[发明专利]一种IGBT衬板结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到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。

背景技术

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。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明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，本发明采用以下技术方案：

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。

作为本发明的进一步改进：所述电路区采用上端较窄、下端较宽的结构。

作为本发明的进一步改进：所述衬板门极电路采用上粗下细的结构。

作为本发明的进一步改进：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。

作为本发明的进一步改进：所述衬板中部、两侧的上方均设有弹簧引线焊接区。

本发明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，本发明的优点在于：

1、本发明从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、本发明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、本发明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。