一种IGBT衬板结构及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种IGBT衬板结构及其制作方法，该衬板结构包括衬板，所述衬板的中部为电路区，所述衬板中部的下方设有母排焊接区，所述衬板的两侧均为芯片区，呈对称状，衬板门极电路呈对称状布置于衬板的两侧。该制作方法用来制备上述衬板结构。本发明专利技术具有结构简单紧凑、成本低廉、制作方便、可降低热耦合、提高封装效率等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到IGBT功率模块领域，特指一种适用于IGBT功率模块的衬板结构及其制作方法。
技术介绍
目前，现有的功率IGBT所使用的衬板结构一般采用对称分布式。如图1所示，为一种典型的衬板结构，其衬板4的整体为长方形，两端的最外侧分布两个IGBT芯片1和一个FRD芯片2，中间为互连电路区3，且衬板4上设有母排5。这种对称结构的芯片布局优点为美观、紧凑，能够实现IGBT衬板的电路功能，但是这种设计也存在明显的缺点：忽略了整个模块中芯片布局的对称性和均匀性。如图2所示，为上述结构的IGBT在封装后，衬板4在模块上的布局示意图。从中可以看出，同一衬板4内部的芯片间横向距离L比较大，而相邻衬板4间芯片的横向间距M却比较小。要知道，芯片在开关过程中会产生大量的热量，相邻衬板4间芯片会因为较小的横向间距而出现强烈的热耦合，从而影响模块整体的热性能。图3所示，为上述结构模块的热仿真分布示意图。从芯片的热耦合状态可以看出，热耦合出现在模块内部相邻衬板4的四个IGBT芯片1之间，明显加剧了同一衬板4上的芯片之间的热耦合。如图4所示，为封装模块截面的示意图，模块中衬板4和芯片间通过引线键合实现电路连接。从图中可以看出，衬板4的电路区域全部集中于衬板4的中间部分，导致衬板4电路面积分配很有限，影响到衬板4散热性能。狭窄的键和区域给键和工艺提出了更高的要求。同时，复杂的中间电路布局也给其他的封装工艺带来了很多难题，如功率端子的引脚设计，不易衬板上切线。综上所述，现有功率IGBT衬板结构的不足就在于：1、现有设计中相邻衬板4上的IGBT芯片1的横向间距太小，容易产生热耦合，影响模块整体热性能。2、现有衬板4的中间电路设计复杂：衬板4的中间电路包括芯片发射极键合区、芯片门极键合区、母排焊接区、弹簧线焊接区和电阻贴片区，这些区域密集交错，模块封装中使用工装复杂，增加了封装工艺的难度。3、现有衬板4在键合后各种电路纵横交错，增加了相邻电路间电磁干扰的可能性。4、现有衬板4存在贴片电阻区域，在贴芯片的同时贴电阻会让生产效率大大降低。5、现有衬板4上的键合面积不足，只能在芯片上切线，切线会影响到芯片的可靠性，降低了IGBT模块成品率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单紧凑、成本低廉、制作方便、可降低热耦合、提高封装效率的IGBT衬板结构及其制作方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种IGBT衬板结构，包括衬板，所述衬板的中部为电路区，所述衬板中部的下方设有母排焊接区，所述衬板的两侧均为芯片区，呈对称状，衬板门极电路呈对称状布置于衬板的两侧。作为本专利技术的进一步改进：所述电路区采用上端较窄、下端较宽的结构。作为本专利技术的进一步改进：所述衬板门极电路采用上粗下细的结构。作为本专利技术的进一步改进：所述芯片区设有IGBT芯片和FRD芯片，所述IGBT芯片放置在衬板的上部，所述FRD芯片放置于衬板的下部。作为本专利技术的进一步改进：所述衬板中部、两侧的上方均设有弹簧引线焊接区。本专利技术进一步提供一种制作上述衬板结构的方法，其步骤为：（1）将芯片与衬板焊接：通过焊接实现多芯片与衬板的集电极电路连接。（2）将衬板与芯片引线键合：通过引线键合实现多芯片门极、发射极与衬板的门极电路和发射极电路分别相连。（3）将衬板与母排及弹簧线焊接：通过衬板与母排及弹簧线的焊接，分别实现衬板上的发射极和门极端子引出。（4）PCB电路互连：通过弹簧线将衬板门极电路与PCB连接，实现模块内各个芯片的门极互联；将门极电阻焊接在PCB上。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术从IGBT芯片在整个模块内部分布的均匀性出发，有效降低了模块中不同衬板上芯片间的热耦合，降低模块的热阻，提高了模块的散热性能。2、本专利技术简化了衬板电路设计，不仅将门极电路转移到了衬板的最外侧，而且将门极电路设计为上粗下细的结构，这一设计在增加了中间电路面积的同时也简化了中间电路结构。同时，相邻两IGBT芯片错落排布，使芯片不在一条直线上，有效降低了相邻两IGBT芯片之间的热耦合区域。3、本专利技术将门极电路和发射极电路分离后，可以减小各电路的相互影响。4、本专利技术将贴片电阻区域从衬板上剥离，设计在了PCB上，提高了生产效率。5、本专利技术在简化衬板电路后，增加了衬板键和区域面积，降低了键和工艺的难度，为键合提供了足够的空间，实现衬板上切线，提高IGBT模块成品率。6、本专利技术减小了门极引线距离，可以在衬板切线，降低了芯片切线引起的损伤，提高了成品率。附图说明图1是现有技术中一种典型的衬板结构原理示意图。图2是典型衬板结构进行IGBT封装后在模块上的布局示意图。图3是典型衬板结构所形成模块的热仿真分布示意图。图4是封装模块的截面示意图。图5是本专利技术的衬板结构原理示意图。图6是本专利技术的IGBT衬板结构应用在基板上的布局示意图。图7是本专利技术衬板结构在模块中的仿真热分布图。图8是本专利技术IGBT衬板结构的制作流程示意图。图例说明：1、IGBT芯片；2、FRD芯片；3、互连电路区；4、衬板；5、母排；7、衬板门极电路；8、母排焊接区；9、弹簧引线焊接区；10、电路区。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图5所示，本专利技术的IGBT衬板结构，包括衬板4，衬板4的中部为电路区10，整个电路区10采用上端较窄、下端较宽（上细下粗）的结构，以保持芯片和衬板4间键合线的固定长度。衬板门极电路7对称设计在衬板4的两侧，衬板门极电路7采用上粗下细的设计。衬板4中部的下方设有母排焊接区8（图中为两个），衬板4中部、两侧的上方均设有弹簧引线焊接区9（图中为三个）。衬板4的两侧均为芯片区，呈对称状设计；每一侧均包括IGBT芯片1（图中为两个）放置在衬板4的上部，FRD芯片2（图中为一个）放置于衬板4的下部。图中，衬板4上的引线和覆铜图形不代表实际的设计，只能用来说明衬板4上各个部分的连接关系。本专利技术通过上述结构，可使芯片彼此错开，电路区8的电路结构将会阻碍衬板4中部芯片热量向相邻衬板4上同一位置的芯片上传递，从而降低相互间的热耦合。本专利技术通过上述结构，在模块中使不同衬板4间芯片的间距更加均匀，增加了相邻衬板4芯片间的相对距离，降低了不同衬板4间的芯片热耦合。如图6所示，为本专利技术的IGBT衬板结构应用在基板上的布局示意图。通过本专利技术的衬板结构，衬板4在基板上的布局让IGBT芯片之间的横向间距更加合理；衬板门极电路7上粗下细的设计，能够阻碍在衬板4中部温度最高芯片间的热耦合。如图7所示，为本专利技术衬板结构在模块中的仿真热分布图，从中可以看出，本专利技术的衬板结构明显改变了模块内部的热分布状态，不仅降低了模块的最高结温，而且减小了芯片间的最大温差，显著本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT衬板结构，包括衬板（4），其特征在于，所述衬板（4）的中部为电路区（10），所述衬板（4）中部的下方设有母排焊接区（8），所述衬板（4）的两侧均为芯片区，呈对称状，衬板门极电路（7）呈对称状布置于衬板（4）的两侧。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT衬板结构，包括衬板（4），其特征在于，所述衬板（4）的中部为电路区（10），所述衬板（4）中部的下方设有母排焊接区（8），所述衬板（4）的两侧均为芯片区，呈对称状，衬板门极电路（7）呈对称状布置于衬板（4）的两侧。
2.根据权利要求1所述的IGBT衬板结构，其特征在于，所述电路区（10）采用上端较窄、下端较宽的结构。
3.根据权利要求1所述的IGBT衬板结构，其特征在于，所述衬板门极电路（7）采用上粗下细的结构。
4.根据权利要求1或2或3所述的IGBT衬板结构，其特征在于，所述芯片区设有IGBT芯片（1）和FRD芯片（2），所述IGBT芯片（1）放置在衬板（4）的上部，所述FRD芯片（2）放置于衬板（4）...

【专利技术属性】
技术研发人员：常桂钦，李寒，彭勇殿，吴煜东，李继鲁，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43