CN220856567U - Igbt大电流芯片封装单元及大电流igbt功率装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种IGBT大电流芯片封装单元，包括铺设于散热基板上的导电片、焊接于导电片上的至少两组芯片组，以及导电连接件，每一芯片组包括一个IGBT芯片和一个二极管芯片，导电片包括一第一导电片、一第二导电片和一第三导电片，每组芯片组的芯片焊接于第二导电片上，且IGBT芯片临近第一导电片，二极管芯片临近第三导电片，导电连接件将同一组中IGBT芯片的E极和一二极管芯片的正电极和第三导电片电连接在一起，导电连接件还将IGBT芯片的G极和第一导电片电连接在一起，以使至少两组芯片组组成的IGBT电路单元并联在一起。与现有技术相比，本实用新型可使用低成本小电流的IGBT芯片组成大电流的IGBT封装单元。本实用新型还公开了一种大电流IGBT功率装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种半导体封装，尤其涉及一种IGBT大电流芯片封装。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由(Bipolar Junction Transistor，BJT)双极型三极管和绝缘栅型场效应管(Metal OxideSemiconductor，MOS)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)金氧半场效晶体管的高输入阻抗和电力晶体管(Giant Transistor，GTR)的低导通压降两方面的优点。
IGBT模块中一般包括多个IGBT子单元，每一个IGBT子单元包括一个IGBT芯片和一个二极管芯片，IGBT模块的封装结构一般包括散热基板、铺设于散热基板上的导电片、焊接于导电片上的IGBT芯片和二极管芯片，以及电连接于IGBT芯片、二极管芯片、导电片之间的键合线或CLIP结构。
其中，不同的IGBT芯片对应不同的可通过电流大小，可通过电流值越大，IGBT芯片的成本越高，有时候为了适应于大电流的IGBT模块，往往需要使用高成本大电流的IGBT芯片。
故，急需一种成本低且可适用于大电流IGBT模块的IGBT功率装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种IGBT大电流芯片封装单元以及IGBT功率装置，可使用低成本小电流的IGBT芯片组成大电流的IGBT封装单元。
为了实现上述目的，本实用新型公开了一种IGBT大电流芯片封装单元，包括铺设于散热基板上的导电片、焊接于所述导电片上的至少两组芯片组，以及导电连接件，每一所述芯片组包括一个IGBT芯片和一个二极管芯片，所述导电片包括一第一导电片、一第二导电片和一第三导电片，每组所述芯片组的芯片焊接于所述第二导电片上，且所述IGBT芯片临近所述第一导电片，所述二极管芯片临近所述第三导电片，所述导电连接件将同一组中所述IGBT芯片的E极和所述二极管芯片的正电极和所述第三导电片电连接在一起，所述导电连接件还将所述IGBT芯片的G极和所述第一导电片电连接在一起，以使至少两组所述芯片组组成的IGBT电路单元并联在一起。
较佳地，所述导电连接件为CLIP连接片并有多个。
具体地，所述导电连接件包括第一电连接件，所述第一电连接件包括焊接于所述IGBT芯片的E极上的E极焊接片、焊接于所述二极管芯片的正电极上的第二焊接片、焊接于所述第三导电片上的第三焊接片、连接于所述E极焊接片和所述第二焊接片之间的第一连接片，以及连接于所述第二焊接片和所述第三焊接片之间的第二连接片，所述E极焊接片、所述第二焊接片和所述第三焊接片沿第一方向依次设置，所述第二焊接片位于所述E极焊接片和第三焊接片的中间。本方案中第一电连接件呈“一”字型，结构简单，便于并排设置多个芯片组。当然，第一电连接件的结构也不限于此，还可以为T型或Y形，并将第三焊接片设置在E极焊接片和第二焊接片的中间。当然，也可以使用两个电连接件分别将IGBT芯片的E极和二极管芯片的正电极、二极管芯片的正电极和第三导电片电连接在一起，也可以使用两个电连接件分别将IGBT芯片的E极和第三导电片、二极管芯片的正电极和第三导电片电连接在一起。
具体地，所述第二焊接片上沿第一方向开设有纵向的应力缓冲槽，该方案使得第一电连接件在其三个焊接片高度不一时，可有效防止第二电连接片的某个焊接片翘起，造成虚焊。
具体地，所述第一连接片上开设有一个或多个散热孔，所述散热孔为沿第一方向设置的纵向孔。
具体地，所述E极焊接片的中间开设有避空槽，所述避空槽四周封闭或者朝向所述第一导电片的一侧具有缺口。
较佳地，焊接于所述IGBT芯片的E极上的导电连接件包括焊接于所述IGBT芯片的E极上的E极焊接片，所述E极焊接片末端的延伸至与所述IGBT芯片远离所述E极焊接片的前端的边沿具有间距，以在所述IGBT芯片的上表面远离所述E极焊接片的前端的一侧形成第一G极安装区，所述E极焊接片的中间开设有避空槽，所述避空槽四周封闭或者朝向所述第一导电片的一侧具有缺口，以在所述避空槽内形成第二G极安装区。第一G极安装区使得导电连接件在IGBT芯片的G极位于E极的一侧或者一个角落时依然可以使用，避空槽处的第二G极安装区使得导电连接件在IGBT芯片的G极位于E极中间时，依然可以匹配使用。而四周封闭的避空槽还有效增加了E极焊接片的面积以及稳定性。
较佳地，所述导电连接件包括第二电连接件，所述第二电连接件包括焊接于所述IGBT芯片的G极的G极焊接片、焊接于所述第一导电片的第五焊接片，以及连接于所述G极焊接片和所述第五焊接片之间的第三连接片。
较佳地，所述CLIP连接片由多个焊接片和连接于两所述焊接片之间的连接片组成，所述连接片为平直片，便于焊接时抓取定位。
较佳地，同组所述芯片组中，IGBT芯片、二极管芯片依次沿第一方向设置，所述第一导电片、第二导电片和第三导电片依次沿第一方向设置，不同所述芯片组之间并排设置。该方案布局合理，节省空间，易于实现。
较佳地，所述芯片组有两组，且两组所述芯片组以及导电连接件沿以第一方向延伸的对称线对称设置。其镜像的排列方式能共用许多零部件，在工艺制成中更容易实现。
本实用新型还公开了一种大电流IGBT功率装置，包括散热基板和设于所述散热基板上的多个封装单元，所述封装单元为如上所述的IGBT大电流芯片封装单元。
较佳地，所述封装单元有2N个，其中每两所述封装单元为一组，同组中两所述封装单元沿第一方向排布且沿与第一方向垂直的第二方向的一对称线对称设置，同组两所述封装单元中，一所述封装单元的第三导电片与另一所述封装单元的第二导电片通过一个或多个导电连接件电连接在一起，同组两所述封装单元共用同一组信号端子，N为大于等于1的整数。
与现有技术相比，本实用新型将多个IGBT芯片和多个二极管芯片并排设置在一组导电片上，然后通过导电连接件电连接在一起，使得至少两组所述IGBT芯片组组成的IGBT电路单元并联在一起，足以容纳大电流通过，可有效提供IGBT大电流芯片封装单元的性能，增大所通过的电流，例如可以将现有相对较小电流(150)的芯片并联一组形成一块大电流(300A以上)的芯片使用，成本低。
附图说明
图1是本实用新型大电流IGBT功率装置的立体结构图。
图2是本实用新型大电流IGBT功率装置的平面图。
图3是本实用新型大电流IGBT功率装置的侧视图。
图4是图1中a部分的放大图。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
参考图1至图3，本实用新型还公开了一种大电流IGBT功率装置100，包括散热基板10和设于所述散热基板10上的多个封装单元101。
参考图3，本实施例中，散热基板10包括基板11和铺设于基板11上的DBC片12。本实施例中，一个封装单元101对应一个DBC片。当然，该散热基板10也可以为其他类型的散热基板，不限制在DBC散热基板。
参考图1和图2，所述封装单元101有2N个，其中每两所述封装单元101为一组，同组中两所述封装单元101沿第一方向排布且沿与第一方向垂直的第二方向的一对称线对称设置，同组两所述封装单元101中，一所述封装单元101的第三导电片23与另一所述封装单元101的第二导电片22通过一个或多个导电连接件33电连接在一起，同组两所述封装单元101共用同一组信号端子。其中，散热基板10上设置有N组用于焊接信号端子的信号端子导电片24，信号端子导电片24通过一信号端子导电连接件34与封装单元101中相应导电片电连接。本实施例中，N为2，当然，N也可以为1、3大于等于1的整数。
参考图3和图4，所述封装单元101包括铺设于散热基板10上的导电片、焊接于所述导电片上的至少两组芯片组，以及导电连接件，每一所述芯片组包括一个IGBT芯片201和一个二极管芯片202，所述导电片包括一第一导电片21、一第二导电片22和一第三导电片23，每组所述芯片组的芯片焊接于所述第二导电片22上，且所述IGBT芯片201临近所述第一导电片21，所述二极管芯片202临近所述第三导电片23，所述导电连接件将同一组中所述IGBT芯片201的E极和所述二极管芯片202的正电极和所述第三导电片23电连接在一起，所述导电连接件还将所述IGBT芯片201的G极和所述第一导电片21电连接在一起，以使至少两组所述芯片组组成的IGBT电路单元并联在一起。其中，IGBT芯片201的C电极和二极管芯片202的负电极焊接在第二导电片22上。
本实施例中，所述导电连接件为CLIP连接片并有多个。当然，该导电连接件还可以为键合线等电连接结构。
参考图3和图4，所述导电连接件包括第一电连接件31，所述第一电连接件31包括焊接于所述IGBT芯片201的E极上的E极焊接片311、焊接于所述二极管芯片202的正电极上的第二焊接片312、焊接于所述第三导电片23上的第三焊接片313、连接于所述E极焊接片311和所述第二焊接片312之间的第一连接片314，以及连接于所述第二焊接片312和所述第三焊接片313之间的第二连接片315，所述E极焊接片311、所述第二焊接片312和所述第三焊接片313沿第一方向依次设置，所述第二焊接片312位于所述E极焊接片和第三焊接片313的中间。本方案中第一电连接件31呈“一”字型，结构简单，便于并排设置多个芯片组。当然，第一电连接件31的结构也不限于此，还可以为T型或Y形，并将第三焊接片313设置在E极焊接片311和第二焊接片312的中间。当然，也可以使用两个电连接件分别将IGBT芯片201的E极和二极管芯片202的正电极、二极管芯片202的正电极和第三导电片23电连接在一起，也可以使用两个电连接件分别将IGBT芯片201的E极和第三导电片23、二极管芯片202的正电极和第三导电片23电连接在一起。
具体地，所述第二焊接片312上沿第一方向开设有纵向的应力缓冲槽3121，即，应力缓冲槽3121在第一方向的长度大于应力缓冲槽3121在与第一方向垂直的第二方向的宽度。该方案使得第一电连接件31在其三个焊接片高度不一时，可有效防止第二电连接片的某个焊接片翘起，造成虚焊。该应力缓冲槽3121为矩形，当然该应力缓冲槽3121也可以为椭圆形。其中，应力缓冲槽3121的数目可以为一个也可以为多个，当应力缓冲槽3121为多个时，多个应力缓冲槽3121可以沿第一方向设置，也可以与第一方向呈一个小于30度的锐角。
具体地，所述第一连接片314上开设有一个或多个散热孔3141。其中，散热孔3141为沿第一方向设置的纵向孔，即散热孔3141在第一方向的长度大于散热孔3141在与第一方向垂直的第二方向的宽度，以防止降低第一连接片314的支撑力。纵向孔
具体地，所述E极焊接片311的中间开设有避空槽3111，所述避空槽3111四周封闭。当然，区别于该实施例，所述避空槽3111朝向所述第一导电片21的一侧还可以具有缺口，以便于第二电连接件32设置，有效防止第一电连接件31和第二电连接件32电接触。
参考图4，所述E极焊接片311末端的延伸至与所述IGBT芯片201远离所述E极焊接片311的前端的边沿具有间距，以在所述IGBT芯片201的上表面远离所述E极焊接片311的前端的一侧形成第一G极安装区301，所述E极焊接片311的中间开设有避空槽3111，所述避空槽3111四周封闭或者朝向所述第一导电片21的一侧具有缺口，以在所述避空槽3111内形成第二G极安装区302。第一G极安装区301使得导电连接件在IGBT芯片201的G极位于E极的一侧或者一个角落时依然可以使用，避空槽3111处的第二G极安装区302使得导电连接件在IGBT芯片201的G极位于E极中间时，依然可以匹配使用。而四周封闭的避空槽3111还有效增加了E极焊接片311的面积以及稳定性。
参考图3和图4，所述导电连接件包括第二电连接件32，所述第二电连接件32包括焊接于所述IGBT芯片201的G极的G极焊接片321、焊接于所述第一导电片21的第五焊接片322，以及连接于所述G极焊接片321和所述第五焊接片322之间的第三连接片323。
较佳地，所述CLIP连接片由多个焊接片(包括G极焊接片311、第二焊接片312、第三焊接片313、G极焊接片321和第五焊接片322)和连接于两所述焊接片之间的连接片(包括第一连接片314、第二连接片315和第三连接片323)组成，所述连接片为平直片，便于焊接时抓取定位。
参考图2和图4，同组所述芯片组中，IGBT芯片201、二极管芯片202依次沿第一方向设置，所述第一导电片21、第二导电片22和第三导电片23依次沿第一方向设置，不同所述芯片组之间并排设置。
本实施例中所述芯片组有两组，且两组所述芯片组以及导电连接件沿以第一方向延伸的对称线对称设置。
本实施例中，散热基板10上具有四个封装单元101，四个封装单元101以两个为一排排列两排，每排的两个封装单元101组成一组并沿第一方向排列，一排的两个封装单元101通过导电连接件33串联在一起，每个封装单元101中具有两个并联在一起的IGBT子单元，每个IGBT子单元均包括一个IGBT芯片201和一个二极管芯片301，IGBT芯片201的C电极与二极管芯片301的负电极通过第二导电片22电连接在一起，IGBT芯片201的E电极与二极管芯片301的正电极通过第一电连接件31电连接在一起。本实施例中，IGBT芯片是工作电流值为150A的芯片，组成的封装单元101是工作电流值为300A的IGBT单元，当然，也可以选取其他型号的IGBT芯片组成其他工作电流的封装单元101。
以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种IGBT大电流芯片封装单元，其特征在于：包括铺设于散热基板上的导电片、焊接于所述导电片上的至少两组芯片组，以及导电连接件，每一所述芯片组包括一个IGBT芯片和一个二极管芯片，所述导电片包括一第一导电片、一第二导电片和一第三导电片，每组所述芯片组的芯片焊接于所述第二导电片上，且所述IGBT芯片临近所述第一导电片，所述二极管芯片临近所述第三导电片，所述导电连接件将同一组中所述IGBT芯片的E极和所述二极管芯片的正电极和所述第三导电片电连接在一起，所述导电连接件还将所述IGBT芯片的G极和所述第一导电片电连接在一起，以使至少两组所述芯片组组成的IGBT电路单元并联在一起。
2.如权利要求1所述的IGBT大电流芯片封装单元，其特征在于：所述导电连接件包括第一电连接件，所述第一电连接件包括焊接于所述IGBT芯片的E极上的E极焊接片、焊接于所述二极管芯片的正电极上的第二焊接片、焊接于所述第三导电片上的第三焊接片、连接于所述E极焊接片和所述第二焊接片之间的第一连接片，以及连接于所述第二焊接片和所述第三焊接片之间的第二连接片，所述E极焊接片、所述第二焊接片和所述第三焊接片沿第一方向依次设置。
3.如权利要求2所述的IGBT大电流芯片封装单元，其特征在于：所述第二焊接片上沿第一方向开设有纵向的应力缓冲槽。
4.如权利要求2所述的IGBT大电流芯片封装单元，其特征在于：所述第一连接片上开设有一个或多个散热孔，所述散热孔为沿第一方向设置的纵向孔。
5.如权利要求1所述的IGBT大电流芯片封装单元，其特征在于：焊接于所述IGBT芯片的E极上的导电连接件包括焊接于所述IGBT芯片的E极上的E极焊接片，所述E极焊接片末端的延伸至与所述IGBT芯片远离所述E极焊接片的前端的边沿具有间距，以在所述IGBT芯片的上表面远离所述E极焊接片的前端的一侧形成第一G极安装区，所述E极焊接片的中间开设有避空槽，所述避空槽四周封闭或者朝向所述第一导电片的一侧具有缺口，以在所述避空槽内形成第二G极安装区。
6.如权利要求1所述的IGBT大电流芯片封装单元，其特征在于：所述导电连接件包括第二电连接件，所述第二电连接件包括焊接于所述IGBT芯片的G极的G极焊接片、焊接于所述第一导电片的第五焊接片，以及连接于所述G极焊接片和所述第五焊接片之间的第三连接片。
7.如权利要求1所述的IGBT大电流芯片封装单元，其特征在于：同组所述芯片组中，IGBT芯片、二极管芯片依次沿第一方向设置，所述第一导电片、第二导电片和第三导电片依次沿第一方向设置，不同所述芯片组之间并排设置。
8.如权利要求1所述的IGBT大电流芯片封装单元，其特征在于：所述芯片组有两组，且两组所述芯片组以及导电连接件沿以第一方向延伸的对称线对称设置。
9.一种大电流IGBT功率装置，其特征在于：包括散热基板和设于所述散热基板上的多个封装单元，所述封装单元为如权利要求1-8中任一项所述的IGBT大电流芯片封装单元。
10.如权利要求9所述的大电流IGBT功率装置，其特征在于：所述封装单元有2N个，其中每两所述封装单元为一组，同组中两所述封装单元沿第一方向排布且沿与第一方向垂直的第二方向的一对称线对称设置，同组两所述封装单元中，一所述封装单元的第三导电片与另一所述封装单元的第二导电片通过一个或多个导电连接件电连接在一起，同组两所述封装单元共用同一组信号端子，N为大于等于1的整数。
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