CN215118895U - 一种igbt半桥模块结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种IGBT半桥模块结构，其特征在于：包括铜基板以及在铜基板上表面设置的呈上下排列的第一DBC和第二DBC，第一DBC和第二DBC的上表面分别设置有FRD芯片、IGBT芯片以及将各芯片分隔成单独区域的阻焊层，第一DBC的上表面还焊接有热敏电阻NTC，其两侧设置有刻蚀条。本实用新型提供的IGBT半桥模块结构布局简单，电流分布均匀，并可以在同等封装结构中放置更大尺寸的IGBT芯片，进一步提高模块的功率密度，阻焊层和刻蚀条设置均可避免因焊接所引起的位置偏移。

Description

一种IGBT半桥模块结构

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种IGBT半桥模块结构。

背景技术

IGBT半桥模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FRD(快恢复二极管)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于逆变焊接、工业变频器、UPS不间断电源等设备上。传统的Econo Dual IGBT半桥模块的内部布局复杂，引线多，会引起不必要的杂散电感，且可放置的芯片尺寸受限，无法提高功率密度，同时，传统的IGBT半桥模块使用焊膏量大，焊膏融合后会造成芯片以及焊接的热敏电阻NTC位置偏移。

实用新型内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供了一种新的IGBT半桥模块结构。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种IGBT半桥模块结构，包括铜基板以及在所述铜基板上表面设置的第一DBC和第二DBC，所述第一DBC和第二DBC的上表面分别设置有FRD芯片、IGBT芯片以及将所述FRD芯片和IGBT芯片分隔成单独区域的阻焊层，所述第一DBC的上表面还焊接有热敏电阻NTC，所述热敏电阻NTC的两侧设置有刻蚀条。

作为优选方案，所述第一DBC上表面设置有3个所述FRD芯片和3个IGBT芯片构成上桥结构，所述第二DBC上表面设置有相同数量的FRD芯片和IGBT芯片构成下桥结构，所述上桥结构和所述下桥结构为上下排列并呈中心对称，构成所述上桥结构和所述下桥结构的FRD芯片和IGBT芯片分别呈一字型排列。

作为优选方案，所述刻蚀条尺寸为0.5mm*1.25mm。

作为优选方案，所述IGBT芯片通过发射极键合线连续焊接四个焊点，所述FRD芯片通过阳极键合线连续焊接三个焊点。

作为优选方案，所述上桥结构和下桥结构的IGBT芯片的栅极连续通过第一栅极键合线和第二栅极键合线连接至栅极端子。

作为优选方案，所述上桥结构的IGBT芯片的发射极通过发射极键合线键合至所述第二DBC，所述下桥结构的IGBT芯片的发射极通过发射极键合线键合至所述第一DBC。

作为优选方案，所述上桥结构的FRD芯片的阳极通过阳极键合线键合至所述第二DBC，再通过第一键合线和第二键合线连接至发射极端子；所述下桥结构的FRD芯片的阳极通过阳极键合线键合至所述第一DBC，再通过第二键合线连接至发射极端子。

作为优选方案，所述上桥结构和所述下桥结构的集电极通过第三键合线连接至集电极端子。

有益效果：

1)DBC表面设置的阻焊层，可避免焊膏融化后流动造成芯片位置偏移，同时也避免了其他区域的锡膏溢出，造成芯片发射极与集电极短路风险；

2)该布局结构简单，上桥结构和下桥结构呈上下排列、中心对称，电流分布均匀，并可以在同等封装结构中放置更大尺寸的IGBT芯片，进一步提高模块的功率密度；

3)热敏电阻NTC的左右两侧增加刻蚀条，与打线区域分隔开，防止锡珠溢出，同时对热敏电阻NTC起到定位作用，防止焊接后偏移；

4)同一条键合线，连续焊接的焊点由传统的八个减少为四个，在作业过程中造成不良的风险降低50％；

5)不需要通过中间的连接线进行电路连接，降低热阻，增强模块的可靠性。

附图说明

图1是传统的IGBT半桥模块结构布局示意图；

图2是本实用新型中一种IGBT半桥模块结构布局示意图；

图3是本实用新型中一种IGBT半桥模块功率拓扑电路图；

图中，1、发射极端子；2、集电极端子；3、栅极端子；4、测温端子；5、第一DBC；6、第二DBC；7、IGBT芯片；71、栅极；72、发射极；73、集电极；8、FRD芯片；81、阳极；91、发射极键合线；92、阳极键合线；93、电阻键合线；94、第一栅极键合线；95、第二栅极键合线；96、键合线；97、第二键合线；98、第三键合线；99、第一键合线；101、焊点；11、热敏电阻NTC；12、刻蚀条；13、打线区域；14、阻焊层。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域普通技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为便于本领域的技术人员理解本实用新型，下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

参见图1-图3，公开了一种IGBT半桥模块结构，包括铜基板，铜基板的上表面设置有第一DBC(覆铜陶瓷基板)5和第二DBC(覆铜陶瓷基板)6，第一DBC5和第二DBC6的上表面分别设置有FRD芯片8和IGBT芯片7的组合，FRD芯片8和IGBT芯片7通过焊料分别焊接在第一DBC5和第二DBC6的上表面，第一DBC5和第二DBC6材质均为三层结构，由Cu/Al₂O₃/Cu结构组成。

具体的，第一DBC5上表面设置3个FRD芯片8和3个IGBT芯片7构成上桥结构，第二DBC6上表面同样设置3个FRD芯片8和IGBT芯片7构成下桥结构，上桥结构和下桥结构为上下排列并呈中心对称分布，构成上桥结构和下桥结构的FRD芯片8和IGBT芯片7分别呈一字型排列，且都相互独立，该结构简单，各芯片分布均匀，使得电流分布均匀，值得说明的是，该结构布局可以封装更大尺寸225mm²的IGBT芯片，进一步提高模块的功率密度，传统的结构布局最大只能封装192mm²的IGBT芯片。

进一步，第一DBC5和第二DBC6的上表面设置有线条状的阻焊层14，阻焊层14将上桥结构和下桥结构的FRD芯片8和IGBT芯片7分别分隔成单独的区域，FRD芯片8和IGBT芯片7均放置于阻焊层14围起的区域，通过设置阻焊层14可避免焊膏融化后流动造成芯片位置偏移，同时也避免了其他区域的锡膏溢出，造成芯片发射极与集电极短路风险。

进一步，第一DBC5上表面的左下侧区域焊接有热敏电阻NTC11，通过电阻键合线93与测温端子4相连；热敏电阻NTC11两侧增加刻蚀条12，与打线区域13分隔开，阻止锡珠的溢出。DBC上表面的Cu层能刻蚀出各种图形，在热敏电阻NTC11两侧增加刻蚀条12，刻蚀条12的尺寸优选为0.5mm*1.25mm,有刻蚀条12的阻隔，焊接完的锡膏不会附着在打线区域13处，同时对热敏电阻NTC11起到定位作用，防止焊接后的热敏电阻NTC11偏移。

进一步，IGBT芯片7通过发射极键合线91连续焊接四个焊点101进行电气连接，FRD芯片8通过阳极键合线92连续焊接三个焊点101进行电气连接。同一条键合线，连续焊接的焊点由传统布局中的八个减少为四个，减少了在作业过程中造成不良的风险。

进一步，上桥结构的IGBT芯片7的栅极71连续通过第一栅极键合线94、第二栅极键合线95连接至栅极端子3，IGBT芯片7的发射极72通过发射极键合线91键合至第二DBC6，FRD8芯片的阳极81通过阳极键合线92键合至第二DBC6上，再通过第一键合线99和第二键合线97连接至发射极端子1，上桥结构的集电极73通过第三键合线98连接至集电极端子2。

进一步，下桥结构的IGBT芯片7的栅极71连续通过第一栅极键合线94、第二栅极键合线95连接至栅极端子3，IGBT芯片7的发射极72通过发射极键合线91键合至第一DBC5，FRD8芯片的阳极81通过阳极键合线92键合至第一DBC5，再通过第二键合线97连接至发射极端子1，下桥结构的集电极73通过第三键合线98连接至集电极端子2，与传统结构相比，上桥结构和下桥结构之间取消了键合线96的连接，不需要通过中间的连接线进行电路连接，降低热阻，增强模块的可靠性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种IGBT半桥模块结构，包括铜基板以及在所述铜基板上表面设置的第一DBC(5)和第二DBC(6)，其特征在于：所述第一DBC(5)和第二DBC(6)的上表面分别设置有FRD芯片(8)、IGBT芯片(7)以及将所述FRD芯片(8)和IGBT芯片(7)分隔成单独区域的阻焊层(14)，所述第一DBC(5)的上表面还焊接有热敏电阻NTC(11)，所述热敏电阻NTC(11)的两侧设置有刻蚀条(12)。

2.根据权利要求1所述的一种IGBT半桥模块结构，其特征在于，所述第一DBC(5)上表面设置有3个所述FRD芯片(8)和3个IGBT芯片(7)构成上桥结构，所述第二DBC(6)上表面设置有相同数量的FRD芯片(8)和IGBT芯片(7)构成下桥结构，所述上桥结构和所述下桥结构为上下排列并呈中心对称，构成所述上桥结构和所述下桥结构的FRD芯片(8)和IGBT芯片(7)分别呈一字型排列。

3.根据权利要求1所述的一种IGBT半桥模块结构，其特征在于，所述刻蚀条(12)尺寸为0.5mm*1.25mm。

4.根据权利要求1所述的一种IGBT半桥模块结构，其特征在于，所述IGBT芯片(7)通过发射极键合线(91)连续焊接四个焊点(101)，所述FRD芯片(8)通过阳极键合线(92)连续焊接三个焊点(101)。

5.根据权利要求2所述的一种IGBT半桥模块结构，其特征在于，所述上桥结构和下桥结构的IGBT芯片(7)的栅极(71)连续通过第一栅极键合线(94)和第二栅极键合线(95)连接至栅极端子(3)。

6.根据权利要求5所述的一种IGBT半桥模块结构，其特征在于，所述上桥结构的IGBT芯片(7)的发射极(72)通过发射极键合线(91)键合至所述第二DBC(6)，所述下桥结构的IGBT芯片(7)的发射极(72)通过发射极键合线(91)键合至所述第一DBC(5)。

7.根据权利要求2所述的一种IGBT半桥模块结构，其特征在于，所述上桥结构的FRD芯片(8)的阳极(81)通过阳极键合线(92)键合至所述第二DBC(6)，再通过第一键合线(99)和第二键合线(97)连接至发射极端子(1)；所述下桥结构的FRD芯片(8)的阳极(81)通过阳极键合线(92)键合至所述第一DBC(5)，再通过第二键合线(97)连接至发射极端子(1)。

8.根据权利要求7所述的一种IGBT半桥模块结构，其特征在于，所述上桥结构和所述下桥结构的集电极(73)通过第三键合线(98)连接至集电极端子(2)。

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