一种IGBT模块封装结构制造技术

本发明专利技术涉及一种IGBT模块封装结构。属于功率半导体器件技术领域，本发明专利技术通过设置包括共P极层及成阵列排列的N极层单元的结构，实现IGBT模块封装结构中FRD芯片和IGBT芯片的集成化，提高了IGBT模块封装结构的集成度，减小了IGBT模块封装结构的体积。IGBT模块封装结构的体积。IGBT模块封装结构的体积。

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT模块封装结构


[0001]本专利技术涉及功率半导体器件
，特别是涉及一种IGBT模块封装结构。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的不断发展，功率模块在航空航天，轨道交通，新能源汽车及风力发电，光伏发电等产业得到了越来越广泛的应用。目前市场上主流的功率模块为IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）功率模块。传统的IGBT功率模块的封装主要是通过无铅焊料将功率芯片的集电极和与之反并联的二极管芯片的阳极焊接在覆铜陶瓷基板(Direct Bonded Copper，DBC)上，然后利用引线键合的方式实现芯片与芯片之间以及芯片与DBC板的电气互连。在DBC的另一侧连接有铜基板，铜基板通过导热硅脂和散热器连接，实现功率模块的散热。IGBT模块一般由IGBT芯片、FRD（ Fast Recovery Diode，快恢复二极管）芯片、DBC、Solder（ 焊料）、Baseplate（基板）、Al/Cu wire（铝/铜铝线）、Case（元件）等组件组成，典型IGBT模块封装结构集成度低，体积大，各组件间分立封装。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种IGBT模块封装结构，以提高IGBT模块封装结构集成度，减小IGBT模块封装结构的体积。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种IGBT模块封装结构，包括从上到下依次设置的集成化芯片结构、覆铜陶瓷基板和下层热沉；所述集成化芯片结构的下表面通过铜柱与覆铜陶瓷基板的上表面连接；所述集成化芯片结构的上表面设置有第一非图案化铜层，所述集成化芯片结构的上表面的第一非图案化铜层通过CLIP（条带）与覆铜陶瓷基板的上表面连接；所述覆铜陶瓷基板的下表面与所述下层热沉通过热界面材料连接；所述集成化芯片结构，包括：P极层及位于P极层下方的n
×
n个N极层单元，n
×
n个N极层单元成阵列排列；所述N极层单元包括FRD芯片N极层和IGBT芯片N极层；所述P极层与所述FRD芯片N极层掺杂形成FRD芯片，所述P极层与所述IGBT芯片N极层掺杂形成IGBT芯片。
[0005]可选的，所述IGBT芯片N极层和所述FRD芯片N极层通过沟槽隔离。
[0006]可选的，所述覆铜陶瓷基板包括从上到下依次设置的图案化铜层、陶瓷层和第二非图案化铜层；所述图案化铜层包括n
×
n个铜层单元，n
×
n个所述铜层单元成阵列排列。
[0007]可选的，所述铜层单元包括FRD铜层和IGBT铜层；所述FRD铜层为I型图案铜层；
所述IGBT铜层包括两个L型图案铜层，两个所述L型图案铜层相对设置。
[0008]可选的，IGBT模块封装结构还包括上层热沉，所述上层热沉设置在所述集成化芯片结构的上部。
[0009]可选的，IGBT模块封装结构，还包括两个功率端子，两个所述功率端子与所述覆铜陶瓷基板的图案化铜层通过锡膏连接。
[0010]可选的，所述CLIP一端通过锡膏与所述第一非图案化铜层连接，所述CLIP的另一端通过锡膏与所述覆铜陶瓷基板的上表面连接。
[0011]可选的，所述集成化芯片结构和所述覆铜陶瓷基板的图案化铜层通过环氧塑封料包裹。
[0012]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术公开一种IGBT模块封装结构，包括从上到下依次设置的集成化芯片结构、覆铜陶瓷基板和下层热沉，其中，集成化芯片结构包括：P极层及位于P极层下方的n
×
n个N极层单元，n
×
n个N极层单元成阵列排列；所述N极层单元包括FRD芯片N极层和IGBT芯片N极层；所述P极层与所述FRD芯片N极层掺杂形成FRD芯片，所述P极层与所述IGBT芯片N极层掺杂形成IGBT芯片。本专利技术通过设置包括共P极层及成阵列排列的N极层单元的结构，实现IGBT模块封装结构中FRD芯片和IGBT芯片的集成化，提高了IGBT模块封装结构的集成度，减小了IGBT模块封装结构的体积。
[0013]本专利技术的IGBT模块封装结构中的集成化芯片结构的下表面与覆铜陶瓷基板的上表面采用铜柱以铜铜键合的工艺方式连接，集成化芯片结构的上表面与覆铜陶瓷基板的上表面采用CLIP的结构连接，不使用键合线，减小了模块的寄生电感。
[0014]本专利技术的IGBT模块封装结构中避免了基板的使用，并且可通过热沉实现单面或双面的散热，提高了散热性能。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术实施例1提供的集成化芯片结构的俯视图；图2为本专利技术实施例1提供的集成化芯片结构的主视图；图3为本专利技术实施例1提供的一种IGBT模块封装结构的结构示意图；图4为本专利技术实施例1提供的覆铜陶瓷基板的俯视图；图5为本专利技术实施例1提供的覆铜陶瓷基板的主视图；图6为本专利技术实施例1提供的集成化芯片结构与覆铜陶瓷基板的键合关系示意图；图7为本专利技术实施例2提供的一种IGBT模块封装结构的结构示意图。
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]本专利技术的目的是提供一种IGBT模块封装结构，以提高IGBT模块封装结构集成度，减小IGBT模块封装结构的体积。
[0019]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0020]出于节能和低成本的需求，当前迫切要求功率模块更加轻型化、小型化、且功率密度更大。由于传统IGBT模块引线键合互连结构的存在，工作时会产生较大电磁干扰，降低开关速度，同时还是模块失效的主要原因之一。由于基板的存在，造成模块体积较大，增大热阻。虽然目前关于新型功率模块的封装结构和方法的研究越来越多，然而如何提升功率模块的集成度是目前研究者和厂家面临的一个重要的问题。本专利技术提出一种无引线、无基板高集成度的IGBT功率模块封装结构。具体如下：实施例1如图3所示，本专利技术实施例1提供一种IGBT模块封装结构，包括从上到下依次设置的集成化芯片结构1、覆铜陶瓷基板2和下层热沉3；所述集成化芯片结构1的下表面通过铜柱4与覆铜陶瓷基板2的上表面连接；所述集成化芯片结构1的上表面设置有第一非图案化铜层5，所述集成化芯片结构1的上表面的第一非图案化铜层5通过CLIP 6与覆铜陶瓷基板2的上表面连接，CLIP 6一端通过锡膏与所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT模块封装结构，其特征在于，包括从上到下依次设置的集成化芯片结构、覆铜陶瓷基板和下层热沉；所述集成化芯片结构的下表面通过铜柱与覆铜陶瓷基板的上表面连接；所述集成化芯片结构的上表面设置有第一非图案化铜层，所述集成化芯片结构的上表面的第一非图案化铜层通过CLIP与覆铜陶瓷基板的上表面连接；所述覆铜陶瓷基板的下表面与所述下层热沉通过热界面材料连接；所述集成化芯片结构包括：P极层及位于P极层下方的n
×
n个N极层单元，n
×
n个N极层单元成阵列排列；所述N极层单元包括FRD芯片N极层和IGBT芯片N极层；所述P极层与所述FRD芯片N极层掺杂形成FRD芯片，所述P极层与所述IGBT芯片N极层掺杂形成IGBT芯片。2.根据权利要求1所述的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述IGBT芯片N极层和所述FRD芯片N极层通过沟槽隔离。3.根据权利要求1所述的IGBT模块封装结构，其特征在于，覆铜陶瓷基板包括从上到下依次设置的图案化铜层、陶瓷层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洋，宋一凡，孙亚萌，马坤，
申请(专利权)人：合肥阿基米德电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：