CN117637674A - 一种igbt模块以及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种IGBT模块，包括：外框，呈中空结构；DBC板，包括一块DBC铜层、一块DBC陶瓷层以及一块电路铜层，所述DBC铜层和电路铜层分别设置在DBC陶瓷层的两侧表面上，所述DBC陶瓷层固定在外框的中空结构的下端开口处；芯片，至少具有一个，设置在电路铜层的上表面。
Description
技术领域
本发明涉及DBC封装领域，尤其涉及一种IGBT模块以及生产方法。
背景技术
如图1所示，为现有的IGBT模块，包括外框架109、铜底板101以及DBC板，DBC板包括依次设置的DBC铜层103、DBC陶瓷层104、电路铜层105、芯片107，DBC铜层103通过焊锡（锡层102）焊在铜底板101上，芯片107通过焊锡（锡层106）焊在电路铜层105上，电路铜层106通过铝线108与设置在外框架109上的引脚110电连接。并且铜底板101上的DBC板具有多个，多个DBC板通过铝线108电连接，DBC板产生的热量通过铜底板101传递出去。这种IGBT模块虽然能够满足大部分的使用需求，但是由于铜底板101、锡层102以及DBC板的金属成分不同，在复杂的环境下，例如产品功率循环在100°C 条件下，5万次的循环之后会出现界面的轻度分层，8万次寿命之后，界面的分层扩大引起热失效，界面分层后，芯片运行产生的热，无法直接传导至散热板，导致芯片热失效，从而产品功能失效。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种IGBT模块以及生产方法，用以解决上述技术问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种IGBT模块，包括：
外框，呈中空结构；
DBC板，包括一块DBC铜层、一块DBC陶瓷层以及一块电路铜层，所述DBC铜层和电路铜层分别设置在DBC陶瓷层的两侧表面上，所述DBC陶瓷层固定在外框的中空结构的下端开口处；
芯片，至少具有一个，设置在电路铜层的上表面。
优选地，在所述外框上设置有多个接线端子，多个所述接线端子围绕着所述中空结构设置，并且所述接线端子的一端直接固定在电路铜层上。
优选地，所述DBC铜层和电路铜层厚度相同，均采用无氧铜制成，陶瓷层的厚度略大于DBC铜层，采用氧化铝或者氮化铝或者氮化硅制成。
优选地，所述DBC铜层的边缘均匀地设置有多个应力孔。
优选地，在所述外框的下表面且对应于中空结构的位置处形成有沉槽，所述沉槽的长和宽分别略大于DBC陶瓷层的长和宽以使DBC陶瓷层能够放入到沉槽中，所述沉槽的深度等于DBC陶瓷层的厚度，所述DBC陶瓷层固定在沉槽中。
优选地，在所述外框的沿长度方向的两端设置有安装孔，在每个安装孔的沿宽度方向的两侧分别设置有L型应力释放槽，俯视观察时，所述L型应力释放槽的一部分沿着平行于外框的宽度方向延伸，另一部分沿着平行于外框的长度方向延伸。
优选地，还包括盖板，所述盖板可拆卸地设置在外框的上表面，用于将所述中空结构的上方开口封堵，在所述盖板的下表面上设置有顶杆，当盖板安装好后，所述顶杆能够顶住DBC板。
优选地，还包括散热器，所述DBC铜层贴在散热器上。
优选地，在所述DBC铜层的背离电路铜层的一侧设置有多个散热翅片，所述散热翅片与DBC铜层一体成型。
本发明还提供了一种上述IGBT模块的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、接线端子成型；
步骤二、将成型的接线端子与PBT材料一起成型，得到外框；
步骤三、盖板成型；
步骤四、生产DBC板；
步骤五、在电路铜层上需要放置芯片的位置处放置锡膏，在锡膏上放上需要的芯片,芯片通过熔化的锡膏固定在电路铜层上，冷却后使用铝线将芯片、电路连接起来；
步骤六、使用胶将DBC板固定在外框的底部，将接线端子与电路铜层使用端子超声焊工艺连接；
步骤七、盖上盖板，注入A、B胶；
步骤八、烘烤使A、B胶固化；
步骤九、冷却至常温，得到了IGBT模块。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）本发明省去了现有技术中的铜底板，一方面节省了材料，另一方面使DBC板能够直接固定在散热器上，减少了热量从DBC板到散热器所经过的材料种类，进而减少了热失效的可能性，提高了IGBT模块的使用寿命；
2）本发明将DBC板做成了一整块，代替了现有技术中将多块DBC板放置到铜底板上，在整体尺寸相同的前提下，可以增加DBC板的有效使用面积，集成更多的电路；
3）接线端子直接与电路铜层连接，一方面减少了工艺，另一方面接线端子能够将DBC板的一部分热量传递出去；
4）本发明还可以将散热翅片与DBC铜层一体成型，减少了热传递的路径，进而改善了散热效果，同时避免了界面分层，同时此种情况下的DBC铜层会厚一些，再加上散热翅片的作用，减少了DBC铜层因应力而产生变形的可能性。
附图说明
图1是现有技术中IGBT模块的截面图；
图2是本发明的IGBT模块的截面图；
图3是本发明的IGBT模块的立体图；
图4是拆除盖板的IGBT模块的立体图；
图5和图6是外框的结构图；
图7是外框的截面图；
图8是A处的放大图；
图9是盖板的结构图；
图10是实施例二的结构图。
实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例一
如图1-9所示，一种IGBT模块，包括外框1和设置在外框1内的DBC板3，所述DBC板3包括DBC铜层301、DBC陶瓷层302以及电路铜层303，所述DBC铜层301和电路铜层303分别设置在DBC陶瓷层302的两侧表面上。所述DBC铜层301和DBC陶瓷层302均为一整块，且俯视观察时，均呈长方形的结构，所述DBC铜层301的长和宽均小于DBC陶瓷层302的长和宽。所述电路铜层303可以为一整块，也可以由多块组成，当电路铜层303为多块时，需要电连接的电路铜层303可以通过铝线电连接。
所述DBC铜层301和电路铜层303厚度相同，均采用无氧铜制成，陶瓷层的厚度略大于DBC铜层301，采用氧化铝或者氮化铝或者氮化硅制成。当电路铜层303为多块时，可以先将一整块电路铜层303焊到DBC陶瓷层302上，再通过化学药水蚀刻成电路的形状。所述DBC铜层301的边缘均匀地设置有多个应力孔3011，用于释放应力。在实际使用中，DBC铜层301直接贴在散热器上，散热效率更高。
俯视观察时，所述外框1具有呈长方形的中空结构，在所述外框1的下表面且对应于中空结构的位置处形成有沉槽11，所述沉槽11的长和宽分别略大于DBC陶瓷层302的长和宽以使DBC陶瓷层302能够放入到沉槽11中，所述沉槽11的深度等于DBC陶瓷层302的厚度，所述DBC陶瓷层302通过粘合的方式固定在外框1上。
所述外框1采用PBT材料，在所述外框1上且沿着中空结构的边缘设置有多个接线端子4，所述接线端子4采用铜材制成，在将接线端子4制成预定的形状后，将其与外框1一起注塑成型。所述接线端子4的一端直接固定到电路铜层303上，并且接线端子4与电路铜层303连接的一端使用裸铜，不进行电镀，另一端在铜的表面先镀一层镍，再镀一层锡，接线端子4用于将DBC板的电气功能引出，同时可以辅助散热。
在所述外框1的沿长度方向的两端设置有安装孔12，在每个安装孔12的沿宽度方向的两侧分别设置有L型应力释放槽13，俯视观察时，所述L型应力释放槽13的一部分沿着平行于外框1的宽度方向延伸，另一部分沿着平行于外框1的长度方向延伸，以便能够在外框1的长度方向和宽度方向均能释放应力。
所述IGBT模块还包括盖板2，所述盖板2可拆卸地设置在外框1的上表面，用于将所述中空结构的上方开口封堵。在所述盖板2的下表面上设置有顶杆21，当盖板2安装好后，所述顶杆21能够顶住DBC板，避免在高温加热的过程中DBC板发生反凹。同时，在盖板2上设置有注胶孔22，用于在芯片打完铝线之后注入A、B胶，以使电路上的芯片、铝线与空气隔绝，防止被氧化。同时，在盖板2的边缘设置有一圈端子孔23，用于供接线端子4穿过。
进一步，在电路铜层303上贴有IGBT芯片或FRD芯片305，所需芯片的数量以及位置根据具体的电路设置确定。所述芯片通过锡膏贴在电路铜层303，然后通过高温加热，锡膏熔化，形成锡层304。所述芯片与电路铜层303可以通过铝线306电连接。
实施例二
如图10所示，该实施例直接在DBC铜层301的背离DBC陶瓷层302的一侧设置散热翅片5，DBC铜层301与散热翅片5一体成型，散热翅片5具有多个，多个散热翅片5沿着所述长度方向排列，每个散热翅片5所在的平面垂直于所述长度方向。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (8)
1.一种IGBT模块，其特征在于，包括：
外框，呈中空结构；
DBC板，包括一块DBC铜层、一块DBC陶瓷层以及电路铜层，所述DBC铜层和电路铜层分别设置在DBC陶瓷层的两侧表面上，所述DBC陶瓷层固定在外框的中空结构的下端开口处，电路铜层至少具有一个带有电路的铜板；
芯片，至少具有一个，设置在电路铜层的上表面；
在所述外框上设置有多个接线端子，多个所述接线端子围绕着所述中空结构设置，并且所述接线端子的一端直接固定在电路铜层上；
在所述外框的下表面且对应于中空结构的位置处形成有沉槽，所述沉槽的长和宽分别大于DBC陶瓷层的长和宽以使DBC陶瓷层能够放入到沉槽中，所述沉槽的深度等于DBC陶瓷层的厚度，所述DBC陶瓷层固定在沉槽中。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT模块，其特征在于，所述DBC铜层和电路铜层厚度相同，均采用无氧铜制成，陶瓷层的厚度大于DBC铜层，采用氧化铝或者氮化铝或者氮化硅制成。
3.根据权利要求1所述的一种IGBT模块，其特征在于，所述DBC铜层的边缘均匀地设置有多个应力孔。
4.根据权利要求1所述的一种IGBT模块，其特征在于，在所述外框的沿长度方向的两端设置有安装孔，在每个安装孔的沿宽度方向的两侧分别设置有L型应力释放槽，俯视观察时，所述L型应力释放槽的一部分沿着平行于外框的宽度方向延伸，另一部分沿着平行于外框的长度方向延伸。
5.根据权利要求1所述的一种IGBT模块，其特征在于，还包括盖板，所述盖板可拆卸地设置在外框的上表面，用于将所述中空结构的上方开口封堵，在所述盖板的下表面上设置有顶杆，当盖板安装好后，所述顶杆能够顶住DBC板。
6.根据权利要求1所述的一种IGBT模块，其特征在于，还包括散热器，所述DBC铜层贴在散热器上。
7.根据权利要求1所述的一种IGBT模块，其特征在于，在所述DBC铜层的背离电路铜层的一侧设置有多个散热翅片，所述散热翅片与DBC铜层一体成型。
8.一种用于生产权利要求1中的IGBT模块的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、接线端子成型；
步骤二、将成型的接线端子与PBT材料一起成型，得到外框；
步骤三、盖板成型；
步骤四、生产DBC板；
步骤五、在电路铜层上需要放置芯片的位置处放置锡膏，在锡膏上放上需要的芯片,芯片通过熔化的锡膏固定在电路铜层上，冷却后使用铝线将芯片、电路连接起来；
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