模块、至少两块陶瓷覆铜板、设置在对应的所述陶瓷覆铜板上的芯片和多个大小相同的条状连接片，所述壳体模块形成有用于装配所述陶瓷覆铜板的容纳腔，所述容纳腔的腔壁上延伸出多个焊接段焊接端，所述陶瓷覆铜板上设有与所述多个焊接段焊接端一一对应的焊接区域以及用于焊接所述条状连接片的第一焊接区域和第二焊接区域，其中，所述条状连接片的两端焊接端与所述多个焊接段焊接端的形状大小相同；
所述IGBT功率器件的封装工艺包括以下步骤：
步骤S10：将所述多个焊接段焊接端正对于对应的各个所述焊接区域进行放置；
步骤S20：将多个所述条状连接片的两端分别正对于所述第一焊接区域和所述第二焊接区域的相应位置进行放置；
步骤S30：通过超声波焊接设备将全部所述焊接段焊接端与全部所述条状连接片的焊接端一次性地焊接固定在所述陶瓷覆铜板的相应位置上。
2.根据权利要求1所述的IGBT功率器件的封装工艺，其特征在于，
所述壳体模块包括框体；
在所述步骤S10之前还包括以下步骤：将所述多个焊接段焊接端镶嵌固定在所述框体上以形成整体模块。
3.根据权利要求2所述的IGBT功率器件的封装工艺，其特征在于，
通过注塑成型工艺将所述多个焊接段焊接端预埋设置在所述框体上。
4.根据权利要求2或3所述的IGBT功率器件的封装工艺，其特征在于，
所述壳体模块还包括底板；
在所述步骤S10之前还包括以下步骤：将全部所述陶瓷覆铜板焊接固定在所述底板上，然后将所述芯片焊接固定在相应的所述陶瓷覆铜板上。
5.根据权利要求4所述的IGBT功率器件的封装工艺，其特征在于，
在实施所述步骤S10过程中，将所述框体粘接固定在所述底板的板面上。
6.根据权利要求2或3所述的IGBT功率器件的封装工艺，其特征在于，
在实施所述步骤S20过程中，使用专用夹具将各个所述条状连接片的两端分别放置在所述第一焊接区域和所述第二焊接区域的相应位置上，并通过所述专用夹具与所述框体配合对各个所述条状连接片进行定位，并且在完成所述步骤S30后移除所述专用夹具。
7.根据权利要求1所述的IGBT功率器件的封装工艺，其特征在于，
在实施所述步骤S10之前还包括以下步骤：通过切割工艺或冲裁工艺加工成型各个所述条状连接片。
8.根据权利要求7所述的IGBT功率器件的封装工艺，其特征在于，
每个所述条状连接片由两端焊接端和连接两端焊接端的过渡段构成；每个所述条状连接片的焊接端与过渡段的宽度比设计为1.5：1至1.8：1。
9.根据权利要求4所述的IGBT功率器件的封装工艺，其特征在于，
在完成所述步骤S30之后还包括步骤S40，所述步骤S40：在所述容纳腔中注入液态的绝缘缓冲胶，并使所述绝缘缓冲胶覆盖全部所述陶瓷覆铜板和全部所述芯片，然后静置固化后形成绝缘缓冲胶层，其中，所述绝缘缓冲胶层的周线边缘与所述框体的内壁密封相连。
10.根据权利要求9所述的IGBT功率器件的封装工艺，其特征在于，
所述壳体模块还包括盖板；
在完成所述步骤S40之后还包括步骤S50，所述步骤S50：将所述盖板封盖在所述框体上，其中，所述盖板、所述框体与所述底板配合形成所述容纳腔。
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