CN215680684U - 一种高集成高可靠igbt功率模块 - Google Patents

Abstract

一种高集成高可靠IGBT功率模块，属于半导体功率模块技术领域。结构包括：金属底板、封装外壳底座、多层布线陶瓷左半桥基片、多层布线陶瓷转接基片、多层布线陶瓷右半桥基片、模块引脚、键合丝、4个IGBT芯片、4个二极管芯片、封装外壳管帽，组成H桥电路结构；将2个IGBT芯片、2个二极管芯片按设计布局贴装焊接在左半桥基片上，将另外2个IGBT芯片、2个二极管芯片按设计布局贴装焊接在右半桥基片上；采用键合丝进行相应连接点之间的连线键合；封装外壳底座与封装外壳管帽进行充惰性气体全密封焊接。解决了现有IGBT模块耐高压性能差、组装密度低、散热措施复杂、可靠性低的问题。广泛应用于半导体功率电力器件的封装中。

Description

一种高集成高可靠IGBT功率模块

技术领域

本实用新型属于半导体功率模块技术领域，具体来说，涉及一种高集成高可靠IGBT功率模块结构。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)是目前最主流、最核心的功率半导体器件，是一种结合了金属-氧化物-半导体场效应晶体管(又名绝缘栅型场效应管，简称MOSFET)和双极结型晶体管(BJT)的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件，综合了绝缘栅型场效应管及双极结型晶体管的优点，是目前最优秀的功率半导体电力电子器件。由于IGBT的饱和导通压降低、载流密度大、驱动功率很小、开关速度快，广泛应用于电力系统、铁路系统、交通控制、变频器、功率变换、工业电机、UPS不间断电源、风电与太阳能设备、汽车电子等领域，以及用于自动控制的。特别600V及以上的IGBT,可大大提升电力电子装置和系统的性能和可靠性。随着各种装备系统的快速发展，行业及市场上迫切需要1000V以上，特别是1200V的IGBT模块。然而，由于受现有技术中工艺、芯片结构、封装结构的限制，IGBT模块的制造主要是采用分离器件的PCB板上进行组装，导致耐高压性能差、组装密度低、互联线长、热传道路径长、热阻大、散热措施复杂、产品体积庞大、可靠性低等问题，生产重复性、一致性差，质量波动大，远远不能满足技术发展和市场需求的要求。

为此，特提出本实用新型。

发明内容

本实用新型旨在解决现有IGBT模块耐高压性能差、组装密度低、散热措施复杂、可靠性低等问题。

本实用新型IGBT模块的电原理图如图1所示，本模块拥有4个相同的IGBT芯片Q1、Q2、Q3、Q4，且每个IGBT芯片上在E极到C极都分别并联了一个相同的快速恢复二极管D1、D2、D3、D4。该电路的工作原理是：1、3、9、11端为IGBT的栅极，栅极为IGBT的控制端，通过1、3、9、11端加电压，使得对应的IGBT芯片开启，正常运行。该模块中Q1、Q3为一组，Q2、Q4为一组。通过对应的栅极控制，Q1、Q3同时开启，13、21为输入端口，Q1的电流从端口19输出，Q3的电流从端口15输出。同理,Q2、Q4工作时端口19和端口15成为输入端，电流从端口14、20输出。端口2、4、10、12为检测端口，提供每个模块的检测信号。每一个IGBT并联的反向快速恢复二极管作用为防止对应的IGBT芯片作为感性负载关断时，产生的反向电流将IGBT芯片击穿。该模块实际上实现了一个H桥的电路，续流二极管(简称FRD或FWD)为快速恢复二极管。Q1、Q2、D1、D2组成左半桥电路，Q3、Q4、D3、D4组成右半桥电路，在工作时依需求开启。

本实用新型提供一种H桥式IGBT模块，结构示意图如图2所示。

包括：金属底板1，封装外壳底座2，多层布线陶瓷左半桥基片3，多层布线陶瓷转接基片4，多层布线陶瓷右半桥基片5，模块引脚6，键合丝7，Q1芯片8，D1芯片9，D2芯片10，Q2芯片11，Q3芯片12，D3芯片13，D4芯片14，Q4芯片15，封装外壳管帽16。

所述Q1芯片、Q2芯片、Q3芯片、Q4芯片为IGBT芯片；所述IGBT芯片为耐压1200V芯片。

所述D1芯片、D2芯片、D3芯片、D4芯片为二极管芯片；所述二极管芯片为快速恢复二极管芯片。

将多层布线陶瓷左半桥基片3、多层布线陶瓷转接基片4、多层布线陶瓷右半桥基片5贴装焊接在金属底板1上，多层布线陶瓷转接基片4位于多层布线陶瓷左半桥基片3与多层布线陶瓷右半桥基片5之间。

将Q1芯片8、D1芯片9、D2芯片10、Q2芯片11按设计布局贴装焊接多层布线陶瓷左半桥基片3上，将Q3芯片8、D3芯片9、D4芯片10、Q4芯片11按设计布局贴装焊接多层布线陶瓷右半桥基片4上。

按连接设计采用键合丝7进行相应连接点之间的连线键合。

相应连接点之间连线键合的键合丝根数由流过的电流大小决定，至少为1根键合丝。

封装外壳底座2与封装外壳管帽16进行充惰性气体全密封，防止其电压击穿空气发生打火现象损坏芯片。

技术效果：

本实用新型所述的IGBT模块由于整合采用了金属底板、多层陶瓷基片、裸芯片装结键合、金属固接等工艺技术，从而具有1200V以上耐高压性能、组装密度高、互联线短、热传道路径短、热阻低、不附加内部散热措施、产品体积微型化、可靠性高等特点，生产重复性、工艺一致性、质量一致性好，能充分满足技术发展和市场需求的要求。

本实用新型技术方案广泛应用于半导体功率电力器件的封装工艺中。

附图说明

图1为IGBT模块电原理结构示意图

图2为IGBT模块组装结构示意图

图1中数字序号为电路接线端口编号，不属于零部件编号。

图2中：1为金属底板，2为封装外壳底座，3为多层布线陶瓷左半桥基片，4为多层布线陶瓷转接基片，5为多层布线陶瓷右半桥基片，6为模块引脚，7为键合丝，8为Q1芯片，9为D1芯片，10为D2芯片，11为Q2芯片，12为Q3芯片，13为D3芯片，14为D4芯片，15为Q4芯片，16为封装外壳管帽。

具体实施方式

如图2所示，具体实施方式如下：

所述键合丝为500微米直径的硅铝丝。

所述键合丝的键合根数栅极1根，集电极及发射极4-10根。

所述的模块外壳封装外壳材料可以是全金属封装、全陶瓷封装、金属陶瓷封装。

所述基片焊接或芯片焊接为回流焊接或合金焊接。

最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，本实用新型包括但不限于以上实施例,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡符合本实用新型要求的实施方案均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种高集成高可靠IGBT功率模块，其特征在于，包括：金属底板、封装外壳底座、多层布线陶瓷左半桥基片、多层布线陶瓷转接基片、多层布线陶瓷右半桥基片、模块引脚、键合丝、Q1芯片、D1芯片、D2芯片、Q2芯片、Q3芯片、D3芯片、D4芯片、Q4芯片、封装外壳管帽；

所述Q1芯片、Q2芯片、Q3芯片、Q4芯片为IGBT芯片；

所述D1芯片、D2芯片、D3芯片、D4芯片为二极管芯片；

将所述多层布线陶瓷左半桥基片、多层布线陶瓷转接基片、多层布线陶瓷右半桥基片贴装焊接在金属底板上，多层布线陶瓷转接基片位于多层布线陶瓷左半桥基片与多层布线陶瓷右半桥基片之间；

将所述Q1芯片、D1芯片、D2芯片、Q2芯片按设计布局贴装焊接多层布线陶瓷左半桥基片上，将所述Q3芯片、D3芯片、D4芯片、Q4芯片按设计布局贴装焊接多层布线陶瓷右半桥基片上；

按连接设计采用键合丝进行相应连接点之间的连线键合；

相应连接点之间连线键合的键合丝根数由流过的电流大小设定，至少为1根键合丝；

封装外壳底座与封装外壳管帽进行充惰性气体全密封焊接。

2.根据权利要求1所述的高集成高可靠IGBT功率模块，其特征在于，所述IGBT芯片为耐压1200V芯片。

3.根据权利要求1所述的高集成高可靠IGBT功率模块，其特征在于，所述二极管芯片为快速恢复二极管芯片。

4.根据权利要求1所述的高集成高可靠IGBT功率模块，其特征在于，所述键合丝为500微米直径的硅铝丝。

5.根据权利要求1所述的高集成高可靠IGBT功率模块，其特征在于，所述键合丝的键合根数为栅极1根、集电极及发射极4-10根。

6.根据权利要求1所述的高集成高可靠IGBT功率模块，其特征在于，所述封装外壳的结构为全金属封装、全陶瓷封装或金属陶瓷封装。

7.根据权利要求1所述的高集成高可靠IGBT功率模块，其特征在于，所述惰性气体为氦气或氮气。

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