[发明专利]一种IGBT功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种IGBT功率模块，该IGBT功率模块是制备压接式超高压、超大功率IGBT模组的基本单元。

背景技术

绝缘栅极双极晶体管（IGBT）模块可以由一个IGBT芯片和一个FWD芯片组成，也可以由多个IGBT芯片和FWD芯片组成，以制备不同功率等级和电路结构的IGBT模块。电路如图1所示IGBT功率模块由一个IGBT和一个续流二极管（FWD）组成；当模块需要更大的输出功率，而单个IGBT芯片又无法满足使用要求时，通常必须将多个图1所示的功率单元进行并联，如图2所示：并联以后的IGBT功率单元，可以作为模块制造的基本单元，进一步连接成所需的电路结构。

制造IGBT功率模块的关键技术之一是超声波键合，它是IGBT发射极、FWD阳极和外部电路连接的主要方式。由于有限的铝线线径，为了增加电流承载能力，IGBT模块通常必须键合多根铝线通过并联来获得大电流输出；虽然超声波铝线键合是目前制造IGBT功率模块的主流技术，但是它限制了制造叠层式模块的可能性，而且铝线本身存在较大的分布电感，也限制了模块性能的发挥。

正面可焊IGBT芯片的出现，为叠层式IGBT模块的发展提供了基础。由于不再采用铝线键合，可以使模块内部的分布电感大为降低。叠层式IGBT模块使双面散热成为可能，通过合理的设计，可以使同等的IGBT输出更大的电流。

发明内容

本发明的内容在于克服现有技术的缺陷，提供一种IGBT功率模块，该功率模块中IGBT芯片和FWD芯片的连接采用叠层式，可以双面散热，并可以获得更高的功率密度，从而为功率系统的小型化提供了更多的空间。

实现本发明目的的技术方案是：一种IGBT功率模块，由底板、IGBT芯片和FWD芯片组成，所述IGBT芯片反面的集电极和所述IGBT芯片反面的阴极分别通过第一焊料层连接于所述底板的上表面，所述IGBT芯片正面的发射极通过第二焊料层连接有第一导电层，FWD芯片正面的阳极通过第二焊料层连接有第二导电层，所述IGBT芯片、第二焊料层和第一导电层的层叠高度，与所述FWD芯片、第二焊料层和第二导电层的层叠高度相同，发射极表面电极通过第三焊接层连接与所述第一和第二导电层之上，并将所述第一、第二导电层以及外部的信号端子和功率端子连接在一起。

上述技术方案中，所述底板可以为金属板，金属板的热膨胀系数尽量接近芯片的热膨胀系数，可以满足以上要求的有三种金属材料，其一为钼金属，其二为铜－钼和铜－钨合金。底板的厚度可以选择在1.0毫米至5.0毫米的范围。所述第一和第二导电层采用和所述金属板相同的材料。所述第一和第二导电层厚度可以选择在0.5毫米至3.0毫米的范围，优选为0.5毫米至1.5毫米。

作为本发明的进一步改进，为了方便焊接，所述金属板表面镀有镍层或镍银合金层。

作为本发明的进一步改进，所述表面电极为纯铜层。

上述技术方案中，所述底板还可以是陶瓷覆铜基板，所述陶瓷覆铜基板由从上至下层叠的上表面铜层、陶瓷绝缘层和表面铜层组成。

作为本发明的进一步改进，所述陶瓷绝缘层的厚度，根据耐压要求选取，材料可采用绝缘和导热性良好的氧化铝、氮化铝或者氮化硅。陶瓷绝缘层厚度可以选在0.3mm至3mm之间。

作为本发明的进一步改进，在所述IGBT芯片和所述FWD芯片之间的空隙，灌装有绝缘材料。通过灌装绝缘材料，例如环氧树脂，来进一步降低芯片应力，提高功率单元的绝缘耐压能力。

作为本发明的进一步改进，所述陶瓷覆铜基板的周边延伸出一定宽度的陶瓷绝缘层，在经过绝缘灌封材料处理后，此部分陶瓷材料可以保证功率单元足够的爬电距离。

本发明的有益效果在于，IGBT芯片和FWD芯片的连接采用叠层式结构，具有更好的导热性能，可以双面散热，且结构紧凑，可以获得更高的功率密度。

附图说明

图1是IGBT功率模块的一种电路结构图；

图2是IGBT功率模块的另一种电路结构图；

图3是本发明实施例1的IGBT功率模块结构示意图；

图4是本发明实施例2的IGBT功率模块结构示意图；

图5是本发明实施例2的IGBT功率模块正面结构示意图；

图6是本发明实施例2的IGBT功率模块的剖视图。

具体实施方式

下面结合实施例做进一步说明。

实施例1