[发明专利]一种使用热管的压接式IGBT封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种封装结构，具体涉及一种使用热管的压接式IGBT封装结构。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)具有通态压降低、电流容量大、输入阻抗高、响应速度快和控制简单的特点，被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。压接式IGBT具有较高的可靠性，便于串联，并且在器件损坏时表现出短路失效模式，因此其被广泛应用在智能电网等领域。

温度对器件性能的影响至关重要，高温不仅会影响器件的电学特性，更会严重影响其疲劳寿命。在器件运行过程中温度会影响芯片内部的热应力，这可能会导致芯片的损坏，已有多项研究证明电子器件的疲劳寿命随温度的升高呈指数下降，在器件设计过程中就必须同时考虑热设计。

现有的两种主流压接式IGBT分别是ABB公司和WESTCODE公司的产品，其内部结构分别参见专利CN1596472A和US6678163B1。

公开号为CN1596472A的发明专利公开了一种大功率半导体模块，其结构中芯片下侧面与基板烧结在一起，另一侧为压接结构，并最终通过碟簧结构与上端盖接触，碟簧结构的使用使得器件拥有保护芯片的优点，即在压装力过大时多余的压力会由器件的外壳承担，芯片所受力只与碟簧可被压缩长度有关，但也正因为碟簧的存在，使得芯片上侧面的导热能力很差，热量基本上只能通过下侧面导出，整体热阻较大。

公开号为US6678163B1的专利的结构中，芯片上下侧两面均为压接结构，直至上下端盖，这种结构的优点是器件可以实现双面散热，芯片上下两面有近乎相等的热量导出，器件的整体热阻较小，但是也正因为竖直方向上全部为硬压接结构，器件进行压装时芯片承受所有压装力，在压装力过大时芯片所受力亦同等增大，因此芯片就可能因为过大的压力而被机械破坏。

通过以上分析，可知两家公司的产品各有优点，但也各有缺点，芯片保护与导热无法兼顾。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种使用热管的压接式IGBT封装结构，该封装结构整体结构简单紧凑，且能够兼顾芯片保护，具有较好散热路径，实现压接式IGBT短路失效、高可靠性等。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种使用热管的压接式IGBT封装结构，所述封装结构由外壳和位于外壳内部的多个子单元结构组成，多个子单元并行设置；所述子单元结构包括上端盖、导电铜片、碟簧组、热管、底座、银片、钼片、芯片和下端盖；所述下端盖、芯片、钼片、银片和底座从下往上依次设置，所述热管上端插入上端盖、穿过碟簧组，其下端插入底座；所述导电铜片上端位于上端盖和碟簧组之间，其下端位于碟簧组和底座之间。

所述热管两端封闭，其内部有导热工质，所述导热工质为水或甲醇，用于传输芯片所发出的热量；所述热管的工作温度范围为-40℃～200℃。

所述上端盖采用铜质材料制成，厚度为3.0～6.0mm。

所述上端盖对应插热管的位置设有孔，热管与孔之间的间隙中填充导热脂。

所述导电铜片的截面为矩形，其厚度为0.5～1.0mm，该截面的面积由所导过的电流决定；导电铜片的侧面为多边形或弧形，在压力作用下自由地被压缩。

所述碟簧组由至少一对反向堆叠的碟簧组合而成，其压缩行程范围宜在其最大压缩行程的30％～75％之间。

所述底座采用铜质材料制成，其厚度为2.0～4.0mm。

所述银片和钼片的形状与芯片形状相对应。

所述银片的厚度为0.1～0.5mm，钼片的厚度为1.5～3.0mm。

所述下端盖采用钼片，厚度为1.5～5.0mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.整体结构可以实现压接式IGBT短路失效、高可靠性等优点；

2.芯片可被有效保护，同时由于使用了热管，使得虽然单面硬接触，但散热路径依然很好，功能上实现了双面散热，整体热阻较小，从而实现了兼顾芯片保护和较小的热阻。

附图说明

图1是本发明实施例1中使用热管的压接式IGBT封装结构示意图；

图2是本发明实施例1中图1中结构的A-A剖视图(未含碟簧)；

图3是本发明实施例1中使用热管的压接式IGBT封装结构爆炸图；

图4是本发明实施例1中导电铜片结构1示意图；

图5是本发明实施例1中导电铜片结构2示意图；

图6是本发明实施例2中使用热管的压接式IGBT封装结构示意图；