CN220627809U - 一种igbt模块mj封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种IGBT模块MJ封装结构，包括陶瓷覆铜板，陶瓷覆铜板上设有电路；桥臂，多个桥臂纵向布置，每个桥臂包含上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂分别通过一颗IGBT芯片和FRD芯片组成；金属底板，金属底板边缘设有信号端子；所述桥臂焊接在陶瓷覆铜板上，所述陶瓷覆铜板固定在金属底板中部，桥臂通过键合导线与信号端子连接；本实用新型通过采用贴片电阻，贴片电阻能够直接焊接在覆铜板上，不但简化了工艺还提高了产品的可靠性；并且IGBT芯片上的键合点的为“Z”字型排布，减少该模块内部杂散电感，提高开关特性，降低模块的开关损耗，并使模块避免了由于受内部杂散电感影响而产生开通或者关断的损坏现象。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种IGBT模块MJ封装结构。
背景技术
目前，1700VMJ型IGBT模块中栅极电阻为是硅基芯片电阻，电阻背面为可软钎焊的金属化成，正面是电阻的两个电极以及电极间的绝缘介质，由于市面上无固定型号的芯片电阻，芯片电阻需定制，导致其只能专项专用，提高了生产成本。还有部分产品用陶瓷电阻代替硅基电阻，电极镀层为锡铅或金，陶瓷电阻亦存在以下问题：1.锡铅镀层上键合铝丝，键合失效率较高，键合点推拉力较小，可靠性不高；2.金层上键合铝丝，在高温时Au-Al键合电阻会随时间增大，致使模块电参数变差，可靠性降低。并且现在的IGBT芯片上的键合点为“一”型字排布，例如公开号为CN108074917B的一种多芯片并联的半桥型IGBT模块，其陶瓷覆铜板上的芯片键合点在一条直线上，此种排布方式引起的杂散电感较大，模块在进行开通或关断时产生的电压尖峰会超过额定电压，进而坏IGBT模块。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种IGBT模块MJ封装结构。
本实用新型通过以下技术方案得以实现。
本实用新型提供的一种IGBT模块MJ封装结构，包括：
陶瓷覆铜板，陶瓷覆铜板上设有电路；
桥臂，多个桥臂纵向布置，每个桥臂包含上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂分别通过一颗IGBT芯片和FRD芯片组成；
金属底板，金属底板边缘设有信号端子；
所述桥臂焊接在陶瓷覆铜板上，所述陶瓷覆铜板固定在金属底板中部，桥臂通过键合导线与信号端子连接；
所述陶瓷覆铜板上还设有针脚；
所述上桥臂和下桥臂分别连接有电阻。
所述IGBT芯片的集电极和发射极和FRD芯片并联，IGBT芯片的集电极和FRD芯片的阳极与陶瓷覆铜板接触。
每个桥臂所在的陶瓷覆铜板为方形且相互绝缘。
每个桥臂两端还在陶瓷覆铜板上划分出电阻安装板和信号引出板。
所述信号引出板包括发射极信号引出板、集电极信号引出板，所述发射极信号引出板设在桥臂上端，集电极信号引出板设在桥臂下端。
所述上桥臂和下桥臂呈竖向安装，且上桥臂和下桥臂的安装方向相反，上桥臂的发射极与下桥臂的集电极连接；
上桥臂和下桥臂的栅极分别通过栅极电阻安装板与底板上的栅极信号端子连接；
下桥臂的发射极朝下且通过键合导线与发射极引出板连接，发射极引出板通过键合导线与发射极信号端子连接；
下桥臂的集电极通过键合导线与集电极引出板连接，集电极引出板通过键合导线与集电极信号端子连接。
所述针脚在上桥臂和下桥臂相邻于IGBT芯片处分别设置一个，在下桥臂相邻于FRD芯片处设置一个。
所述金属底板上还设有热敏电阻安装板，热敏电阻安装板上焊接有热敏电阻。
所述电阻为贴片电阻，电阻的两极分别焊接在一块电阻安装板上。
本实用新型的有益效果在于：通过采用贴片电阻，贴片电阻能够直接焊接在覆铜板上，不但简化了工艺还提高了产品的可靠性；并且IGBT芯片上的键合点的为“Z”字型排布，减少该模块内部杂散电感，提高开关特性，降低模块的开关损耗，并使模块避免了由于受内部杂散电感影响而产生开通或者关断的损坏现象。
附图说明
图1是本实用新型的芯片模块分布结构示意图；
图2是本实用新型的电路原理示意图；
图3是本实用新型芯片烧焊在DBC上的温度曲线图；
图4是本实用新型DBC和底板烧焊时的温度曲线图；
图5是IGBT芯片未使用栅极电阻封装时的波形图；
图6是IGBT芯片使用栅极电阻封装时的波形图；
图中：1-金属底板，2-陶瓷基板，3-发射极引出板，4-栅极转接板，5-下桥臂，6-FRD芯片，7-IGBT芯片，8-电阻安装板，9-贴片电阻，10-第一发射极引出端子，11-第二发射极引出端子，12-上桥臂，13-第二栅极引出端子，14-发射极转接板，15-第一栅极引出端子，16-集电极引出端子，17-第一测温引出端子，18-热敏电阻，19-第二测温引出端子。
具体实施方式
下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，一种IGBT模块MJ封装结构，在使用金属底板1作为支撑板，金属底板的良好导热性能能够快速散热，将陶瓷覆铜板2分为四个相互结缘的方形区域，每个区域上焊接一个桥臂；如图1所示每个区域中部设置有Z字形的隔断，隔断将铜板分割为上桥臂12和下桥臂5，下桥臂的下端还分割出发射极转接板14，每个区域的上下两端依次分割出电阻安装板8、栅极转接板4、信号引出板(上端为发射极引出板3，下端为集电极引出板)。将贴片电阻9的两极焊接在电阻安装板8和栅极转接板4上，使栅极引出时直接与贴片电阻串联。
金属底板，金属底板边缘设有信号端子，金属底板上端设发射极引出端子10和第一栅极引出端子15，下端设集电极引出端子11和第二栅极引出端子13，引出端子通过键合导线对应连接至引出板；
在下桥臂和所在区域下端及上桥臂所在区域的上端的陶瓷覆铜板上安装针脚、在发射极引出板14上安装针脚作为极性端子；
每个桥臂中IGBT芯片7的集电极通过键合导线和发射极和FRD芯片6并联，IGBT芯片7的集电极和FRD芯片6的阳极与陶瓷覆铜板2接触。IGBT芯片上的每根线，两两长度不同，减少金属互联线密度过大造成的寄生电感的产生。
在金属底板上还设有热敏电阻安装板，热敏电阻安装板上焊接有热敏电阻作为模块的温度检测元件。
上述的IGBT模块通过以下步骤制作：
1、丝网印刷，将锡膏按设定图形印刷于DBC板(地板)表面，为贴片做好前期准备，丝网为铁丝网；
2、贴片，将八组IGBT和FRD芯片贴在指定的DBC板上对应的位置，芯片无贴重，贴斜(≤5°)、漏贴、贴出印刷位置等不良现象；并且芯片需完整，无沾污、缺损、开裂等不良现象；贴片完成的芯片表面不得有多余物或沾污。
3、回流焊接，分为二次烧焊，第一次将DBC和IGBT/FRD芯片烧结在一起，第二次将DBC板和金属底板烧结在一起，二次烧结可以有效减少焊膏在高温下溅射从而污染模块的几率。
回流烧焊的温度为阶梯式上升且为二次烧焊，如图3所示，芯片烧焊在DBC上时，温度为360-420℃，持续30分钟到50分钟；如图4所示，DBC烧焊在底板上时，温度为180-250℃，时间为30-50分钟。
4、烧结清洗，采用助焊剂清洗液(正溴丙烷)超声清洗10min(表面泛黄或锡珠溅射严重时可适当加时)。
5、引线键合，为超声波键合，以超声波将金属线与DBC板连接起来。如表5所示，引线键合为超声波键合，频率为30000-60000HZ，功率为80-130W。
表5引线键合超声波频率图
6、壳体塑封，对壳体进行点胶并加装底板，起到粘合底板的作用，所用点胶为密封胶。
7、铆钉压入，铆钉压入模块四角，防止体内灌胶时胶体流出。
8、壳体灌胶与固化，所述的胶为AB类硅凝胶的混合，其比例在1:4-4:1都可以，不同比例的凝固速度不同，灌胶是防止其电压击穿空气发生打火现象损坏芯片。
本实用新型通过额外的键合线把并联的IGBT和二极管连接起来，这样可使得并联IGBT的开关行为更对称，而且可以防止高频率振荡。如图5所示为现有的IGBT模块未使用电阻的波形图，如图6所示为栅极并联的电阻优化有的波形图。
Claims (9)
1.一种IGBT模块MJ封装结构，其特征在于，包括：
陶瓷覆铜板，陶瓷覆铜板上设有电路；
桥臂，多个桥臂纵向布置，每个桥臂包含上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂分别通过一颗IGBT芯片和FRD芯片组成；
金属底板，金属底板边缘设有信号端子；
所述桥臂焊接在陶瓷覆铜板上，所述陶瓷覆铜板固定在金属底板中部，桥臂通过键合导线与信号端子连接；
所述陶瓷覆铜板上还设有针脚；
所述上桥臂和下桥臂分别连接有电阻。
2.如权利要求1所述的IGBT模块MJ封装结构，其特征在于：所述IGBT芯片的集电极和发射极和FRD芯片并联，IGBT芯片的集电极和FRD芯片的阳极与陶瓷覆铜板接触。
3.如权利要求1所述的IGBT模块MJ封装结构，其特征在于：每个桥臂所在的陶瓷覆铜板为方形且相互绝缘。
4.如权利要求3所述的IGBT模块MJ封装结构，其特征在于：每个桥臂两端还在陶瓷覆铜板上划分出电阻安装板和信号引出板。
5.如权利要求4所述的IGBT模块MJ封装结构，其特征在于：所述信号引出板包括发射极信号引出板、集电极信号引出板，所述发射极信号引出板设在桥臂上端，集电极信号引出板设在桥臂下端。
6.如权利要求1所述的IGBT模块MJ封装结构，其特征在于：所述上桥臂和下桥臂呈竖向安装，且上桥臂和下桥臂的安装方向相反，上桥臂的发射极与下桥臂的集电极连接；
上桥臂和下桥臂的栅极分别通过栅极电阻安装板与底板上的栅极信号端子连接；
下桥臂的发射极朝下且通过键合导线与发射极引出板连接，发射极引出板通过键合导线与发射极信号端子连接；
下桥臂的集电极通过键合导线与集电极引出板连接，集电极引出板通过键合导线与集电极信号端子连接。
7.如权利要求1所述的IGBT模块MJ封装结构，其特征在于：所述针脚在上桥臂和下桥臂相邻于IGBT芯片处分别设置一个，在下桥臂相邻于FRD芯片处设置一个。
8.如权利要求1所述的IGBT模块MJ封装结构，其特征在于：所述金属底板上还设有热敏电阻安装板，热敏电阻安装板上焊接有热敏电阻。
9.如权利要求1所述的IGBT模块MJ封装结构，其特征在于：所述电阻为贴片电阻，电阻的两极分别焊接在一块电阻安装板上。
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