一种高效散热的IGBT模块及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高效散热的IGBT模块，包括下金属板，下金属板的上板面依次铺设绝缘层、上金属板，多个芯片分别通过烧结层与上金属板连接；还包括将绝缘层、上金属板、芯片包裹的罩体，罩体与下金属板固接于一体，下金属板的下板面置于罩体外，下金属板的下板面设有散热结构；罩体上还设有信号端子口和功率端子口，信号端子口和功率端子口分别穿装有信号端子和功率端子，信号端子和功率端子一端分别伸入罩体内与上金属板连接；各芯片通过多个键合线与上金属板电连接。通过上述设计可以降低IGBT模块中的不同材料的不同热膨胀系数（CTE）带来的影响，从而避免器件分层和器件失效，延长IGBT模块使用寿命。模块使用寿命。模块使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高效散热的IGBT模块及其制备方法


[0001]本专利技术涉及IGBT 模块散热
，尤其是涉及一种高效散热的IGBT模块及其制备方法。

技术介绍

[0002]每年在工业应用或电动车辆中使用数百万个千瓦范围或以上的IGBT模块。此类模块广泛应用于电动汽车的逆变器、电梯、风扇控制器等工业应用的驱动器中。这些IGBT模块必须每秒有效地打开和关闭1000次，预期寿命为10至30年。目前，每年约有1000万台此类IGBT模块正在生产。随着模块的广泛使用，客户对产品的可靠性水平要求也提高。高效冷却和尽量少的机械连接设计（焊料、烧结或焊接接头）是实现高可靠性和寿命的关键因素。
[0003]图4为现有技术的IGBT模块内部结构侧视图，它包芯片94，芯片94通过烧结层与上金属板93连接，上金属板93下表面与绝缘层92连接，绝缘层92下表面与下金属板91连接。下金属板91通过烧结层与金属底板95连接，金属底板95下表面与散热结构96连接。
[0004]IGBT 模块的主要问题是金属底板和下金属板之间的焊料或烧结层的老化。特别是在火车、公共汽车或汽车等电动车辆的牵引应用中，IGBT模块要进行多次加速和减速的运行，在此过程中模块会发生在寿命期内累积循环数百万次的强烈的温度循环。因IGBT模块中使用的材料具有不同的热膨胀系数（CTE），会对焊料或烧结层造成应力，最终导致模块分层和器件失效，现今虽可以根据芯片的型号调整金属部件的CTE，选择适当的金属板材料。但是在大多数情况下，下金属板与金属底板（铜、铝或AlSiC）的CTE失配仍然很严重，并且焊料或烧结接合面积大，应力依然很高，仍然会造成器件失效。
[0005]因此，针对上述问题本专利技术急需提供一种高效散热的IGBT模块及其制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高效散热的IGBT模块及其制备方法，解决现有IGBT模块冷却效率低，下金属板与金属底板（铜、铝或AlSiC）的CTE失配，造成器件失效问题。
[0007]一种高效散热的IGBT模块，包括下金属板，下金属板的上板面依次铺设绝缘层、上金属板，多个芯片分别通过烧结层与上金属板连接；还包括将绝缘层、上金属板、芯片包裹的罩体，罩体与下金属板固接于一体，下金属板的下板面置于罩体外，下金属板的下板面设有散热结构；罩体上还设有信号端子口和功率端子口，信号端子口和功率端子口分别穿装有信号端子和功率端子，信号端子和功率端子一端分别伸入罩体内与上金属板连接；各芯片通过多个键合线与上金属板电连接。
[0008]优选的，散热结构为呈波纹状的金属散热带。
[0009]优选的，金属散热带采用金属韧性材料制备。
[0010]优选的，金属韧性材料包括铝或铜中的至少一种。
[0011]优选的，绝缘层的材料包括氮化铝、氧化铝或氮化硅中的至少一种。
[0012]优选的，罩体的材料包括玻璃纤维增强塑料或模塑料中的至少一种。
[0013]优选的，下金属板与散热结构的连接方式为焊接、键合或烧结的中的一种。
[0014]优选的，信号端子和功率端子分别与上金属板的连接方式为焊接、键合或烧结中的一种。
[0015]优选的，罩体为长方体，罩体的尺寸为（45
‑
65）mm x（85
‑
105）。
[0016]本专利技术提供还提供了一种如上述中任一项所述的高效散热的IGBT模块的制备方法，包括如下步骤：通过绝缘层将上金属板粘结于下金属板的上板面；将多个芯片通过烧结层粘附于上金属板上板面，通过键合线将各芯片与上金属板电连接，将信号端子和功率端子一端与上金属板连接，获得预制件；将预制件放入模具中，在模具中浇注液态的玻璃纤维增强塑料或模塑料中，固化后，获得IGBT模块，其中下金属板部分裸露于罩体外；将散热结构与裸露于罩体外的下金属板连接，获得高效散热的IGBT模块。
[0017]本专利技术提供的一种高效散热的IGBT模块及其制备方法与现有技术相比具有以下进步：1、将散热结构直接连接于下金属板底部，利用罩体机械加固下金属板,使得下金属板稳固，进而保证下金属板稳固，以抵抗来自散热结构的压力峰值，并保护芯片免受环境影响。
[0018]2、这种直接冷却方式可避免大面积焊接，并且散热结构直接连接于下金属板底部，节省了原有结构中的金属底板和烧结层（如
技术介绍
中所述），进而可减少或消除由于金属底板、烧结层与芯片的热膨胀系数不同，影响IGBT模块使用寿命的技术问题，有效的延长IGBT模块使用寿命，有效避免器件分层和器件失效。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术中所述高效散热的IGBT模块内部结构示意图（正视图）；图2为本专利技术中所述高效散热的IGBT模块结构示意图（立体图）；图3为本专利技术中所述高效散热的IGBT模块结构示意图（立体图）；图4为现有技术的IGBT模块内部结构（侧视图）。
[0021]附图标记说明：下金属板；2、绝缘层；3、上金属板；4、芯片；5、罩体；51、信号端子；52、功率端子；6、散热结构；7、键合线；91、下金属板；92、绝缘层；93、上金属板；94、芯片；95、金属底板；96、散热结构。
具体实施方式
[0022]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例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。
[0023]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0024]在本专利技术的描述中，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0025]如图1至图3所示，本实施例提供的一种高效散热的IGBT模块，包括下金属板1，下金属板1的上板面依次铺设绝缘层2、上金属板3，多个芯片4分别通过烧结层与上金属板3连接；还包括将绝缘层2、上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效散热的IGBT模块，其特征在于：包括下金属板（1），下金属板（1）的上板面依次铺设绝缘层（2）、上金属板（3），多个芯片（4）分别通过烧结层与上金属板（3）连接；还包括将绝缘层（2）、上金属板（3）、芯片（4）包裹的罩体（5），罩体（5）与下金属板（1）固接于一体，下金属板（1）的下板面置于罩体（5）外，下金属板（1）的下板面设有散热结构（6）；罩体（5）上还设有信号端子口和功率端子口，信号端子口和功率端子口分别穿装有信号端子（51）和功率端子（52），信号端子（51）和功率端子（52）一端分别伸入罩体（5）内与上金属板（3）连接；各芯片（4）通过多个键合线（7）与上金属板（3）电连接。2.根据权利要求1所述的高效散热的IGBT模块，其特征在于：散热结构（6）为呈波纹状的金属散热带。3.根据权利要求2所述的高效散热的IGBT模块，其特征在于：金属散热带采用金属韧性材料制备。4.根据权利要求3所述的高效散热的IGBT模块，其特征在于：金属韧性材料包括铝或铜中的至少一种。5.根据权利要求4所述的高效散热的IGBT模块，其特征在于：绝缘层（2）的材质包括氮化铝、氧化铝或氮化硅中的至少一种。6.根据权利要求5所述的高效散热的IGBT模块，其特征在于：罩体（5）的材质为玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：瑞士半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：