CN217641329U - 一种igbt模块的封装结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种IGBT模块的封装结构。本实用新型所述的一种IGBT模块的封装结构包括：基台、信号端子、DBC组，IGBT芯片，FRD芯片，输入输出端子。所述DBC组包括四个DBC板，每个DBC板划分为第一布线区、第二布线区和芯片区；内部键合连接的顺序依次为：信号端子、第一布线区、IGBT芯片G极、FRD芯片、第二布线区、输入输出端子。DBC板之间通过第二布线区的键合线键合连接。本实用新型所述的一种IGBT模块的封装结构具有可利用面积大，适配性强，模块功率上限高的优点，能够满足更高功率的工业需求的优点。

Description

一种IGBT模块的封装结构
技术领域
本实用新型涉及模块的封装领域，特别是涉及IGBT模块的封装领域。
背景技术
IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与续流二极管芯片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模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上。
对于IGBT模块而言，其IGBT芯片和续流二极管芯片通常焊接在DBC板上，IGBT模块的功率与芯片的大小和数量有关。
然而，现有的IGBT模块存在DBC板用于焊接芯片的区域(简称为芯片区)面积不连贯，布线区域(简称为布线区)面积占比偏大，导致可利用的芯片区域不足的问题。如公开号为 CN211555884的一种可控硅模块封装结构，其将IGBT模块与FRD芯片焊接在不同的DBC板上，铝线键合需要远距离连接，导致芯片区不连续，布线区域占比大。当需要提升IGBT 模块的功率时，只能通过增大芯片的面积，或者增大IGBT模块的尺寸来实现。而前者对功率的提升有限，后者需要重新设计产品，这使得产品设计复杂化，IGBT模块的适配性低。
实用新型内容
基于此，本实用新型的目的在于，提供一种IGBT模块的封装结构。这种IGBT模块具有DBC模块芯片区可利用面积大，适配性强，模块功率上限高的优点，能够满足更高功率的工业需求。
一种IGBT模块的封装结构，包括：基台、信号端子组、DBC组，IGBT芯片，FRD芯片，输入输出端子；
所述信号端子组包括第一信号端子、第二信号端子、第三信号端子(26)和第四信号端子；所述信号端子组设置在基台上；
所述DBC组设置于所述基台上。所述DBC组包括呈田字排布的四个DCB板，分别为第一DBC板、第二DBC板、第三DBC板和第四DBC板；
每个所述DBC板都包括第一布线区；第二布线区和芯片区。每个所述芯片区被所述第一布线区和所述第二布线区包围，不同的所述DBC板之间通过所述第一布线区和所述第二布线区内的键合线连接；
所述IGBT芯片设置于每个DCB板的所述芯片区内，所述IGBT芯片的G极与其位于的DBC板的第一布线区键合连接；
所述FRD芯片设置于每个DCB板的所述芯片区内，所述FRD芯片的一端与所述IGBT芯片的E极键合连接；所述FRD芯片的另一端与其位于的DBC板的第二布线区键合连接；
所述输入输出端子用于连接对应的所述IGBT芯片与外部电路，所述输入输出端子用于输入和输出电信号。
本实用新型所述的一种IGBT模块的封装结构，通过设计IGBT封装结构的布线区、芯片区的布置位置以及DBC之间的位置。这一设计使得第一布线区，连接IGBT芯片，连接FRD芯片再连接第二布线区的过程键合线不交叠；也避免了DBC板之间的键合线的远距离连接，布线区只需满足有键合点和连通区域即可。本结构减少了布线区所占面积，从而提高了芯片区的面积，提高了IGBT模块的适配性；能够在不改变芯片大小的条件下提高功率密度。
进一步地，所述第一DBC板和第二DBC板的第一布线区与所述第一信号端子键合连接；所述第三DBC板和第四DBC板的第一布线区与所述第三信号端子键合连接；所述第一DBC板和第二DBC板的第二布线区与第二信号端子键合连接，所述第三DBC板和第四DBC板与所述第四信号端子键合连接。
进一步地，每个DBC板内的IGBT芯片的G极一侧靠近对应DBC板的第一布线区；每个DBC板内的FRD芯片设置在对应的DBC板的IGBT芯片和第二布线区之间。
进一步地，第一DBC板和第二DBC板靠近信号端子；所述第二DBC板的第一布线区被分为未连通的三部分，所述三部分分别位于芯片区的上、下、左侧；所述第一布线区的上侧连接所述第四信号端子；所述第一布线区的下侧连接所述第三信号端子；所述第一布线区的左侧连接第一信号端子；所述第一布线区的上侧与第三DBC板和第四DBC板的第二布线区键连；所述第一布线区的下侧与第三DBC板和第四DBC板的第一布线区相连。
进一步地，所述输入输出端子包括第一输入输出端子、第二输入输出端子、第三输入输出端子；所述第一输入输出端子的两端分别焊接在左路DBC的两个DBC板芯片区的边角；所述第二输入输出端子分别焊接在长边相邻的两个DBC板的第二布线区的中心区域；所述第三输入输出端子的两端分别焊接在右路DBC的两个DBC板芯片区的边角。这一结构保证了芯片区内部的可利用面积的连续性，保证了IGBT模块的适配性。
进一步地，所述键合线为铝线，适用于小功率模块。
可选地，所述键合线为铜线，适用于大功率模块。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
图1为实施例1的IGBT模块整体结构图；
图2为实施例1的IGBT模块的主视图；
图3为实施例2的DBC板的内部结构图。
附图：10：基台；20：信号端子；22：第一信号端子；24：第二信号端子；26：第三信号端子；28：第四信号端子；30：DBC组；32：第一DBC板；322：第一布线区；324：第二布线区；326：芯片区；34：第二DBC板；36：第三DBC板；38：第四DBC板；40：IGBT 芯片；50：FRD芯片；60：输入输出端子；62：第一输入输出端子；64：第二输入输出端子； 66：第三输入输出端子。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
实施例1
结合图1-2，本实用新型提出一种IGBT模块的封装结构，通过改动IGBT模块的结构布局扩展了芯片区的可利用面积，使其能够满足更大功率的IGBT模块的需求，以及提高了IGBT封装模块的适配性。
IGBT模块的封装结构包括基台10、信号端子组20、DBC组30、IGBT芯片40，FRD(快恢复二极管)芯片50和输入输出端子60。
信号端子组20包括第一信号端子22、第二信号端子24、第三信号端子26和第四信号端子28；信号端子组20设置在基台10的一侧短边。
DBC组30包括呈田字排布的四个DBC板，分别为第一DBC板32、第二DBC板34、第三DBC板36和第四DBC板38。
DBC组30的四个DBC板均包括：第一布线区、第二布线区和芯片区。芯片区被第一布线区和第二布线区包围。第一DBC板的第一布线区322与第一信号端子22连接，第二布线区324与第二信号端子24连接。第二DBC板34的第一布线区分为上、左、下三部分；第一步布线区的上侧一端与第四信号端子28连接，另一端连接第四DBC板38的第二布线区后，再与第三DBC板36的第二布线区相连。第一布线区的左侧一端与第一信号端子22 连接；另一端接第二DBC板的芯片区的IGBT芯片的G极。第一布线区的下侧一端接第四信号端子28，另一端与第四DBC板的第一布线区的一端键合连接。第三DBC板的第一布线区与第四DBC板的第一布线区键合连接；第三DBC板的第二布线区与第四DBC板的第二布线区键合连接。
IGBT芯片40有多个；在每个DBC板的芯片区都有设置；每个IGBT芯片的G极一端靠近对应DBC板的第一布线区。
FRD芯片50有多个；在每个DBC板的芯片区都有设置；每个FRD芯片设置在对应的DBC板的IGBT芯片和第二布线区之间。
输入输出端子60包括第一输入输出端子62、第二输入输出端子64、第三输入输出端子 66。第一输入输出端子62一端设置在第一DBC板的芯片区的右下角；另一端设置在第二 DBC板的芯片区的右上角。第二输入输出端子64一端设置在第三DBC板的第二布线区的中间位置；另一端设置在第四DBC板的第二布线区的中间位置。第三输入输出端子66一端设置在第三DBC板的芯片区的左下角；另一端设置在第四DBC板的芯片区的左上角。在本实施例中，若信号从第一输入输出端子输入，则从第二输入输出端子输出；信号从第二输入输出端子输入，则从第三输入输出端子输出。
结合图2，在本实施例1中，IGBT模块的基板上焊有四块DBC板，每个DBC板的内部焊接了一块IGBT芯片40和两块FRD芯片50。
在IGBT模块工作时，若从第一输入输出端子输入信号并且信号端子导通。以第一DCB 板为例，第一信号端子给出导通信号，IGBT导通，电流从第一输入输出端子62经过第一DBC板32的覆铜区，流入IGBT芯片的C极，再流入对应的FRD芯片，流向对应的第二布线区，电流经过键合线进入第三DBC板的芯片区，最后从第三输入输出端子输出。
若从第三输入输出端子输入信号并且信号端子导通。以第三DCB板为例，第三信号端子给出导通信号，IGBT导通，电流从第一输入输出端子62经过第三DBC板36的覆铜区，流入IGBT芯片的C极，再流入对应的FRD芯片，流向对应的第二布线区，电流经过键合线进入第三DBC板的第二布线区，最后从第二输入输出端子输出。
实施例2
结合图1-3，在本实施例2中，对比实施例1的区别在于每个DBC板上焊接了两块IGBT 芯片40和两块FRD芯片50，两组IGBT芯片40和FRD芯片50并联连接。
结合具体实施例1和2，本实用新型通过对DBC组30的结构布局进行优化，避免了IGBT 模块的各个功率器件之间的连接需要键合线远距离连接，扩展了可利用的芯片区面积。在 IGBT模块整体尺寸不变的情况下，提高了IGBT模块的适配性，满足生产更大功率的IGBT 模块的需求。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。

Claims (7)

1.一种IGBT模块的封装结构，其特征在于，包括：基台(10)、信号端子(20)、DBC组(30)，IGBT芯片(40)，FRD芯片(50)，输入输出端子(60)；
所述信号端子(20)包括第一信号端子(22)、第二信号端子(24)、第三信号端子(26)和第四信号端子(28)；所述信号端子(20)设置在所述基台(10)上；
所述DBC组(30)设置于所述基台上；所述DBC组(30)包括呈田字排布的四个DCB板，分别为第一DBC板(32)、第二DBC板(34)、第三DBC板(36)和第四DBC板(38)；
每个所述DBC板都包括第一布线区、第二布线区和芯片区，每个所述芯片区被所述第一布线区和所述第二布线区包围，不同的所述DBC板之间通过所述第一布线区和所述第二布线区内的键合线连接；
所述IGBT芯片(40)设置于每个DCB板的所述芯片区内，所述IGBT芯片(40)的G极与其位于的DBC板的第一布线区键合连接；
所述FRD芯片(50)设置于每个DCB板的所述芯片区内，所述FRD芯片(50)的一端与所述IGBT芯片(40)的E极键合连接；所述FRD芯片(50)的另一端与其位于的DBC板的第二布线区键合连接；
所述输入输出端子(60)用于连接对应的所述IGBT芯片(40)与外部电路，所述输入输出端子(60)用于输入和输出电信号。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT模块的封装结构，其特征在于：所述第一DBC板(32)和第二DBC板(34)的第一布线区与所述第一信号端子(22)键合连接；所述第三DBC板(36)和第四DBC板(38)的第一布线区与所述第三信号端子(26)键合连接；所述第一DBC板(32)和第二DBC板(34)的第二布线区与第二信号端子(24)键合连接，所述第三DBC板(36)和第四DBC板(38)的第二布线区与所述第四信号端子(28)键合连接。
3.根据权利要求2所述的一种IGBT模块的封装结构，其特征在于：每个DBC板内的IGBT芯片的G极一侧靠近对应DBC板的第一布线区；每个DBC板内的FRD芯片设置在对应的DBC板IGBT芯片和第二布线区之间。
4.根据权利要求3所述的一种IGBT模块的封装结构，其特征在于：第一DBC板(32) 和第二DBC板(34)靠近信号端子(20)；所述第二DBC板(34)的第一布线区被分为未连通的三部分，所述三部分分别位于芯片区的上、下、左侧；所述第一布线区的上侧连接第四信号端子(28)；所述第一布线区的下侧连接第三信号端子(26)；所述第一布线区的左侧连接第一信号端子(22)；所述第一布线区的上侧与第三DBC板(36)和第四DBC板(38)的第二布线区键连；所述第一布线区的下侧与第三DBC板(36)和第四DBC板(38)的第一布线区相连。
5.根据权利要求4所述的一种IGBT模块的封装结构，其特征在于：所述输入输出端子(60)包括第一输入输出端子(62)、第二输入输出端子(64)、第三输入输出端子(66)；所述第一输入输出端子(62)的两端分别设置于第一DBC板(32)和第二DBC板(34)的边角；所述第二输入输出端子(64)的两端分别设置于第三DBC板(36)和第四DBC板(38)的第二布线区的中心区域；所述第三输入输出端子(66)的两端分别设置于第三DBC板(36)和第四DBC板(38)的芯片区的边角。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的IGBT模块的封装结构，其特征在于：所述键合线为铝线。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的IGBT模块的封装结构，其特征在于：所述键合线为铜线。
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