CN211879386U - 一种igbt模块用的dbc结构 - Google Patents

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Abstract

本申请属于半导体封装以及功率模块领域，特别是一种IGBT模块用的DBC结构，其包括陶瓷绝缘基板，所述陶瓷绝缘基板的正面设置有上桥IGBT芯片、上桥二极管芯片、下桥IGBT芯片、下桥二极管芯片、NTC温度传感器和多个表面铜箔；所述上桥IGBT芯片以及上桥二极管芯片通过表面铜箔连接，上桥二极管芯片及上桥IGBT芯片连接与下桥IGBT芯片及下桥二极管芯片，下桥IGBT芯片与下桥二极管芯片通过表面铜箔引出。本申请的布局方式，实现了多芯片并联，有平衡各芯片之间电流的优势，上桥IGBT集电极与二极管阴极的通过两条平行铜箔，可以减少这部分的寄生电感。

Description

一种IGBT模块用的DBC结构
技术领域
本申请属于半导体封装以及功率模块领域，特别是一种IGBT模块用的DBC结构。
背景技术
IGBT模块主要包括覆铜陶瓷基板结构（DBC）、IGBT芯片、二极管芯片、NTC温度传感器、功率端子、信号端子。在对其中的DBC进行设计时，需要考虑IGBT芯片尺寸及栅极位置、二极管尺寸及焊盘大小、功率端子的布局、信号端子的布局，以及相应的电路结构及寄生参数设计。现有IGBT模块中的覆铜陶瓷基板结构存在的主要问题是寄生参数大、多芯片并联电流分布不均、栅极回路面积大。
发明内容
为了克服现有技术中寄生参数偏大，多芯片并联电流分布不均、栅极控制环路面积偏大的问题，现提出了一种IGBT模块的覆铜陶瓷基板结构。
为实现上述技术效果，本申请的技术方案如下：
一种IGBT模块用的DBC结构，包括陶瓷绝缘基板，所述陶瓷绝缘基板的正面设置有上桥IGBT芯片、上桥二极管芯片、下桥IGBT芯片、下桥二极管芯片、NTC温度传感器和多个表面铜箔；所述上桥IGBT芯片以及上桥二极管芯片通过表面铜箔连接，上桥二极管芯片及上桥IGBT芯片连接与下桥IGBT芯片及下桥二极管芯片，下桥IGBT芯片与下桥二极管芯片通过表面铜箔引出。
进一步地，所述上桥二极管芯片的阳极与上桥IGBT芯片的发射极通过多条键合线连接到下桥IGBT芯片的集电极与下桥二极管芯片的阴极。
再进一步地，所述键合线为铝线、铜线或铜带结构。
进一步地，多个表面铜箔包括下桥IGBT芯片的栅极控制回路铜箔、上桥IGBT芯片的栅极回路铜箔、第一表面铜箔、第二表面铜箔和第三表面铜箔，陶瓷绝缘基板正面的两侧分别设置有平行的第三表面铜箔，所述第三表面铜箔连接上桥IGBT芯片的集电极以及上桥二极管芯片的阴极。
进一步地，下桥IGBT芯片的发射极与下桥二极管芯片的阳极通过一条第二表面铜箔引出。
进一步地，陶瓷绝缘基板上的控制回路包括上桥IGBT芯片的栅极回路铜箔、上桥IGBT芯片的发射极回路铜箔、下桥IGBT芯片的栅极控制回路铜箔和下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔。
再进一步地，第二表面铜箔和下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔在电学上相互连接；其中第二表面铜箔比下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔的宽度更宽，第二表面铜箔电阻低用于通过大电流；下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔为采集第二表面铜箔上电势，为下桥IGBT芯片的栅极控制回路铜箔提供相对零电势。下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔通常为铝线。
进一步地，第一表面铜箔通过多条键合线与上桥二极管芯片相连，构成功率信号输出端。在上下桥的栅极控制信号的作用下，功率信号输出端可以实现不同输出状态：如零电压零电流、高电压低电流、低电压高电流。
本申请的优点为：
1、本申请的布局方式，实现了多芯片并联，有平衡各芯片之间电流的优势，上桥IGBT集电极与二极管阴极的通过两条平行铜箔，可以减少这部分的寄生电感。
2、本申请的上下桥的IGBT与二极管的对称布局，有利于电流均匀分布。
3、本申请的栅极控制回路铜箔短，栅极回路铜箔面积较小，因为栅极回路在IGBT芯片的短边，因此能做到面积缩小，从而降低了栅极寄生电感，减小干扰。
附图说明
图1是本申请的结构布局图。
图2是本申请用在IGBT模块中的示意图。
图3是本申请的等效电路图。
附图中：000-陶瓷绝缘基板，001-上桥IGBT芯片，002-上桥二极管芯片，003-下桥IGBT芯片的栅极控制回路铜箔，004-上桥IGBT芯片的栅极回路铜箔，005-NTC温度传感器，006-第一表面铜箔，007-第二表面铜箔，008-第三表面铜箔，016-下桥IGBT芯片，017-下桥二极管芯片，018-上桥IGBT芯片的发射极回路铜箔，019-下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种IGBT模块用的DBC结构包括陶瓷绝缘基板000，所述陶瓷绝缘基板000的正面设置有上桥IGBT芯片001、上桥二极管芯片002、下桥IGBT芯片016、下桥二极管芯片017、NTC温度传感器005和多个表面铜箔；所述上桥IGBT芯片001以及上桥二极管芯片002通过表面铜箔连接，上桥二极管芯片002及上桥IGBT芯片001连接与下桥IGBT芯片016及下桥二极管芯片017，下桥IGBT芯片016与下桥二极管芯片017通过表面铜箔引出。本申请的布局方式，实现了多芯片并联，有平衡各芯片之间电流的优势，上桥IGBT集电极与二极管阴极的通过两条平行铜箔，可以减少这部分的寄生电感。
实施例2
如图1所示，一种IGBT模块用的DBC结构包括陶瓷绝缘基板000，所述陶瓷绝缘基板000的正面设置有上桥IGBT芯片001、上桥二极管芯片002、下桥IGBT芯片016、下桥二极管芯片017、NTC温度传感器005和多个表面铜箔；所述上桥IGBT芯片001以及上桥二极管芯片002通过表面铜箔连接，上桥二极管芯片002及上桥IGBT芯片001连接与下桥IGBT芯片016及下桥二极管芯片017，下桥IGBT芯片016与下桥二极管芯片017通过表面铜箔引出。
上桥二极管芯片002的阳极与上桥IGBT芯片001的发射极通过多条键合线连接到下桥IGBT芯片016的集电极与下桥二极管芯片017的阴极。所述键合线为铝线、铜线或铜带结构。
多个表面铜箔包括下桥IGBT芯片的栅极控制回路铜箔003、上桥IGBT芯片的栅极回路铜箔004、第一表面铜箔006、第二表面铜箔007和第三表面铜箔008，陶瓷绝缘基板000正面的两侧分别设置有平行的第三表面铜箔008，所述第三表面铜箔008连接上桥IGBT芯片001的集电极以及上桥二极管芯片002的阴极。
下桥IGBT芯片016的发射极与下桥二极管芯片017的阳极通过一条第二表面铜箔007引出。
陶瓷绝缘基板000上的控制回路包括上桥IGBT芯片的栅极回路铜箔004、上桥IGBT芯片的发射极回路铜箔018、下桥IGBT芯片的栅极控制回路铜箔003和下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔019。第二表面铜箔007和下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔019在电学上相互连接；其中第二表面铜箔007比下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔019的宽度更宽，第二表面铜箔007电阻低用于通过大电流；下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔019为采集第二表面铜箔007上电势，为下桥IGBT芯片的栅极控制回路铜箔003提供相对零电势。下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔019通常为铝线。
进一步地，第一表面铜箔006通过多条键合线与上桥二极管芯片002相连，构成功率信号输出端。在上下桥的栅极控制信号的作用下，功率信号输出端可以实现不同输出状态：如零电压零电流、高电压低电流、低电压高电流。
本申请的基板结构包括正面、中间层和背面构成的三层结构，中间层为陶瓷基板，正面和背面均覆铜， IGBT芯片和二极管芯片通过铅锡焊固定在陶瓷绝缘基板000的正面铜箔上，采用铝线通过超声波焊接，连接上下桥。
陶瓷绝缘基板000起到机械支撑以及电气绝缘的作用；正面为被刻蚀出图形的铜箔，起到固定芯片的作用，并为芯片提供功率通道、信号通道。背面为整块铜箔，起到均衡热量分布的作用。
如图2所示，三块并联DBC布局结构，其中DBC框架015支撑三块DBC，并同时为信号端子009、010、011、012以及NTC温度传感器引出端口013、014。其中单块DBC上的IGBT栅极控制信号端、发射极控制信号端、NTC温度传感器通过铝线键合到框架015。
等效电路如图3所示，包括上桥IGBT栅极控制信号端021、发射极控制信号端022，下桥IGBT栅极控制信号端025、发射极控制信号端026，母线电压端子020，地信号端子024，交流输出端子023，NTC温度传感器端子027、028。

Claims (8)

1.一种IGBT模块用的DBC结构，其特征在于：包括陶瓷绝缘基板（000），所述陶瓷绝缘基板（000）的正面设置有上桥IGBT芯片（001）、上桥二极管芯片（002）、下桥IGBT芯片（016）、下桥二极管芯片（017）、NTC温度传感器（005）和多个表面铜箔；所述上桥IGBT芯片（001）以及上桥二极管芯片（002）通过表面铜箔连接，上桥二极管芯片（002）及上桥IGBT芯片（001）连接与下桥IGBT芯片（016）及下桥二极管芯片（017），下桥IGBT芯片（016）与下桥二极管芯片（017）通过表面铜箔引出。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT模块用的DBC结构，其特征在于：所述上桥二极管芯片（002）的阳极与上桥IGBT芯片（001）的发射极通过多条键合线连接到下桥IGBT芯片（016）的集电极与下桥二极管芯片（017）的阴极。
3.根据权利要求2所述的一种IGBT模块用的DBC结构，其特征在于：所述键合线为铝线、铜线或铜带结构。
4.根据权利要求1所述的一种IGBT模块用的DBC结构，其特征在于：多个表面铜箔包括下桥IGBT芯片的栅极控制回路铜箔（003）、上桥IGBT芯片的栅极回路铜箔（004）、第一表面铜箔（006）、第二表面铜箔（007）和第三表面铜箔（008），陶瓷绝缘基板（000）正面的两侧分别设置有平行的第三表面铜箔（008），所述第三表面铜箔（008）连接上桥IGBT芯片（001）的集电极以及上桥二极管芯片（002）的阴极。
5.根据权利要求1所述的一种IGBT模块用的DBC结构，其特征在于：下桥IGBT芯片（016）的发射极与下桥二极管芯片（017）的阳极通过一条第二表面铜箔（007）引出。
6.根据权利要求1所述的一种IGBT模块用的DBC结构，其特征在于：陶瓷绝缘基板（000）上的控制回路包括上桥IGBT芯片的栅极回路铜箔（004）、上桥IGBT芯片的发射极回路铜箔（018）、下桥IGBT芯片的栅极控制回路铜箔（003）和下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔（019）。
7.根据权利要求6所述的一种IGBT模块用的DBC结构，其特征在于：第二表面铜箔（007）和下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔（019）在电学上相互连接；其中第二表面铜箔（007）比下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔（019）的宽度更宽，第二表面铜箔（007）电阻低用于通过大电流；下桥IGBT芯片的发射极回路铜箔（019）为采集第二表面铜箔（007）上电势，为下桥IGBT芯片的栅极控制回路铜箔（003）提供相对零电势。
8.根据权利要求4所述的一种IGBT模块用的DBC结构，其特征在于：第一表面铜箔（006）通过多条键合线与上桥二极管芯片（002）相连，构成功率信号输出端。
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