[发明专利]用于承载芯片的绝缘衬板以及IGBT模块

说明书

本发明涉及用于承载芯片的绝缘衬板以及IGBT模块。该绝缘衬板包括：含有多个绝缘板的层叠体，在相邻绝缘板之间设置有金属层，多个绝缘板中的每一个均大于与之相邻的两个金属层的面积。在使用本发明的绝缘衬板时，在金属层与绝缘衬板的界面处的电场集中的问题很小，从而避免影响绝缘衬板以及使用这种绝缘衬板的芯片的使用。

技术领域

本发明涉及电气领域，特别涉及一种用于承载芯片的绝缘衬板。

背景技术

在IGBT模块中通常有多个IGBT芯片并联，这些芯片都承载在各自的绝缘衬板上。作为IGBT模块中最基本的结构单元，绝缘衬板的厚度通常为0.63mm或1mm，并且在绝缘衬板的两个表面上均设置有金属层。例如，金属层可通过烧结或活性钎焊技术与绝缘衬板实现连接。由此，绝缘衬板不但通过上表面的金属层实现电气互连而起着承载着芯片的作用；还使表面的电路和散热器之间实现电气绝缘。此外，绝缘衬板还是IGBT模块的主要散热通道。

随着IGBT模块的电压的不断提升，对绝缘衬板的绝缘性能也提出了更高的要求。但是，当高电压施加在绝缘衬板的正面金属层和背面金属层之间时，会在金属层与绝缘衬板的界面拐角附近出现电场集中的问题，例如通常电场强度达到几十KV/mm甚至几百KV/mm。这种电场集中的问题会极大地影响模块的使用。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于承载芯片的绝缘衬板。在使用本发明的绝缘衬板时，能有效降低金属层与绝缘衬板的界面拐角处的电场，从而避免了对绝缘衬板绝缘特性的影响，以确保模块的正常功能的发挥。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于承载芯片的绝缘衬板，包括：含有多个绝缘板的层叠体，在相邻绝缘板之间设置有金属层，多个绝缘板中的每一个均大于与之相邻的两个金属层的面积。

根据本发明的绝缘衬板，金属层完全处于相邻的绝缘板之间。申请人发现：由于绝缘板的面积大于金属层的面积，因此在绝缘板和金属层之间的界面拐角处电场集中的问题得以缓解，从而其能够承受较高的电压。此外，设置在绝缘板之间的金属层使得绝缘衬板的导热性能大幅提高，这也有助于提高模块的散热性能。

在一个实施例中，按照从层叠体的顶层到底层的方向，绝缘板和金属层的面积逐渐增加。这种结构的绝缘衬板具有更低的重心，稳定性更好。此外，在制备这种绝缘衬板时，可以方便地在面积较大的下层绝缘板和/或金属层上设置面积较小的绝缘板和金属层，制备更加方便。

在一个实施例中，绝缘板的数量在2-5之间。申请人发现，随着绝缘板的数量增加，绝缘衬板耐高电压的能力会增加；但是绝缘衬板整体的高度会变大，导致其易用性降低。随着绝缘板的数量减少，绝缘衬板耐高电压的能力会大幅降低。当绝缘板的数量在2-5，特别是2-3时，绝缘衬板能够承受绝大多数电压的而不被击穿，并且其高度也较小，使用范围较广。

在一个实施例中，多个金属层中的每一个的边缘均为圆滑过渡。在这种结构中，由于绝缘板和金属层的边缘均为圆滑过渡，这些边缘处的曲率半径也就较大。这大大减小了在边缘处的电荷密度，有助于减轻在绝缘板和金属层的界面拐角处的电场集中的问题。

在一个实施例中，绝缘板为氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷中的一种，或环氧树脂。优选地，金属层为铜、铝、钼、钨中的一种。这些金属都具有良好的导热性，以便与提高绝缘衬板的导热性。

在一个实施例中，金属层通过烧结或钎焊或塑封的方式与绝缘板接合在一起。

根据本发明的第二方面，提出了一种IGBT模块，其包括根据上文所述的绝缘衬板，在层叠体的最顶层的绝缘板的外表面上设置有正面金属层，在层叠体的最低层的绝缘板的外表面上设置有背面金属层。