CN117878071A - 一种igbt半导体器件及其工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种IGBT半导体器件及其工艺方法。该IGBT半导体器件包括基板和安装在基板上的DBC板，基板的上表面固定连接有外壳，外壳的上表面设置有功率端子和信号端子，功率端子和信号端子均与DBC板电性连接。本发明通过结构设计解决了现有的IGBT半导体器件的基板与散热器表面接触吸收热量，再通过各种方法将热量传递到远处，由于IGBT半导体器件的产热位置正好是整个器件的与基板接触的中心位置，热量无法最快得到逸散，大大影响了散热效率的问题。

Description

一种IGBT半导体器件及其工艺方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种IGBT半导体器件及其工艺方法。

背景技术

IGBT又称为绝缘栅双极型晶体管，是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，一般情况下，IGBT器件由IGBT芯片以及FWD芯片（续流二极管芯片）组成，IGBT器件的封装是通过键合、加装衬板、加装基板、密封固化，实现封装，再通过在基板上外装散热结构实现散热，而IGBT器件因为本身性能不断提升，拥有更高的开关效率，但是其产热率也不断提高，

众所周知高温是IGBT半导体器件的大敌，高温不但会导致系统运行不稳，使用寿命缩短，甚至有可能使某些部件烧毁，而导致高温的热量是IGBT半导体器件的内部，散热器的作用就是将这些热量吸收，然后发散到外部，保证IGBT半导体器件的温度正常，而多数散热器通过和基板表面接触吸收热量，再通过各种方法将热量传递到远处，由于IGBT半导体器件的产热位置正好是整个器件的与基板接触的中心位置，热量无法最快得到逸散，大大影响了散热效率。

发明内容

（1）要解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种IGBT半导体器件及其工艺方法，解决了现有的IGBT半导体器件的基板与散热器表面接触吸收热量，再通过各种方法将热量传递到远处，由于IGBT半导体器件的产热位置正好是整个器件的与基板接触的中心位置，热量无法最快得到逸散，大大影响了散热效率的问题。

（2）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种IGBT半导体器件，包括基板和安装在基板上的DBC板，基板的上表面固定连接有外壳，外壳的上表面设置有功率端子和信号端子，功率端子和信号端子均与DBC板电性连接，基板的下表面开设有通风槽，通风槽的中部安装有散热组件，散热组件的前后两侧均设置有散热器。

优选地，散热器包括主体和固定连接在主体一侧的多个散热片，主体的一侧通过第一螺钉与基板固定连接。

进一步的，主体与散热片为一体成型，散热器为铝型材且中间部分铣削加工成型。

更进一步的，散热组件包括安装框，安装框上开设有两个安装孔，安装孔的内部固定连接有固定架，固定架的一侧固定连接有驱动电机，驱动电机的输出端固定连接有扇叶，安装框的一侧与主体压接并通过第二螺钉与基板固定连接，安装框的一侧固定连接有凸起并与通风槽的内壁接触，安装框的另一侧开设有与第二螺钉相对应的通孔。

本发明还提供一种IGBT半导体器件的工艺方法，包括如下步骤：

步骤一、首先将DBC板固定在基板上，在DBC板需要焊接的部位涂上锡膏，然后将功率端子和信号端子与DBC板上涂有锡膏的部位相接触，将功率端子和信号端子焊接于DBC板上，最后将外壳与基板组装在一起；

步骤二、把涂抹好导热硅脂的散热组件和散热器放在基板上的通风槽内指定的安装位置，然后将散热组件压接住两侧的散热器，接着使用第一螺钉和第二螺钉预紧散热组件和散热器；

步骤三、使散热组件和散热器完全与通风槽的内壁贴合，然后顺序用扭力扳手均力紧固第一螺钉和第二螺钉，接着使用磨削设备将散热组件、散热器和基板磨削成一个平面，清理干净后完成组装工艺流程。

更进一步的，在涂抹导热硅脂前用干净的棉布或者用干净的棉布蘸取酒精擦拭清理散热组件和散热器，涂抹导热硅脂时用钢质刮刀把绝缘硅脂均匀涂抹在散热组件和散热器上。

更进一步的，对散热组件和散热器固定安装时扭力扳手的紧固力为0.4-0.5NM。

更进一步的，磨削设备包括底板，底板的上表面固定连接有U形架，U形架的中部通过左右调节组件设置有活动块，活动块的前后两侧均固定连接有固定板，固定板的上表面固定连接有第一电动推杆，第一电动推杆的伸缩端固定连接有第一安装板，第一安装板的上表面固定连接有第一电机，第一电机的输出端固定连接有研磨盘，底板的上表面中部固定连接有固定座，固定座的上表面开设有放置槽，放置槽的前后两侧均设置有夹持组件。

更进一步的，左右调节组件包括固定连接在U形架右侧的第二电机，第二电机的输出端固定连接有丝杆，丝杆的左端贯穿活动块并通过轴承与U形架的左侧内壁转动连接，丝杆与活动块螺纹连接，U形架的右侧固定连接有导向杆，导向杆的左端贯穿活动块并与U形架的左侧固定连接，导向杆与活动块滑动连接。

更进一步的，夹持组件包括固定连接在固定座前后两侧的第二电动推杆，第二电动推杆的伸缩端位于放置槽的内部并固定连接有活动板，活动板的左右两侧固定连接有两个夹持块，两个夹持块之间设置有第二安装板，第二安装板的一侧固定连接有多个插片，第二安装板的另一侧固定连接有两个滑杆，滑杆贯穿活动板并固定连接有限位块，滑杆与活动板滑动连接，滑杆的外表面套设有弹簧。

（3）有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的IGBT半导体器件中部散发的热量通过基板传递给散热器，同时启动驱动电机带动扇叶旋转，扇叶在旋转的过程中能够使通风槽内的空气流动，流动的空气将散热器的热量带走，从而使IGBT半导体器件内部产生的热量更容易被带出，提高了IGBT半导体器件的使用寿命和可靠性。

本发明通过将IGBT半导体器件放在放置槽内，然后夹持组件将其固定平整，接着启动第一电动推杆伸长带动第一安装板、第一电机和研磨盘向下移动，同时与左右调节组件配合对散热组件、散热器和基板进行磨削，由于夹持组件将IGBT半导体器件固定时，多个插片插入两个散热片之间，从而保证研磨盘与散热片接触时不会出现晃动，保证散热组件、散热器和基板研磨后的平整度，提高产品的质量。

附图说明

图1为本发明所述的IGBT半导体器件的立体结构示意图；

图2为本发明所述的IGBT半导体器件的另一立体结构示意图；

图3为本发明所述的IGBT半导体器件的散热组件的结构示意图；

图4为本发明所述的IGBT半导体器件的分解结构示意图；

图5为本发明所述的磨削设备的结构示意图；

图6为本发明所述的活动块与研磨盘的组装结构示意图；

图7为本发明所述的夹持组件的结构示意图；

图8为图7中A处的放大结构示意图。

附图中的标记为：1、基板；2、外壳；3、功率端子；4、信号端子；5、通风槽；6、散热组件；7、散热器；601、安装框；602、安装孔；603、固定架；604、驱动电机；605、扇叶；606、第二螺钉；607、凸起；608、通孔；701、主体；702、散热片；703、第一螺钉；11、底板；12、U形架；13、活动块；14、固定板；15、第一电动推杆；16、第一安装板；17、第一电机；18、研磨盘；19、固定座；20、放置槽；121、第二电机；122、丝杆；123、导向杆；191、第二电动推杆；192、活动板；193、夹持块；194、第二安装板；195、插片；196、滑杆；197、限位块；198、弹簧。

具体实施方式

本发明提供了一种IGBT半导体器件，其结构示意图如图1-图4所示，包括基板1和安装在基板1上的DBC板，基板1的上表面固定连接有外壳2，外壳2的上表面设置有功率端子3和信号端子4，功率端子3和信号端子4均与DBC板电性连接，基板1的下表面开设有通风槽5，通风槽5的中部安装有散热组件6，散热组件6的前后两侧均设置有散热器7，IGBT半导体器件中部散发的热量通过基板1传递给散热器7，同时启动驱动电机604带动扇叶605旋转，扇叶605在旋转的过程中能够使通风槽5内的空气流动，流动的空气将散热器7的热量带走。

如图2和图4所示，在本实施例中，散热器7包括主体701和固定连接在主体701一侧的多个散热片702，主体701的一侧通过第一螺钉703与基板1固定连接。这样设置散热器7的主体701可以与基板1紧密接触，散热片702将主体701的热量向空气中散发。

如图2和图4所示，在本实施例中，主体701与散热片702为一体成型，散热器7为铝型材且中间部分铣削加工成型。这样设置铝型材的散热器7质量较轻，散热效果较好，避免IGBT半导体器件的内部温度过高。

如图2和图3所示，在本实施例中，散热组件6包括安装框601，安装框601上开设有两个安装孔602，安装孔602的内部固定连接有固定架603，固定架603的一侧固定连接有驱动电机604，驱动电机604的输出端固定连接有扇叶605，安装框601的一侧与主体701压接并通过第二螺钉606与基板1固定连接，安装框601的一侧固定连接有凸起607并与通风槽5的内壁接触，安装框601的另一侧开设有与第二螺钉606相对应的通孔608。

这样设置组装时将散热组件6和散热器7放在基板1上的通风槽5内，并使散热组件6压接住两侧的散热器7，接着使用第二螺钉606贯穿通孔608将散热组件6和散热器7与基板1固定，然后通过第一螺钉703将散热器7与基板1固定。

本发明还提供一种IGBT半导体器件的工艺方法，包括如下步骤：

步骤一、首先将DBC板固定在基板1上，在DBC板需要焊接的部位涂上锡膏，然后将功率端子3和信号端子4与DBC板上涂有锡膏的部位相接触，将功率端子3和信号端子4焊接于DBC板上，最后将外壳2与基板1组装在一起；

步骤二、把涂抹好导热硅脂的散热组件6和散热器7放在基板1上的通风槽5内指定的安装位置，然后将散热组件6压接住两侧的散热器7，接着使用第一螺钉703和第二螺钉606预紧散热组件6和散热器7；

步骤三、使散热组件6和散热器7完全与通风槽5的内壁贴合，然后顺序用扭力扳手均力紧固第一螺钉703和第二螺钉606，接着使用磨削设备将散热组件6、散热器7和基板1磨削成一个平面，清理干净后完成组装工艺流程。

在本实施例中，在涂抹导热硅脂前用干净的棉布或者用干净的棉布蘸取酒精擦拭清理散热组件6和散热器7，涂抹导热硅脂时用钢质刮刀把绝缘硅脂均匀涂抹在散热组件6和散热器7上。

这样设置可以更好的使散热组件6和散热器7与基板1接触与传递热量，使IGBT半导体器件更好的进行散热。

在本实施例中，对散热组件6和散热器7固定安装时扭力扳手的紧固力为0.4-0.5NM，这样设置防止紧固力过大损坏散热组件6和散热器7。

如图5-8所示，在本实施例中，磨削设备包括底板11，底板11的上表面固定连接有U形架12，U形架12的中部通过左右调节组件设置有活动块13，活动块13的前后两侧均固定连接有固定板14，固定板14的上表面固定连接有第一电动推杆15，第一电动推杆15的伸缩端固定连接有第一安装板16，第一安装板16的上表面固定连接有第一电机17，第一电机17的输出端固定连接有研磨盘18，底板11的上表面中部固定连接有固定座19，固定座19的上表面开设有放置槽20，放置槽20的前后两侧均设置有夹持组件。

这样设置通过将IGBT半导体器件放在放置槽20内，然后夹持组件将其固定平整，接着启动第一电动推杆15伸长带动第一安装板16、第一电机17和研磨盘18向下移动对散热组件6、散热器7和基板1进行磨削。

如图5和图6所示，在本实施例中，左右调节组件包括固定连接在U形架12右侧的第二电机121，第二电机121的输出端固定连接有丝杆122，丝杆122的左端贯穿活动块13并通过轴承与U形架12的左侧内壁转动连接，丝杆122与活动块13螺纹连接，U形架12的右侧固定连接有导向杆123，导向杆123的左端贯穿活动块13并与U形架12的左侧固定连接，导向杆123与活动块13滑动连接。

这样设置启动第二电机121带动丝杆122旋转，由于丝杆122与活动块13螺纹连接，此时丝杆122在旋转的过程中能够带动活动块13沿着导向杆123左右移动，活动块13在移动的过程中能够带动第一安装板16、第一电机17和研磨盘18对散热组件6、散热器7和基板1进行左右磨削。

如图7和图8所示，在本实施例中，夹持组件包括固定连接在固定座19前后两侧的第二电动推杆191，第二电动推杆191的伸缩端位于放置槽20的内部并固定连接有活动板192，活动板192的左右两侧固定连接有两个夹持块193，两个夹持块193之间设置有第二安装板194，第二安装板194的一侧固定连接有多个插片195，第二安装板194的另一侧固定连接有两个滑杆196，滑杆196贯穿活动板192并固定连接有限位块197，滑杆196与活动板192滑动连接，滑杆196的外表面套设有弹簧198。

这样设置将IGBT半导体器件放在放置槽20内后，启动第二电动推杆191伸长带动活动板192向中部移动，此时多个插片195插入两个散热片702之间，散热片702会与插片195接触，当第二安装板194与IGBT半导体器件接触时带动滑杆196滑动并压缩弹簧198，直至夹持块193将IGBT半导体器件固定平整，从而保证研磨盘18与散热片702接触时不会出现晃动，保证散热组件6、散热器7和基板1研磨后的平整度，提高产品的质量。

本实施例中的所有技术特征均可根据实际需要而进行自由组合。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种IGBT半导体器件，其特征在于，包括基板（1）和安装在基板（1）上的DBC板，所述基板（1）的上表面固定连接有外壳（2），所述外壳（2）的上表面设置有功率端子（3）和信号端子（4），所述功率端子（3）和信号端子（4）均与DBC板电性连接，所述基板（1）的下表面开设有通风槽（5），所述通风槽（5）的中部安装有散热组件（6），所述散热组件（6）的前后两侧均设置有散热器（7）。

2.根据权利要求1所述的IGBT半导体器件，其特征在于，所述散热器（7）包括主体（701）和固定连接在主体（701）一侧的多个散热片（702），所述主体（701）的一侧通过第一螺钉（703）与基板（1）固定连接。

3.根据权利要求2所述的IGBT半导体器件，其特征在于，所述主体（701）与散热片（702）为一体成型，所述散热器（7）为铝型材且中间部分铣削加工成型。

4.根据权利要求2所述的IGBT半导体器件，其特征在于，所述散热组件（6）包括安装框（601），所述安装框（601）上开设有两个安装孔（602），所述安装孔（602）的内部固定连接有固定架（603），所述固定架（603）的一侧固定连接有驱动电机（604），所述驱动电机（604）的输出端固定连接有扇叶（605），所述安装框（601）的一侧与主体（701）压接并通过第二螺钉（606）与基板（1）固定连接，所述安装框（601）的一侧固定连接有凸起（607）并与通风槽（5）的内壁接触，所述安装框（601）的另一侧开设有与第二螺钉（606）相对应的通孔（608）。

5.一种IGBT半导体器件的工艺方法，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的IGBT半导体器件，还包括如下步骤:

步骤一、首先将DBC板固定在基板（1）上，在DBC板需要焊接的部位涂上锡膏，然后将功率端子（3）和信号端子（4）与DBC板上涂有锡膏的部位相接触，将功率端子（3）和信号端子（4）焊接于DBC板上，最后将外壳（2）与基板（1）组装在一起；

步骤二、把涂抹好导热硅脂的散热组件（6）和散热器（7）放在基板（1）上的通风槽（5）内指定的安装位置，然后将散热组件（6）压接住两侧的散热器（7），接着使用第一螺钉（703）和第二螺钉（606）预紧散热组件（6）和散热器（7）；

步骤三、使散热组件（6）和散热器（7）完全与通风槽（5）的内壁贴合，然后顺序用扭力扳手均力紧固第一螺钉（703）和第二螺钉（606），接着使用磨削设备将散热组件（6）、散热器（7）和基板（1）磨削成一个平面，清理干净后完成组装工艺流程。

6.根据权利要求5所述的IGBT半导体器件的工艺方法，其特征在于，在涂抹导热硅脂前用干净的棉布或者用干净的棉布蘸取酒精擦拭清理散热组件（6）和散热器（7），涂抹导热硅脂时用钢质刮刀把绝缘硅脂均匀涂抹在散热组件（6）和散热器（7）上。

7.根据权利要求5所述的IGBT半导体器件的工艺方法，其特征在于，对散热组件（6）和散热器（7）固定安装时扭力扳手的紧固力为0.4-0.5NM。

8.根据权利要求5所述的IGBT半导体器件的工艺方法，其特征在于，所述磨削设备包括底板（11），所述底板（11）的上表面固定连接有U形架（12），所述U形架（12）的中部通过左右调节组件设置有活动块（13），所述活动块（13）的前后两侧均固定连接有固定板（14），所述固定板（14）的上表面固定连接有第一电动推杆（15），所述第一电动推杆（15）的伸缩端固定连接有第一安装板（16），所述第一安装板（16）的上表面固定连接有第一电机（17），所述第一电机（17）的输出端固定连接有研磨盘（18），所述底板（11）的上表面中部固定连接有固定座（19），所述固定座（19）的上表面开设有放置槽（20），所述放置槽（20）的前后两侧均设置有夹持组件。

9.根据权利要求8所述的IGBT半导体器件的工艺方法，其特征在于，所述左右调节组件包括固定连接在U形架（12）右侧的第二电机（121），所述第二电机（121）的输出端固定连接有丝杆（122），所述丝杆（122）的左端贯穿活动块（13）并通过轴承与U形架（12）的左侧内壁转动连接，所述丝杆（122）与活动块（13）螺纹连接，所述U形架（12）的右侧固定连接有导向杆（123），所述导向杆（123）的左端贯穿活动块（13）并与U形架（12）的左侧固定连接，所述导向杆（123）与活动块（13）滑动连接。

10.根据权利要求8所述的IGBT半导体器件的工艺方法，其特征在于：所述夹持组件包括固定连接在固定座（19）前后两侧的第二电动推杆（191），所述第二电动推杆（191）的伸缩端位于放置槽（20）的内部并固定连接有活动板（192），所述活动板（192）的左右两侧固定连接有两个夹持块（193），两个所述夹持块（193）之间设置有第二安装板（194），所述第二安装板（194）的一侧固定连接有多个插片（195），所述第二安装板（194）的另一侧固定连接有两个滑杆（196），所述滑杆（196）贯穿活动板（192）并固定连接有限位块（197），所述滑杆（196）与活动板（192）滑动连接，所述滑杆（196）的外表面套设有弹簧（198）。