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，其包括单芯片双向IGBT器件、底部金属板、外部引脚和绝缘外壳；底部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件的第二发射极区设置；底部金属板与第二门极区保持适当绝缘间距；单芯片双向IGBT器件的各个发射区和门极区分别与对应的外部引脚连接；绝缘外壳包裹在单芯片双向IGBT器件的外围，底部金属板的下表面外露。本发明专利技术解决了单芯片双向IGBT器件“两个电极共面”这一特点带来的不易封装的问题；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，与由两只逆阻型IGBT单管构成的双向开关相比，功率密度更高，非常适用于高性能电力电子装置与系统，如矩阵式变换器等，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种单芯片双向IGBT单管的封装结构。
技术介绍
目前，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。传统逆阻型IGBT能够双向阻断电压，但只能单向导通电流，如图1所示，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，其中，图2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。其中，图3-5分别为传统分立式逆阻型IGBT器件的右侧视、俯视与仰视示意图。如图6-8所示，单芯片双向IGBT器件的上表面设置有
第一门极G1和第一发射极E1，与之对应，上表面分别第一门极区和第一发射极区；单芯片双向IGBT器件的下表面设置有第二门极G2和第二发射极E2，与之对应，下表面分别第二门极区和第二发射极区。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，对其封装技术的研究工作报道较少。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供一种单芯片双向IGBT单管的封装结构，实现单芯片双向IGBT单管的良好封装，解决单芯片双向IGBT器件“两个电极共面”这一特点带来的不易封装的问题；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。(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，其包括单芯片双向IGBT器件、底部金属板、外部引脚和绝缘外壳；底部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件的第二发射极区设置；底部金属板与第二门极区保持绝缘间距；单芯片双向IGBT器件的第一门极、第一发射极、第二门极和第二发射极分别与对应的第一门极引脚、第一发射极引脚、第二门极引脚和第二发射极引脚连接；绝缘外壳包裹在单芯片双向IGBT器件的外围，底部金属板的下表面外露。进一步，所述第二发射极引脚设置在所述底部金属板上，并通过底部金属板与第二发射极连接。进一步，所述第一门极和第一发射极分别通过金属键合线与对应的所述第一门极引脚、第一发射极引脚连接。进一步，所述底部金属板上设置有用于固定单芯片双向IGBT单管或者导热装置的安装通孔。进一步，所述底部金属板在第二门极区对应部位设置开口；所述开口覆盖范围大于第二门极区；通过该开口，底部金属板与第二门极区保持绝缘间距。进一步，所述底部金属板在第二门极区对应部位设置凹槽；所述凹槽覆盖范围大于第二门极区；通过该凹槽，底部金属板与第二门极区保持绝缘间距。进一步，所述第二门极分别通过第二门极金属键合线与对应的第二门极引脚连接；第二门极金属键合线经所述开口或凹槽后与第二门极引脚连接；第二门极引脚与所述第一门极引脚和第一发射极引脚并排设置。进一步，所述外部引脚伸出所述绝缘外壳，所述外部引脚通过绝缘外壳固定。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有以下有益效果：本专利技术提出的封装结构通过在单芯片双向IGBT器件的上表面和下表面进行键合，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；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，非常适用于高性能电力电子装置与系统，如矩阵式变换器等，具有良好的应用前景。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是单芯片双向IGBT单管的原理图；图3是传统逆阻型IGBT器件的右侧视图；图4是传统逆阻型IGBT器件的俯视图；图5是传统逆阻型IGBT器件的仰视图；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为本专利技术实施例的单芯片双向IGBT器件与底部金属板的连接结构示意图；图10为本专利技术实施例的单芯片双向IGBT器件封装完成后外形的三维示意图；其中，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：第一门极引脚；JE1：第一发射极引脚；JG2：第二门极引脚；JE2：第二发射极引脚；1：单芯片双向IGBT器件；2：底部金属板；2a：安装通孔；2b：开口；3：绝缘外壳；4：金属键合线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的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，但不能用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本专利技术
中的具体含义。如图9-10所示，本实施例提供的一种单芯片双向IGBT单管的封装结构，其包括单芯片双向IGBT器件1、底部金属板2、外部引脚J和绝缘外壳3；通过焊接形式，底部金属板2覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件1的第二发射极区设置；底部金属板2与第二门极区保持适当绝缘间距；单芯片双向IGBT器件1的第一门极G1、第一发射极E1、第二门极G2和第二发射极E2分别与对应的外部引脚——第一门极引脚JG1、第一发射极引脚JE1、第二门极引脚JG2和第二发射极引脚JE2连接；绝缘外壳包裹在单芯片双向IGBT器件的外围，底部金属板的下表面外露。第二发射极引脚JE2焊接在底部金属板2上，并通过底部金属板2与第二发射极E2连接。而第一门极G1、第一发射极E1和第二门极G2分别通过金属键合线4与对应的外部引脚连接。底部金属板2上设置有用于固定单芯片双向IGBT单管或者导热装置的安装通孔2a。底部金属板2在第二门极区对应部位设置开口2b；开口2b形状与第二门极区相符，该开口覆盖范围大于本文档来自技高网...

【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，其包括单芯片双向IGBT器件、底部金属板、外部引脚和绝缘外壳；底部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件的第二发射极区设置；底部金属板与第二门极区保持绝缘间距；单芯片双向IGBT器件的第一门极、第一发射极、第二门极和第二发射极分别与对应的第一门极引脚、第一发射极引脚、第二门极引脚和第二发射极引脚连接；绝缘外壳包裹在单芯片双向IGBT器件的外围，底部金属板的下表面外露。

【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，其包括单芯片双向IGBT器件、底部金属板、外部引脚和绝缘外壳；底部金属板覆盖并紧贴单芯片双向IGBT器件的第二发射极区设置；底部金属板与第二门极区保持绝缘间距；单芯片双向IGBT器件的第一门极、第一发射极、第二门极和第二发射极分别与对应的第一门极引脚、第一发射极引脚、第二门极引脚和第二发射极引脚连接；绝缘外壳包裹在单芯片双向IGBT器件的外围，底部金属板的下表面外露。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，所述第二发射极引脚设置在所述底部金属板上，并通过底部金属板与第二发射极连接。3.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，所述第一门极和第一发射极分别通过金属键合线与对应的所述第一门极引脚和第一发射极引脚连接。4.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，所述底部金属板上设置有...

【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：江西中能电气科技股份有限公司，湖南大学，
类型：发明
国别省市：江西;36