CN117878072A - 一种双面散热结构的igbt器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种双面散热结构的IGBT器件，包括芯片，芯片上端设置有上铜片，芯片下端设置有下铜片，下铜片下端设置有下导热板，下导热板下端设置有下基板，下导热板用于对芯片工作时产生的热量进行传导；其中上铜片上端设置有上导热板，上导热板上端设置有上基板，通过在上导热板与芯片之间灌胶，从而保证了IGBT器件内部的电气绝缘，防止电流泄露和电气击穿，进一步减少了电感影响，通过在芯片上端设置上导热板，从而增加了芯片的散热路径，使上导热板与下导热板同时对芯片高功耗工作时产生的热量进行传导，并利用上基板与下基板将热量散发到外环境中，提高对芯片的散热效率，进而提升了IGBT器件在高功耗工作状态下的工作性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其为一种双面散热结构的IGBT器件。
背景技术
IGBT器件是一种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，IGBT器件结合了高输入阻抗和低导通压降两方面的优点，具有开关速度快、输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关损耗小、通态电压低、通态电流大、损耗小等特性，广泛应用于储能、交通、电网等领域；
目前，IGBT器件朝着高电压、高电流、高集成度的方向发展，给IGBT器件的散热问题带来了挑战，散热是一个需要高度重视的问题，由于IGBT中的芯片在工作过程中需要频繁的开通和关断，从而产生大量的热量，需要在有限的空间内，将芯片在高功耗工作状态下产生的热量及时高效的释放到外界环境中，从而降低芯片结温及器件内部各封装材料的工作温度，进而保证IGBT器件内部的参数不发生大的改变，保证IGBT器件在使用过程中的可靠性，目前市面上的IGBT器件基本属于单面散热结构，单一的散热路径限制了IGBT器件的散热能力，使IGBT器件的导通电阻增加，导通损耗增大，随着温度升高，IGBT器件的开关速度降低、开关损耗增加，进而导致IGBT器件的效率降低、性能下降。
发明内容
本发明的主要目的在于提供双面散热结构的IGBT器件，以解决相关技术中提出的单一的散热路径限制了IGBT器件的散热能力，使IGBT器件的导通电阻增加，导通损耗增大，随着温度升高，IGBT器件的开关速度降低、开关损耗增加，进而导致IGBT器件的效率降低、性能下降的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种双面散热结构的IGBT器件，包括芯片，所述芯片上端设置有上铜片，所述芯片下端设置有下铜片，所述下铜片下端设置有下导热板，所述下导热板下端设置有下基板，所述下导热板用于对芯片工作时产生的热量进行传导；
其中，所述上铜片上端设置有上导热板，所述上导热板上端设置有上基板，通过在所述芯片上端设置上导热板，进而增加了所述芯片的散热路径，使所述芯片工作时的产生的热量通过上导热板与下导热板同时进行传导，用于提高芯片在高功耗工作状态下的散热降温性能。
进一步地，所述上铜片包括栅极铜片和发射极铜片，所述栅极铜片与发射极铜片之间存有间隙。
进一步地，所述上导热板下表面开设有上铜槽，所述上铜片嵌设在上铜槽内，所述下导热板上表面开设有下铜槽，所述下铜片嵌设在下铜槽内。
进一步地，所述栅极铜片下表面焊接有栅极端子，所述发射极铜片下表面焊接有发射极端子，所述下铜片上表面焊接有集电极端子。
进一步地，所述芯片包括IGBT芯片和FRD芯片，所述IGBT芯片与FRD芯片之间存有适当间距，所述IGBT芯片与FRD芯片表面焊接有若干金属球。
进一步地，若干所述金属球与嵌设在上导热板下表面开设的上铜槽中的上铜片下表面焊接，所述上铜片与若干金属球焊接区域设置有凸起。
进一步地，所述上导热板与芯片之间存有间隙，所述上导热板与芯片之间的间隙内填充有胶体。
进一步地，所述芯片与嵌设在下铜槽中的下铜片之间焊接。
进一步地，所述上基板下表面与上导热板上表面焊接，所述上导热板位于上基板中部。
进一步地，所述下基板上表面与下导热板下表面焊接，所述下导热板位于下基板中部。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、该一种双面散热结构的IGBT器件中，通过在芯片上端设置上导热板，从而增加了芯片的散热路径，使上导热板与下导热板同时对芯片产生的热量进行传导，并利用上基板与下基板将热量散发到外环境中，提高对芯片的散热效率，进而提升了IGBT器件在高功耗工作状态下的工作性能；
2、该一种双面散热结构的IGBT器件中，通过在芯片表面焊接若干金属球，并通过与上铜片进行焊接；芯片与下铜片焊接，进而实现电路连接，去除了键合过程，规避了键合失效的风险，再进一步提高了生产效率；
3、该一种双面散热结构的IGBT器件中，通过在上导热板与芯片之间灌胶，从而保证了IGBT器件内部的电气绝缘，防止电流泄露和电气击穿，进一步减少了电感影响。
附图说明
图1为双面散热结构的IGBT器件整体的结构示意图；
图2为双面散热结构的IGBT器件爆炸的结构示意图；
图3为图2中A处放大的结构示意图；
图4为双面散热结构的IGBT器件侧视结构示意图；
图5为图4中B处放大的结构示意图。
图示说明：
1、金属球；101、IGBT芯片；102、FRD芯片；
2、上铜片；201、上导热板；202、上基板；203、栅极铜片；2031、栅极端子；204、发射极铜片；2041、发射极端子；
3、下铜片；301、下导热板；302、下基板；303、集电极端子。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1-图5所示，本实施例目的在于，提供了一种双面散热结构的IGBT器件，包括芯片，芯片上端设置有上铜片2，芯片下端设置有下铜片3，下铜片3下端设置有下导热板301，下导热板301下端设置有下基板302，下导热板301用于对芯片工作时产生的热量进行传导；
其中，上铜片2上端设置有上导热板201，上导热板201上端设置有上基板202，通过在芯片上端设置上导热板201，进而增加了芯片的散热路径，使芯片工作时的产生的热量通过上导热板201与下导热板301同时进行传导，上基板202与下基板302优选采用铜材质，利用铜优异的导热性能使芯片工作产生的热量经上导热板201和下导热板301传导至上基板202和下基板302，进而将芯片产生的热量散发至外部环境中，用于提高芯片在高功耗工作状态下的散热降温性能。
上铜片2包括栅极铜片203和发射极铜片204，栅极铜片203与发射极铜片204之间存有间隙，间隙的存在减少栅极铜片203与发射极铜片204之间的寄生电容，寄生电容是在不同导体之间由于电场分布而形成的电容，寄生电容会影响IGBT器件的开关速度和性能，通过减少寄生电容，提高IGBT的开关速度，降低开关损耗，进一步提高IGBT器件的整体效率。
上导热板201下表面开设有上铜槽，上铜片2嵌设在上铜槽内，下导热板301上表面开设有下铜槽，下铜片3嵌设在下铜槽内，通过将上铜片2与下铜片3的区域规划清晰独立，进而提高了电流的流通，再进一步减少了电感影响。
栅极铜片203下表面焊接有栅极端子2031，发射极铜片204下表面焊接有发射极端子2041，下铜片3上表面焊接有集电极端子303，栅极铜片203与栅极端子2031之间、发射极铜片204与发射极端子2041之间、下铜片3与集电极端子303之间优选采用印刷锡膏进行焊接，印刷锡膏焊接能够形成稳定的金属连接，确保端子和铜片之间的电气连接可靠，且能够承受较大的机械应力和热应力，提高IGBT器件的可靠性，同时印刷锡膏焊接可以在端子与铜片之间形成低电阻连接，从而减少了电流流通时的热量损失，提高了IGBT器件的整体效率。
芯片包括IGBT芯片101和FRD芯片102，IGBT芯片101与FRD芯片102之间存有适当间距，IGBT芯片101与FRD芯片102表面焊接有若干金属球1，若干金属球1与嵌设在上导热板201下表面开设的上铜槽中的上铜片2下表面焊接，上铜片2与若干金属球1焊接区域设置有凸起，通过将上铜片2待焊接区域设置的若干凸起与若干金属球1焊接，从而实现了电路连接，进一步通过上铜片2的凸起使芯片与上铜片2之间有足够的接触面积，提高了IGBT器件整体结构的稳定性，同时保证了电流的稳定传输，进一步提高了IGBT器件的工作性能。
上导热板201与芯片之间存有间隙，上导热板201与芯片之间的间隙内填充有胶体，胶体优选采用硅基泥胶，硅基泥胶具有出色的导热性能，从而将芯片的热量传导到上导热板201与下导热板301上，并通过上导热板201与下导热板301板将热量散发到外部环境中，进而降低了芯片的工作温度，提高了芯片的可靠性和使用寿命。
芯片与嵌设在下铜槽中的下铜片3之间焊接，芯片与下铜片3之间优选采用印刷锡膏焊接。
上基板202下表面与上导热板201上表面焊接，上导热板201位于上基板202中部，下基板302上表面与下导热板301下表面焊接，下导热板301位于下基板302中部，上基板上表面与下基板下表面设置有若干散热条，通过增加若干散热条，进而增加了上基板、下基板与外界环境的接触面积，进而提高了散热效率，保障了IGBT器件在高功耗工作状态下的工作性能。
本发明在具体使用中，通过将上铜片2嵌设在上铜槽内，将下铜片3嵌设在下铜槽内，然后将IGBT芯片101和FRD芯片102通过印刷锡膏与下铜片3焊接，然后在IGBT芯片101和FRD芯片102焊接若干金属球1，在上铜片2焊接区域设置若干凸起，然后将若干金属球1与凸起焊接，然后将栅极铜片203表面焊接栅极端子2031，在发射极铜片204表面焊接发射极端子2041，在下铜片3表面焊接集电极端子303，再将上基板202与上导热板201通过印刷锡膏焊接，将下基板302与下导热板301通过印刷锡膏焊接，然后集电极铜片的电流首先通过芯片背面经嵌设在下导热板301开设的下铜槽内的下铜片3引到集电极端子303处，然后栅极铜片203区域和发射极铜片204区域的电流通过芯片表面经嵌设在上导热板201开设的上铜槽内的栅极铜片203区域和发射极铜片204区域分别引到栅极端子2031和发射极端子2041处，此时，上导热板201嵌设的上铜片2和下导热板301嵌设的下铜片3相对重合区域应尽量少，从而减少电感影响，然后芯片在高功耗工作状态下产生的热量在向下传输的同时也会通过上导热板201向上传输，最后通过上基板202与下基板302散发到周围环境中，进而使IGBT器件内部的芯片的温度保持相对稳定的状态。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种双面散热结构的IGBT器件，其特征在于，包括芯片，所述芯片上端设置有上铜片（2），所述芯片下端设置有下铜片（3），所述下铜片（3）下端设置有下导热板（301），所述下导热板（301）下端设置有下基板（302），所述下导热板（301）用于对芯片工作时产生的热量进行传导；
其中，所述上铜片（2）上端设置有上导热板（201），所述上导热板（201）上端设置有上基板（202），通过在所述芯片上端设置上导热板（201），进而增加了所述芯片的散热路径，使所述芯片工作时的产生的热量通过上导热板（201）与下导热板（301）同时进行传导，用于提高芯片在高功耗工作状态下的散热降温性能。
2.根据权利要求1所述的双面散热结构的IGBT器件，其特征在于，所述上铜片（2）包括栅极铜片（203）和发射极铜片（204），所述栅极铜片（203）与发射极铜片（204）之间存有间隙。
3.根据权利要求1所述的双面散热结构的IGBT器件，其特征在于，所述上导热板（201）下表面开设有上铜槽，所述上铜片（2）嵌设在上铜槽内，所述下导热板（301）上表面开设有下铜槽，所述下铜片（3）嵌设在下铜槽内。
4.根据权利要求2所述的双面散热结构的IGBT器件，其特征在于，所述栅极铜片（203）下表面焊接有栅极端子（2031），所述发射极铜片（204）下表面焊接有发射极端子（2041），所述下铜片（3）上表面焊接有集电极端子（303）。
5.根据权利要求1所述的双面散热结构的IGBT器件，其特征在于，所述芯片包括IGBT芯片（101）和FRD芯片（102），所述IGBT芯片（101）与FRD芯片（102）之间存有适当间距，所述IGBT芯片（101）与FRD芯片（102）表面焊接有若干金属球（1）。
6.根据权利要求5所述的双面散热结构的IGBT器件，其特征在于，若干所述金属球（1）与嵌设在上导热板（201）下表面开设的上铜槽中的上铜片（2）下表面焊接，所述上铜片（2）与若干金属球（1）焊接区域设置有凸起。
7.根据权利要求1所述的双面散热结构的IGBT器件，其特征在于，所述上导热板（201）与芯片之间存有间隙，所述上导热板（201）与芯片之间的间隙内填充有胶体。
8.根据权利要求1所述的双面散热结构的IGBT器件，其特征在于，所述芯片与嵌设在下铜槽中的下铜片（3）之间焊接。
9.根据权利要求1所述的双面散热结构的IGBT器件，其特征在于，所述上基板（202）下表面与上导热板（201）上表面焊接，所述上导热板（201）位于上基板（202）中部。
10.根据权利要求1所述的双面散热结构的IGBT器件，其特征在于，所述下基板（302）上表面与下导热板（301）下表面焊接，所述下导热板（301）位于下基板（302）中部。
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