一种单芯片双向IGBT单管的封装结构制造技术

本发明专利技术涉及一种单芯片双向IGBT单管的封装结构，其包括底部金属板和顶部金属板，单芯片双向IGBT器件设置在所述底部金属板和所述顶部金属板之间，所述顶部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件的第一发射极，所述底部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件的第二发射极，所述顶部金属板与第一门极保持适当绝缘间距，所述底部金属板与第二门极保持适当绝缘间距；通过将两发射极分别与对应的所述底部金属板和所述顶部金属板连接，解决了单芯片双向IGBT器件“两个电极共面”带来的不易封装的问题，同时使单芯片双向IGBT单管的外形、封装工艺与传统分立式逆阻型IGBT单管相兼容，并使单芯片双向IGBT单管具备了双面散热能力，提高了功率密度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率半导体器件
，尤其涉及一种单芯片双向IGBT单管的封装结构。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种结合了金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)和双极结型晶体管优点的电力电子器件。IGBT以其优异的性能得到了广泛的应用，极大地提升了电力电子装置和系统的性能。传统的交流-直流-交流变换器(AC-DC-AC变换器)，需要大容量的电容器来维持中间直流环节(DC环节)的稳定运行，使得变换器的体积、重量都较大。此外，与功率器件相比，电容器的使用寿命明显不足，从而影响了变换器的可靠性和使用寿命。交流-交流变换器(AC-AC变换器)省去了中间直流环节，同时对功率器件提出了新的要求——双向可控开关。如图1-图4所示，传统逆阻型IGBT能够双向阻断电压，但只能单向导通电流，由两只反并联的分立式逆阻型IGBT构成的双向可控开关才能满足要求；而该双向可控开关存在着体积、重量大等不足，在一定程度上制约了AC-AC变换器的性能。其中，G为门极，E为发射极，C为集电极。单芯片双向IGBT器件的问世解决了这一问题，如图6-图8所示，单芯片双向IGBT器件有两个门极区(即第一门极G1和第二门极G2)和两个发射极区(即第一发射极E1和第二发射极E2)。如图所示，第一门极G1和第一发射极E1位于单芯片双向IGBT器件的上表面；第二门极G2和第二发射极E2位于单芯片双向IGBT器件的下表面。单芯片双向IGBT器件的四个电极相互之间绝缘。图5为单芯片双向IGBT单管的原理图，通过控制单芯片双向IGBT器件的两个门极与对应的两个发射极之间的电压，可实现电流双向导通与电压双向阻断。目前对单芯片双向IGBT器件的研究工作主要集中在器件的结构优化和制备工艺上，但针对器件特点，结合电力电子装置的应用要求，对单芯片双向IGBT器件的封装进行的研究报道较少。比如，矩阵式变换器是一种新型的交流－交流电源变换器，具有不需要直流储能环节、可四象限运行等显著优点，是电力电子技术研究的热点之一，并有着广泛的应用前景。矩阵式变换器对功率器件提出了新的要求——双向可控开关。两只反并联的传统逆阻型IGBT器件或是一只单芯片双向IGBT器件均可满足此要求，但针对单芯片双向IGBT器件的特点，并结合矩阵式变换器的应用，采用何种方式对单芯片双向IGBT器件进行封装能更好发挥矩阵式变换器的作用的研究较少。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种单芯片双向IGBT单管的封装结构，解决现有单芯片双向IGBT器件“两个电极共面”这一特点带来的不易封装，且传统封装得到的IGBT单管散热能力较弱的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种单芯片双向IGBT单管的封装结构，其包括底部金属板和顶部金属板，单芯片双向IGBT器件设置在所述底部金属板和所述顶部金属板之间，所述顶部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件的第一发射极，所述底部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件的第二发射极，所述顶部金属板与第一门极保持适当绝缘间距，所述底部金属板与第二门极保持适当绝缘间距。其中，还包括绝缘外壳，单芯片双向IGBT器件在所述绝缘外壳与所述底部金属板、顶部金属板围合的空间内，所述底部金属板的下表面和所述顶部金属板的上表面外露。其中，单芯片双向IGBT器件的第一门极、第二门极、顶部金属板和底部金属板分别与对应的外部引脚连接，所述对应的外部引脚延伸至所述绝缘外壳与所述底部金属板、顶部金属板围合的空间外。其中，单芯片双向IGBT器件的第一门极通过金属键合线与其所对应的外部引脚连接，单芯片双向IGBT器件的第二门极通过金属键合线与其所对应的外部引脚连接。其中，所述顶部金属板与其所对应的外部引脚焊接，所述底部金属板与其所对应的外部引脚焊接。其中，还包括绝缘衬垫，所述绝缘衬垫设置在所述底部金属板和所述顶部金属板之间，所述绝缘衬垫、底部金属板、顶部金属板在对应位置均设有安装通孔。其中，所述顶部金属板与第一门极对应位置设有开口，所述底部金属板与第二门极对应位置设有开口。其中，所述底部金属板和所述顶部金属板具有不规则的形状。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本专利技术提供的单芯片双向IGBT单管的封装结构，通过将单芯片双向IGBT器件的两个发射极分别与对应的所述底部金属板和所述顶部金属板连接，解决了单芯片双向IGBT器件“两个电极共面”这一特点带来的不易封装的问题，同时使单芯片双向IGBT单管的外形、封装工艺与传统分立式逆阻型IGBT单管相兼容，并使单芯片双向IGBT单管具备了双面散热能力，提高了功率密度。除了上面所描述的本专利技术解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本专利技术的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。附图说明图1是由两只反并联的逆阻型IGBT构成的双向可控开关的原理图；图2是传统逆阻型IGBT器件的右侧视图；图3是传统逆阻型IGBT器件的俯视图；图4是传统逆阻型IGBT器件的仰视图；图5是单芯片双向IGBT单管的原理图；图6是单芯片双向IGBT器件的右侧视图；图7是单芯片双向IGBT器件的俯视图；图8是单芯片双向IGBT器件的仰视图；图9是本专利技术实施例单芯片双向IGBT单管封装结构的示意图(顶部金属板未焊接，绝缘外壳未安装)；图10是本专利技术实施例单芯片双向IGBT单管封装结构的示意图(顶部金属板已焊接，绝缘外壳未安装)；图11是本专利技术实施例单芯片双向IGBT单管封装结构在封装完成后的示意图。图中，G：门极；E：发射极：C：集电极；G1：第一门极；G2：第二门极；E1：第一发射极：E2：第二发射极；J：外部引脚；JG1：第一引脚；JG2：第二引脚；JE1：第三引脚；JE2：第四引脚；1：单芯片双向IGBT器件；2：顶部金属板；2a：顶部金属板安装通孔；2b：开口；3：底部金属板4：绝缘外壳；5：金属键合线；6：第二发射极焊接区；7：绝缘衬垫；7a：绝缘衬垫安装通孔。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单芯片双向IGBT单管的封装结构，其特征在于：包括底部金属板和顶部金属板，单芯片双向IGBT器件设置在所述底部金属板和所述顶部金属板之间，所述顶部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件的第一发射极，所述底部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件的第二发射极，所述顶部金属板与第一门极保持适当绝缘间距，所述底部金属板与第二门极保持适当绝缘间距。

【技术特征摘要】
1.一种单芯片双向IGBT单管的封装结构，其特征在于：包括底
部金属板和顶部金属板，单芯片双向IGBT器件设置在所述底部金属板
和所述顶部金属板之间，所述顶部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT
器件的第一发射极，所述底部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件
的第二发射极，所述顶部金属板与第一门极保持适当绝缘间距，所述
底部金属板与第二门极保持适当绝缘间距。
2.根据权利要求1所述的单芯片双向IGBT单管的封装结构，其
特征在于：还包括绝缘外壳，单芯片双向IGBT器件在所述绝缘外壳与
所述底部金属板、顶部金属板围合的空间内，所述底部金属板的下表
面和所述顶部金属板的上表面外露。
3.根据权利要求2所述的单芯片双向IGBT单管的封装结构，其
特征在于：单芯片双向IGBT器件的第一门极、第二门极、顶部金属板、
和底部金属板分别与对应的外部引脚连接，所述对应的外部引脚延伸
至所述绝缘外壳与所述底部金属板、顶部金属板围合的空间外。
4.根据权利要求3所述的单芯片双向IGBT单...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾重，敖杰，王俊，沈征，
申请(专利权)人：湖南大学，江西中能电气科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43