一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，屬于電力電子的功率模塊設(shè)計和封裝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于功率半導(dǎo)體芯片的熱膨脹系數(shù)和鍵合線的熱膨脹系數(shù)相差較大，功率模塊在長期使用過程中最容易產(chǎn)生的失效是鍵合點與芯片表面脫離。同時IGBT功率芯片電流密度的不斷增加，傳統(tǒng)的鋁線(帶)已經(jīng)不能滿足電氣連接的要求。
[0003]同一種材料通過超聲波焊接可以有效的減少金屬間化合物的產(chǎn)生，從而提高焊點的可靠性。銅的在各項指標(biāo)都優(yōu)于鋁，在所有的金屬中銅的導(dǎo)電性僅次于銀，同時價格相對便宜。超聲波焊接工藝在功率半導(dǎo)體封裝行業(yè)已是較為成熟的技術(shù)，但是在芯片上使用較大功率的超聲波進(jìn)行焊接容易導(dǎo)致芯片破碎。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)合理，可靠性好，能滿足現(xiàn)代電氣連接要求的功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，它包括一焊連有IGBT芯片的覆銅陶瓷基板，所述的IGBT芯片正面為門極和發(fā)射極，背面為集電極，在門極和發(fā)射極的四周有一圈絕緣結(jié)構(gòu)的保護環(huán)；在所述在門極和發(fā)射極的表面通過焊料分別焊連有門極金屬塊和發(fā)射極金屬塊，且所述門極金屬塊和發(fā)射極金屬塊的厚度在
0.1-1mm ;所述的IGBT芯片通過焊料焊接到覆銅陶瓷基板的集電極銅層上。
[0006]所述IGBT芯片的門極金屬塊和發(fā)射極金屬塊各由銅、銀、金、鎳中的一種可焊接金屬制成；所述的發(fā)射極金屬塊通過銅線用超聲波鍵合與覆銅陶瓷基板上的發(fā)射極銅層相連；所述的門極金屬塊通過銅線用超聲波鍵合與覆銅陶瓷基板上的門極銅層相連；覆銅陶瓷基板的背面銅層通過焊料焊接到散熱基板上；覆銅陶瓷基板的背面銅層與覆銅陶瓷基板的集電極銅層、發(fā)射極銅層、門極銅層之間有一層陶瓷層。
[0007]所述IGBT芯片的發(fā)射極端子、集電極端子、門極端子注塑在塑料外殼中；所述塑料外殼與散熱基板通過密封膠膠合；發(fā)射極端子與覆銅陶瓷基板的發(fā)射極銅層通過超聲波焊接的方式連接，集電極端子與覆銅陶瓷基板的集電極銅層通過超聲波焊接的方式連接，門極端子與覆銅陶瓷基板的門極銅層通過超聲波焊接的方式連接。
[0008]本發(fā)明主要是在芯片上焊接一層金屬塊，在滿足銅線鍵合的同時也可以緩沖半導(dǎo)體芯片熱膨脹系數(shù)差異較大帶來的影響；它具有結(jié)構(gòu)合理，可靠性好，能滿足現(xiàn)代電氣連接要求等特點。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明所述芯片結(jié)構(gòu)的正視圖。
[0010]圖2是本發(fā)明所述芯片結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0011]圖3是本發(fā)明所述金屬塊的正視圖。
[0012]圖4是本發(fā)明所述模塊的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的介紹:圖1-4所示，所述的一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，它包括一焊連有IGBT芯片的覆銅陶瓷基板，所述的IGBT芯片正面為門極G和發(fā)射極E，背面為集電極C，在門極和發(fā)射極的四周有一圈絕緣結(jié)構(gòu)的保護環(huán)7 ;在所述在門極G和發(fā)射極E的表面通過焊料分別焊連有門極金屬塊4和發(fā)射極金屬塊3，且所述門極金屬塊4和發(fā)射極金屬塊3的厚度在0.1-1mm ;所述的IGBT芯片8通過焊料9焊接到覆銅陶瓷基板DBC的集電極銅層10上。
[0014]所述IGBT芯片的門極金屬塊4和發(fā)射極金屬塊3各由銅、銀、金、鎳中的一種可焊接金屬制成；所述的發(fā)射極金屬塊3通過銅線I用超聲波鍵合與覆銅陶瓷基板DBC的發(fā)射極銅層11相連；所述的門極金屬塊3通過銅線2用超聲波鍵合與覆銅陶瓷基板DBC門極銅層12相連；覆銅陶瓷基板DBC的背面銅層14通過焊料15焊接到散熱基板18上；覆銅陶瓷基板DBC的背面銅層14與覆銅陶瓷基板DBC的集電極銅層10、發(fā)射極銅層11、門極銅層12之間有一層陶瓷層13。
[0015]所述IGBT芯片的發(fā)射極端子19、集電極端子20、門極端子21注塑在塑料外殼16中；所述塑料外殼16與散熱基板18通過密封膠17膠合；發(fā)射極端子19與覆銅陶瓷基板DBC的發(fā)射極銅層8通過超聲波焊接的方式連接，集電極端子20與覆銅陶瓷基板DBC的集電極銅層8通過超聲波焊接的方式連接，門極端子21與覆銅陶瓷基板DBC的門極銅層12通過超聲波焊接的方式連接。
[0016]實施例:圖1、2所示為現(xiàn)有幾種IGBT芯片的外觀結(jié)構(gòu)圖，其正面為門極G和發(fā)射極E，背面為集電極C，在門極G和發(fā)射極E的四周有一圈絕緣結(jié)構(gòu)稱為保護環(huán)7。本發(fā)明中使用的IGBT芯片需要特殊定制，它在門極G和發(fā)射極E的表面焊連有由銅、銀、金、镲等可焊接金屬制成的金屬塊。
[0017]圖2所示，本發(fā)明是根據(jù)門極G位置的不同制造不同的金屬塊，且門極金屬塊4和發(fā)射極金屬塊3之間相互獨立。
[0018]圖3所示，IGBT芯片8通過焊料9焊接到DBC集電極銅層10上。發(fā)射極金屬塊3通過焊料5焊接到IGBT發(fā)射極，門極金屬塊4通過焊料6焊接到IGBT門極，發(fā)射極和門極間的保護環(huán)7在焊接時起到阻焊作用，防止不同極間的焊料聯(lián)通導(dǎo)致短路。使用超聲波鍵合將DBC發(fā)射極銅層11通過銅線I和發(fā)射極金屬塊3相連，DBC門極銅層12通過銅線2和門極金屬塊3相連。DBC背面銅層14通過焊料15焊接到散熱基板18上。DBC背面銅層14與DBC集電極銅層10、發(fā)射極銅層11、門極銅層12之間有一層陶瓷層13。發(fā)射極端子19、集電極端子20、門極端子21注塑在塑料外殼16中。塑料外殼16與散熱基板18通過密封膠17膠合。發(fā)射極端子19與DBC發(fā)射極銅層8過超聲波焊接的方式連接，集電極端子20與DBC的集電極銅層8通過超聲波焊接的方式連接，門極端子21與DBC的門極銅層12通過超聲波焊接的方式連接。
【主權(quán)項】
1.一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，它包括一焊連有IGBT芯片的覆銅陶瓷基板，其特征在于所述的IGBT芯片正面為門極(G)和發(fā)射極(E)，背面為集電極(C)，在門極和發(fā)射極的四周有一圈絕緣結(jié)構(gòu)的保護環(huán)(7);在所述在門極(G)和發(fā)射極(E)的表面通過焊料分別焊連有門極金屬塊(4)和發(fā)射極金屬塊(3)，且所述門極金屬塊(4)和發(fā)射極金屬塊(3)的厚度在0.1-1mm;所述的IGBT芯片(8)通過焊料(9)焊接到覆銅陶瓷基板(DBC)的集電極銅層(10)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述IGBT芯片的門極金屬塊(4)和發(fā)射極金屬塊(3)各由銅、銀、金、鎳中的一種可焊接金屬制成；所述的發(fā)射極金屬塊(3)通過銅線(I)用超聲波鍵合與DBC發(fā)射極銅層(11)相連；所述的門極金屬塊(3)通過銅線(2)用超聲波鍵合與DBC門極銅層(12)相連；DBC的背面銅層(14)通過焊料(15)焊接到散熱基板(18)上；DBC背面銅層(14)與DBC集電極銅層(10)、發(fā)射極銅層(11)、門極銅層(12)之間有一層陶瓷層(13)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述IGBT芯片的發(fā)射極端子(19)、集電極端子(20)、門極端子(21)注塑在塑料外殼(16)中；所述塑料外殼(16)與散熱基板(18)通過密封膠(17)膠合；發(fā)射極端子(19)與DBC發(fā)射極銅層(8)通過超聲波焊接的方式連接，集電極端子(20)與DBC集電極銅層(8)通過超聲波焊接的方式連接，門極端子(21)與DBC門極銅層(12 )通過超聲波焊接的方式連接。
【專利摘要】一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，它包括一焊連有IGBT芯片的覆銅陶瓷基板，所述的IGBT芯片正面為門極和發(fā)射極，背面為集電極，在門極和發(fā)射極的四周有一圈絕緣結(jié)構(gòu)的保護環(huán)；在所述在門極和發(fā)射極的表面通過焊料分別焊連有門極金屬塊和發(fā)射極金屬塊，且所述門極金屬塊和發(fā)射極金屬塊的厚度在0.1-1mm；所述的IGBT芯片通過焊料焊接到覆銅陶瓷基板的集電極銅層上；所述IGBT芯片的門極金屬塊和發(fā)射極金屬塊各由銅、銀、金、鎳中的一種可焊接金屬制成；所述的發(fā)射極金屬塊通過銅線用超聲波鍵合與覆銅陶瓷基板上的發(fā)射極銅層相連；所述的門極金屬塊通過銅線用超聲波鍵合與覆銅陶瓷基板上的門極銅層相連。
【IPC分類】H01L21/60
【公開號】CN104900546
【申請?zhí)枴緾N201510219849
【發(fā)明人】雷鳴
【申請人】嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月4日