[发明专利]一种便于串联使用的大功率IGBT模块

说明书

技术领域

本发明涉及绝缘栅双极晶体管的封装技术领域，具体涉及一种便于串联使用的大功率IGBT模块。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor—IGBT)结合了MOSFET和BJT两者的优点，具有电压驱动、通态压降低、电流容量大等特点，被广泛应用于工业、交通、电力、军事、航空以及电子信息等领域。焊接式IGBT基于键合线导电的形式，将多个芯片并联实现大功率，目前技术已经非常成熟。压接式IGBT结合了GTO和IGBT两者的优点，具有双面散热、高可靠性以及短路失效等特点，非常适合于电力系统、船舶等串联应用领域。

对于焊接型IGBT，通过多个芯片并联的形式来实现大电流，但是由于其封装结构，导致功率等级太大时，芯片之间电流分布存在很大的不一致性，这是由于封装几何结构导致，此外单面散热的封装结构，不能够像压接型IGBT器件一样方便地串联。压接式IGBT，可以实现多个芯片的密集并联，但是对芯片的压力一致性要求很高，且器件在运行时需要很大的钳位压力，从而对系统提出了很高的机械需求。

IGBT的概念自1982年提出以来，焊接式的IGBT目前已经广泛地实现了商业化，大功率的焊接式IGBT器件生产商主要有三菱、英飞凌、富士电机、中国中车等。现有的两种主流压接形式为ABB公司推出的StakPak压接型IGBT和Westcode公司的Press Pack IGBT。公开号为CN1596472A的发明专利公开了ABB公司的一种大功率半导体模块，其压接通过碟簧来实现，有利于实现压力分布的均匀特性。公开号为US6678163B1的发明专利公开了Westcode公司的压接型IGBT封装结构，这种结构有利于双面散热，但是垂直于芯片表面方向上全部为硬压接的方式，对于芯片、钼片、银片的厚度以及凸台高度的一致性要求极高，因为细微的厚度将会导致压力的极大差别，从而造成热阻差别太大或者直接由于过大压力造成芯片的物理损坏。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种便于串联使用的大功率IGBT模块。

本发明的技术方案是：

所述大功率IGBT模块包括功率子单元(1)、金属电极板(3)和外部管壳(4)；

所述金属电极板(3)设置在所述外部管壳(4)的底部；

所述外部管壳(4)包括两列方形框架，每列方形框架包括多个顺次排列的方形框架；所述两列方形框架之间留有空间形成一个条状框架；

所述功率子单元(1)设置在所述方形框架内且与所述金属电极板(3)紧密接触，其包括金属端盖(11)、栅极PCB板(17)、辅助栅极PCB板(2)和多个功率半导体芯片(13)；

所述辅助栅极PCB板(2)设置在所述条状框架内，其通过所述方形框架的通孔(5)与栅极PCB板(17)连接；所述金属端盖(11)、金属电极板(3)和栅极PCB板(17)分别与所述功率半导体芯片(13)的集电极、发射极和栅极电气连接。

本发明进一步提供的优选实施例为：所述功率子单元(1)还包括绝缘基板(15)、导电金属块(16)、和子单元框架(18)；

所述绝缘基板(15)的上表面敷设有方形铜层(14)，其表面积小于所述绝缘基板(15)的表面积；所述方形铜层(14)的四个边缘均等间距布置多个功率半导体芯片(13)，所述方形铜层(14)的中央设置一个铜柱(141)，该铜柱(141)的另一端与金属端盖(11)焊接或者烧接；

所述导电金属块(16)为具有一方形凹槽的方形金属块，其底部与所述金属电极板(3)紧密接触；所述方形凹槽内由下至上顺次设置有绝缘基板(15)、方形铜层(14)和功率半导体芯片(13)；

所述子单元框架(18)套设在所述导电金属块(16)的外侧，用于支撑所述金属端盖(11)与所述金属电极板(3)；所述栅极PCB板设置在所述子单元框架(18)与导电金属块(16)之间。

本发明进一步提供的优选实施例为：所述功率半导体芯片(13)的集电极一侧与所述方形铜层(14)接触，其发射极通过发射极键合线(121)与所述导电金属块(16)连接，其栅极通过栅极键合线(12)与所述栅极PCB板连接；

所述功率半导体芯片(13)的集电极、方形铜层(14)、铜柱(141)和金属端盖(11)顺次电气连接；

所述功率半导体芯片(13)的发射极、发射极键合线(121)、导电金属块(16)和金属电极板(3)顺次电气连接；