CN213459728U - 一种用于高压焊接式igbt器件内部衬板的绝缘结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构，包括衬板(1)，所述衬板(1)上连有芯片(3)，所述芯片(3)上键合有键合线(2)，所述衬板(1)上分别预留有集电极键合区域(5)、发射极键合区域(6)、门级键合区域(7)和集电极信号端键合区域(8)，所述芯片(3)和键合线(2)外部包裹有塑封材料结构(9)，所述衬板(1)的背面设置有金属面(4)，所述金属面(4)裸漏在所述塑封材料结构(9)的外侧。本实用新型提供的用于高压大功率焊接式IGBT器件内部衬板，能够避免芯片打火现象、提高键合线的可靠性和有效隔绝外界水汽。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构，属于功率半导体器件封装技术领域。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是绝缘栅双极晶体管的简称，广泛应用于工业控制、电力系统、机车牵引、风力发电、汽车动力等领域。目前IGBT器件应用较为广泛的焊接式封装形式，其用硅凝胶或者环氧树脂灌封工艺对芯片及衬板进行绝缘及隔绝水汽保护。芯片一般通过焊料(锡银铜、锡铅焊料等)焊接在衬板上(一般为陶瓷覆铜板，DBC)，通过键合线连接芯片的正面，与焊接面形成导通回路。因为在高电压运行环境中，高压芯片(1700V及以上)对其周边的耐压介质要求较高，对水分子较为敏感，所以需要对芯片进行绝缘及隔绝湿气保护。现有技术中存在以下三种技术方案。
方案一：1700V及以下焊接式大功率模块常用硅凝胶灌封方案，其技术核心用选择满足耐压等级的硅凝胶介质通过灌胶工艺将硅凝胶包裹芯片及衬板，抽真空去除气泡，然后固化形成有效的绝缘介质层，可对芯片形成绝缘保护和对水气分子形成一定的保护。方案一存在以下限制：1)硅凝胶耐压等级有限，对于3300V及以上高压等级芯片绝缘保护不足；2)硅凝胶灌封工艺很难实现气泡的绝对去除，芯片边的小气泡会大大降低绝缘保护。
方案二：3300V及以上焊接式大功率模块一般采用涂胶及灌封工艺相结合的方案，3300V及以上电压等级对电绝缘及水汽保护要求更高，该方案第一步用耐压等级更高的聚酰亚胺胶水涂覆在键合后的芯片表面，固化后采用硅凝胶灌封，最后用环氧树脂灌封，对高压芯片形成有效绝缘保护和水汽隔绝。方案二存在以下限制：1)PI胶水材料、工艺及设备成本较高；2)涂覆工艺形成的PI层存在微气泡会降低其绝缘能力，难以实现更高电压等级的保护需求；3)该工艺虽然用环氧树脂的灌封工艺对外界水汽进行有效隔绝，但是在环氧树脂固化前的工序中环境控制不好引入水分子，会影响芯片的可靠性。
方案三：环氧树脂灌封，器件外框固化后直接采用环氧树脂灌封的方式，对芯片进行绝缘保护。方案三存在以下限制：1)该方案用的环氧树脂的CTE较大，固化后强度较高，运行过程中衬板、键合线周边应力较大，影响其可靠性；2)环氧树脂粘度较大，与硅凝胶相比脱泡难度更大。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够避免芯片打火现象、提高键合线的可靠性和有效隔绝外界水汽的用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构，包括衬板，所述衬板上连有芯片，所述芯片上键合有键合线，所述衬板上分别预留有集电极键合区域、发射极键合区域、门级键合区域和集电极信号端键合区域，所述芯片和键合线外部包裹有塑封材料结构，所述衬板的背面设置有金属面，所述金属面裸漏在所述塑封材料结构的外侧。
所述塑封材料结构的材质包括硅橡胶或者环氧树脂。
所述芯片的个数为N个，呈左右方向对称分布，其中N为大于等于2的整数。
所述芯片的个数为6个。
所述集电极键合区域和发射极键合区域位于所述衬板上部，所述集电极键合区域位于所述发射极键合区域的正上方。
所述门级键合区域和集电极信号端键合区域位于所述衬板下部，所述集电极信号端键合区域位于所述门级键合区域的左部。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构，芯片上键合有键合线，衬板上分别预留有集电极键合区域、发射极键合区域、门级键合区域和集电极信号端键合区域，芯片和键合线外部包裹有塑封材料结构，采用较为成熟的塑封工艺，将其引入焊接式大功率器件封装，用玻璃化温度在200摄氏度以上的硅橡胶或者CTE与衬板相匹配的特殊环氧树脂材料，对衬板的芯片及键合在芯片上的键合线进行包覆，衬板上留下功率端端子键合的位置，利用其材料耐压等级高，塑封后芯片及键合线周边可实现无气泡，最大程度避免芯片打火现象，提高其可靠性，可实现更高等级的耐压保护。塑封后对键合线进行包覆，给予芯片一定的限位及压应力，降低键合线键合点脱落的概率，提高键合线的可靠性；塑封过程中可有效去除附着在芯片表面的水分子，塑封后可有效隔绝外界水汽；塑封后，周边采用硅凝胶和环氧树脂保护，可提高器件的防爆能力对复杂气候的适应能力。对衬板子单元实现塑封后依照后续衬板焊接、键合、外框安装等工序将塑封后的子单元连接在热沉基板上，然后采用硅凝胶灌封工艺；如果工况复杂，可灌胶后用方案二的方式进行环氧树脂的灌胶。
附图说明
图1为本实用新型一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构的结构示意图；
图2为本实用新型中衬板单元绝缘封装示意图。
图中附图标记如下：1-衬板；2-键合线；3-芯片；4-金属面；5-集电极键合区域；6-发射极键合区域；7-门级键合区域；8-集电极信号端键合区域；9-塑封材料结构。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1和图2所示，本实用新型公开一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构，包括衬板1，衬板1上连有芯片3，芯片3的个数为N个，呈左右方向对称分布，其中N为大于等于2的整数。优选地，芯片3的个数为6个。芯片3上键合有键合线2。
所述衬板1上分别预留有集电极键合区域5、发射极键合区域6、门级键合区域7和集电极信号端键合区域8。集电极键合区域5和发射极键合区域6位于衬板1上部，集电极键合区域5位于发射极键合区域6的正上方。门级键合区域7和集电极信号端键合区域8位于衬板1下部，集电极信号端键合区域8位于门级键合区域7的左部。芯片3和键合线2外部包裹有塑封材料结构9，塑封材料结构9的材质包括硅橡胶或者环氧树脂。芯片3及其键合线2被包裹在塑封材料结构9内。衬板1的背面设置有金属面4，金属面4裸漏在塑封材料结构9的外侧。该单元塑封完成后可作为衬板单元，进行后续的衬板焊接机功率端子、信号端子键合、灌封等常规工序，封装成模块。
本实用新型中用于高压大功率焊接式IGBT器件内部衬板的制作工艺包括以下步骤：步骤一，贴片键合：通过焊接、铝线键合等工序完成衬板及芯片封装；步骤二，塑封：选用复合应用工况的塑封材料(环氧树脂、硅橡胶，可耐220摄氏度以上高温)，在塑封机及模具的配合下实现衬板图形的塑封。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构，其特征在于：包括衬板(1)，所述衬板(1)上连有芯片(3)，所述芯片(3)上键合有键合线(2)，所述衬板(1)上分别预留有集电极键合区域(5)、发射极键合区域(6)、门级键合区域(7)和集电极信号端键合区域(8)，所述芯片(3)和键合线(2)外部包裹有塑封材料结构(9)，所述衬板(1)的背面设置有金属面(4)，所述金属面(4)裸漏在所述塑封材料结构(9)的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构，其特征在于：所述塑封材料结构(9)的材质包括硅橡胶或者环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构，其特征在于：所述芯片(3)的个数为N个，呈左右方向对称分布，其中N为大于等于2的整数。
4.根据权利要求1所述的一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构，其特征在于：所述芯片(3)的个数为6个。
5.根据权利要求1所述的一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构，其特征在于：所述集电极键合区域(5)和发射极键合区域(6)位于所述衬板(1)上部，所述集电极键合区域(5)位于所述发射极键合区域(6)的正上方。
6.根据权利要求1所述的一种用于高压焊接式IGBT器件内部衬板的绝缘结构，其特征在于：所述门级键合区域(7)和集电极信号端键合区域(8)位于所述衬板(1)下部，所述集电极信号端键合区域(8)位于所述门级键合区域(7)的左部。
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