CN220155541U - 一种多芯片串联的igbt模块封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多芯片串联的IGBT模块封装结构，涉及功率半导体器件封装技术领域，解决了现有IGBT模块的散热效果不佳，及布线复杂、易形成电路杂散电感，容易影响IGBT模块的工作性能的技术问题。该装置包括覆铜陶瓷基板DBC、连接端子和多个芯片组件；覆铜陶瓷基板DBC包括第一基板和第二基板；第一基板通过连接端子与第二基板相连接，形成U形结构，用于封装多个芯片组件；多个芯片组件均固定在覆铜陶瓷基板DBC上。本实用新型通过连接端子连接第一基板、第二基板，形成U形结构用以封装多个芯片组件，通过第一基板、第二基板进行两面散热，提高散热性能，芯片组件便于从U形结构的侧面引出控制极，方便布线，减少电路杂散电感，保证IGBT模块的性能。

Description

一种多芯片串联的IGBT模块封装结构

技术领域

本实用新型涉及功率半导体器件封装技术领域，尤其涉及一种多芯片串联的IGBT模块封装结构。

背景技术

随着绿色环保、灵活可控的柔性直流输电技术和大功率的高压直流断路器等高压大功率控制技术及其设备的快速发展，对绝缘栅双极性晶体管IGBT(insulatedgatebipolartransistor)的耐压和功率要求越来越高。然而，由于目前IGBT工艺和制造水平的限制，单个IGBT的耐压水平已无法满足需求，多个IGBT串联使用已经成为解决这一问题最直接最有效的方法。

而多个串联的IGBT为了保证工作性能，对工艺设置和封装的要求更高。IGBT模块上的芯片工作时容易产生热量，导致芯片结温随之提高，该热量基本上全部由散热片耗散。由于半导体功率器件电气性能与温度具有非常强的耦合联系，在串联工作时，更需要保证IGBT器件间的温度均衡，因此散热片的导热性能直接关系到IGBT模块的工作结温，现有的散热片不能很好的将IGBT模块上的热量有效的传递到IGBT模块封装结构之外，积存的热量容易影响芯片的工作性能。而现有串联的IGBT模块在布局上不合理，布线较麻烦，容易形成电路杂散电感，影响IGBT模块的工作性能。

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有IGBT模块的散热效果不佳，及布线复杂、易形成电路杂散电感，容易影响IGBT模块的工作性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多芯片串联的IGBT模块封装结构，以解决现有技术中存在的现有IGBT模块的散热效果不佳，及布线复杂、易形成电路杂散电感，容易影响IGBT模块的工作性能的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种多芯片串联的IGBT模块封装结构，包括覆铜陶瓷基板DBC、连接端子和多个芯片组件；覆铜陶瓷基板DBC包括第一基板和第二基板；所述第一基板通过所述连接端子与所述第二基板相连接，形成U形结构，用于封装多个所述芯片组件；多个所述芯片组件均固定在所述覆铜陶瓷基板DBC上。

优选的，所述第一基板、第二基板的相对面上均固定有多个并列排布且依次串联的所述芯片组件。

优选的，每个所述芯片组件均包括IGBT芯片和FRD芯片；所述IGBT芯片、FRD芯片并联设置。

优选的，相邻两个所述芯片组件通过铝键合线串联；一个所述芯片组件上的所述IGBT芯片通过所述铝键合线与相邻的另一个所述芯片组件上的所述IGBT芯片串联；一个所述芯片组件上的所述FRD芯片通过所述铝键合线与相邻的另一个所述芯片组件上的所述FRD芯片串联。

优选的，还包括多个IGBT集电极控制端子和多个IGBT门极控制端子；每个所述芯片组件均连接有一个所述IGBT集电极控制端子和一个所述IGBT门极控制端子。

优选的，多个所述IGBT集电极控制端子和多个所述IGBT门极控制端子均从封装结构的侧面引出。

优选的，所述IGBT集电极控制端子通过纳米银焊膏与所述IGBT芯片的集电极相连接；所述IGBT门极控制端子通过纳米银焊膏与所述IGBT芯片的门极相连接。

优选的，所述第一基板、第二基板均包括陶瓷层和多个覆铜层；所述第一基板、第二基板的相对面上均设置有多个并列排布的覆铜层；每个所述覆铜层上均设置有一个所述芯片组件；所述芯片组件通过纳米银焊膏粘接在所述第一基板、第二基板上；所述第一基板、第二基板的另一面上均设置有一个所述覆铜层。

优选的，还包括正极端子和负极端子；所述正极端子、负极端子设置在所述封装结构的一端；所述正极端子通过纳米银焊膏粘接在所述第一基板上；所述负极端子通过纳米银焊膏粘接在所述第二基板上。

优选的，所述第一基板与所述第二基板之间通过环氧树脂填充。

实施本实用新型上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

本实用新型通过连接端子连接第一基板、第二基板，形成U形结构用以封装多个芯片组件，通过第一基板、第二基板进行两面散热，提高散热性能，芯片组件便于从U形结构的侧面引出控制极，方便布线，减少电路杂散电感，保证IGBT模块的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是本实用新型多芯片串联的IGBT模块封装结构实施例的爆炸图；

图2是本实用新型多芯片串联的IGBT模块封装结构实施例的侧面剖视图；

图3是本实用新型多芯片串联的IGBT模块封装结构实施例的电气原理示意图。

图中：1、覆铜陶瓷基板DBC；11、第一基板；12、第二基板；13、陶瓷层；14、覆铜层；2、连接端子；3、芯片组件；31、IGBT芯片；32、FRD芯片；4、铝键合线；5、IGBT集电极控制端子；6、IGBT门极控制端子；7、正极端子；8、负极端子；9、环氧树脂。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本实用新型可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本实用新型的范围和实质。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的是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元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“多个”的含义是两个或两个以上。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、通信连接、直接相连、通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

实施例一：

如图1-3所示，本实用新型提供了一种多芯片串联的IGBT模块封装结构，包括覆铜陶瓷基板DBC1、连接端子2和多个芯片组件3；覆铜陶瓷基板DBC1包括第一基板11和第二基板12；第一基板11通过连接端子2与第二基板12相连接，形成U形结构，用于封装多个芯片组件3；多个芯片组件3均固定在覆铜陶瓷基板DBC1上。具体的，第一基板11与第二基板12相对设置，通过连接端子2进行连接，形成U形结构，便于将多个芯片组件3封装在U形结构内，且方便从U型结构的侧面与芯片组件3进行布线，减少电路杂散电感，保证IGBT模块的工作性能，并且通过第一基板11和第二基板12对芯片组件3进行两面散热，提高散热性能。第一基板11与第二基板12之间连接的连接端子2优选为连接铜端子，具有良好的导电性，且连接端子2与第一基板11、第二基板12之间通过印刷纳米银焊膏进行真空焊接，提高连接的方便性和稳定性。多个芯片组件3通过纳米银焊膏固定在覆铜陶瓷基板DBC1上，保证结构的稳定性。IGBT模块封装结构封装多个芯片组件3，能够提高IGBT模块的耐压和功率。本实用新型通过连接端子2连接第一基板11、第二基板12，形成U形结构用以封装多个芯片组件3，通过第一基板11、第二基板12进行两面散热，提高散热性能，芯片组件3便于从U形结构的侧面引出控制极，方便布线，减少电路杂散电感，保证IGBT模块的性能。

作为可选的实施方式，第一基板11、第二基板12的相对面上均固定有多个并列排布且依次串联的芯片组件3。具体的，通过在第一基板11和第二基板12的相对面上均固定多个芯片组件3，将多个芯片组件3封装在第一基板11、第二基板12之间，通过第一基板11、第二基板12能够对集成的多个芯片组件3在上下两面进行散热，提高对IGBT模块封装结构的散热性，保证TBGT模块的工作性能。并且固定在第一基板11、第二基板12上的多个芯片组件3并列排布且依次串联，使得排布整齐，能够减小封装体积，同时方便布线，减少电路杂散电感，进一步保证IGBT模块的工作性能。

作为可选的实施方式，每个芯片组件3均包括IGBT芯片31和FRD芯片32；IGBT芯片31、FRD芯片32并联设置。具体的，每个芯片组件3上均设置有IGBT芯片31和FRD芯片32，通过集成IGBT芯片31和FRD芯片32，提高IGBT模块封装结构的耐压性和增大功率。且IGBT芯片31和FRD芯片32并联设置，使得IGBT芯片31和FRD芯片32并行运行，互不影响。

作为可选的实施方式，相邻两个芯片组件3通过铝键合线4串联；一个芯片组件3上的IGBT芯片31通过铝键合线4与相邻的另一个芯片组件3上的IGBT芯片31串联；一个芯片组件3上的FRD芯片32通过铝键合线4与相邻的另一个芯片组件3上的FRD芯片32串联。具体的，第一基板11和第二基板12上均排布有一列芯片组件3，相邻的两个芯片组件3通过铝键合线4串联，实现多个芯片组件3的集成，用以提高TGBT模块封装结构的耐压和功率。键合铝线具有焊接速度快、成本低、可靠性高等优点；能够实现多芯片的连接，提高电子元器件的集成度和性能。在IGBT模块封装结构内，可以实现微型化和高密度集成，从而减小IBGT模块封装结构的体积。排布的一列芯片组件3上，相邻的两个芯片组件3上的IGBT芯片31通过铝键合线4连接，实现排布的一列芯片组件3上的IGBT芯片31串联；排布的一列芯片组件3上，相邻的两个芯片组件3上的FRD芯片32通过铝键合线4连接，实现排布的一列芯片组件3上的FRD芯片32串联。

作为可选的实施方式，还包括多个IGBT集电极控制端子5和多个IGBT门极控制端子6；每个芯片组件3均连接有一个IGBT集电极控制端子5和一个IGBT门极控制端子6。具体的，IGBT模块封装结构上设置有多个IGBT集电极控制端子5和多个IGBT门极控制端子6，每个芯片组件3上均连接有一个IGBT集电极控制端子5和一个IGBT门极控制端子6，便于实现将集成的每个芯片组件3与其他结构进行连接。

作为可选的实施方式，多个IGBT集电极控制端子5和多个IGBT门极控制端子6均从封装结构的侧面引出。具体的，多个IGBT集电极控制端子5和多个IGBT门极控制端子6均从封装结构的同一侧面引出，在IGBT模块封装结构与其他结构进行安装连接时，端子有序排布，方便布线排布，使布线整齐有序，能够在集成较多的芯片组件3时，减少缓冲电路杂散电感，保证IGBT模块封装结构内多个芯片组件3的集成度不会受到线路的影响，能够集成较多芯片组件3，从而提高IGBT模块封装结构的耐压和功率。并且在多个芯片组件3有序排布的基础上，多个IGBT集电极控制端子5和多个IGBT门极控制端子6同样有序排布，能够减小封装体积，不会因为集成较多的芯片组件3从而造成封装体积增大。优选为多个IGBT集电极控制端子5和多个IGBT门极控制端子6相互平行，使得端子排布整齐，更加方便布线。

作为可选的实施方式，IGBT集电极控制端子5通过纳米银焊膏与IGBT芯片31的集电极相连接；IGBT门极控制端子6通过纳米银焊膏与IGBT芯片31的门极相连接。具体的，IGBT芯片31上的集电极通过打出引线与IGBT集电极控制端子5相连接，在连接处通过刷纳米银焊膏进行真空焊接，保证连接的稳定性；IGBT芯片31上的门极通过打出引线与IGBT门极控制端子6相连接，在连接处通过刷纳米银焊膏进行真空焊接，保证连接的稳定性。

作为可选的实施方式，第一基板11、第二基板12均包括陶瓷层13和多个覆铜层14；第一基板11、第二基板12的相对面上均设置有多个并列排布的覆铜层14；每个覆铜层14上均设置有一个芯片组件3；芯片组件3通过纳米银焊膏粘接在第一基板11、第二基板12上；第一基板11、第二基板12的另一面上均设置有一个覆铜层14。具体的，第一基本、第二基板12均包括陶瓷层13，并在陶瓷层13的两面均设置有覆铜层14，形成覆铜陶瓷基板DBC1，通过陶瓷层13和覆铜层14的特性，使得第一基板11、第二基板12具有陶瓷的高导热、高电绝缘、高机械强度、低膨胀等特性，又兼具无氧铜的高导电性和优异的焊接性能，使得第一基板11、第二基板12具有良好的导热性能，在集成较多的芯片组件3时，能够很好的对芯片组件3工作产生的热量进行导热散热处理，保证IGBT模块的工作性能良好。并且在芯片组件3下方设置第一基板11，在芯片组件3上方设置第二基板12，能够更好的通过散热效果。第一基板11和第二基板12的相对面上均设置有多个并列排布的覆铜层14，每个覆铜层14上焊接一个芯片组件3，通过多个覆铜层14将多个芯片组件3分离设置。

作为可选的实施方式，还包括正极端子7和负极端子8；正极端子7、负极端子8设置在封装结构的一端；正极端子7通过纳米银焊膏粘接在第一基板11上；负极端子8通过纳米银焊膏粘接在第二基板12上。具体的，正极端子7、负极端子8均设置在封装结构的同一端，方便IGBT模块封装结构与外部设备进行电连接。正极端子7与负极端子8同样从封装结构的侧面引出，并且与IGBT集电极控制端子5和IGBT门极控制端子6均从封装结构的同一侧面引出，使得各个端子有序排布，利于模块安装使用过程的布线，在多个芯片组件3紧凑安装时能够减少电路杂散电感。正极端子7固定在第一基板11上，通过固定工装印刷将纳米银焊膏印刷在正极端子7与第一基本的连接处，并采用真空焊接进行连接固定。负极端子8固定在第二基板12上，通过固定工装印刷将纳米银焊膏印刷在负极端子8与第二基本的连接处，并采用真空焊接进行连接固定。采用纳米银焊膏进行固定连接，能够增加结构的稳定性。纳米银焊膏具有致密度高、容易烧结的特点，方便进行焊接固定；并且热应力低、可靠性好，具备的集成性能也较高；并且耐高温性能良好，不会因为芯片组件3工作产生热量造成影响，保证连接的稳定性。

作为可选的实施方式，第一基板11与第二基板12之间通过环氧树脂9填充。具体的，在第一基板11和第二基板12中间贯通的空间内采用环氧树脂9进行充注填充，实现对第一基板11和第二基板12上的芯片组件3进行封装，形成IGBT模块的封装结构。环氧树脂9具有良好的附着性和粘接性，能够很好的固定在覆铜陶瓷基板DBC1和芯片组件3上；同时具有较好的耐热性和电绝缘性，能够对各芯片组件3之间进行绝缘，防止信号干扰和短路等其他问题，并在IGBT模块封装结构工作时，不会因为芯片组件3工作产生的热量导致封装效果不佳。

当IGBT模块封装结构作为开关器件使用时，如图3所示，IGBT芯片31相当于一个三极管，FRD芯片32相当于一个二极管，三极管和二极管并联，形成芯片组件3，具有多个并联的三极管、二极管相互串联，形成开关器件，通过顺序控制三极管、二极管的通断，实现电路通断的控制。

实施例仅是一个特例，并不表明本实用新型就这样一种实现方式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多芯片串联的IGBT模块封装结构，其特征在于，包括覆铜陶瓷基板DBC(1)、连接端子(2)和多个芯片组件(3)；覆铜陶瓷基板DBC(1)包括第一基板(11)和第二基板(12)；所述第一基板(11)通过所述连接端子(2)与所述第二基板(12)相连接，形成U形结构，用于封装多个所述芯片组件(3)；多个所述芯片组件(3)均固定在所述覆铜陶瓷基板DBC(1)上。

2.根据权利要求1所述的多芯片串联的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述第一基板(11)、第二基板(12)的相对面上均固定有多个并列排布且依次串联的所述芯片组件(3)。

3.根据权利要求1所述的多芯片串联的IGBT模块封装结构，其特征在于，每个所述芯片组件(3)均包括IGBT芯片(31)和FRD芯片(32)；所述IGBT芯片(31)、FRD芯片(32)并联设置。

4.根据权利要求3所述的多芯片串联的IGBT模块封装结构，其特征在于，相邻两个所述芯片组件(3)通过铝键合线(4)串联；一个所述芯片组件(3)上的所述IGBT芯片(31)通过所述铝键合线(4)与相邻的另一个所述芯片组件(3)上的所述IGBT芯片(31)串联；一个所述芯片组件(3)上的所述FRD芯片(32)通过所述铝键合线(4)与相邻的另一个所述芯片组件(3)上的所述FRD芯片(32)串联。

5.根据权利要求3所述的多芯片串联的IGBT模块封装结构，其特征在于，还包括多个IGBT集电极控制端子(5)和多个IGBT门极控制端子(6)；每个所述芯片组件(3)均连接有一个所述IGBT集电极控制端子(5)和一个所述IGBT门极控制端子(6)。

6.根据权利要求5所述的多芯片串联的IGBT模块封装结构，其特征在于，多个所述IGBT集电极控制端子(5)和多个所述IGBT门极控制端子(6)均从封装结构的侧面引出。

7.根据权利要求5所述的多芯片串联的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述IGBT集电极控制端子(5)通过纳米银焊膏与所述IGBT芯片(31)的集电极相连接；所述IGBT门极控制端子(6)通过纳米银焊膏与所述IGBT芯片(31)的门极相连接。

8.根据权利要求1所述的多芯片串联的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述第一基板(11)、第二基板(12)均包括陶瓷层(13)和多个覆铜层(14)；所述第一基板(11)、第二基板(12)的相对面上均设置有多个并列排布的覆铜层(14)；每个所述覆铜层(14)上均设置有一个所述芯片组件(3)；所述芯片组件(3)通过纳米银焊膏粘接在所述第一基板(11)、第二基板(12)上；所述第一基板(11)、第二基板(12)的另一面上均设置有一个所述覆铜层(14)。

9.根据权利要求1所述的多芯片串联的IGBT模块封装结构，其特征在于，还包括正极端子(7)和负极端子(8)；所述正极端子(7)、负极端子(8)设置在所述封装结构的一端；所述正极端子(7)通过纳米银焊膏粘接在所述第一基板(11)上；所述负极端子(8)通过纳米银焊膏粘接在所述第二基板(12)上。

10.根据权利要求1-9任一所述的多芯片串联的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述第一基板(11)与所述第二基板(12)之间通过环氧树脂(9)填充。