[发明专利]一种单芯片双向IGBT单管的封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件技术领域，尤其涉及一种单芯片双向 IGBT单管的封装结构。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种结合了金属-氧化物-半导体 场效应晶体管(MOSFET)和双极结型晶体管优点的电力电子器件。 IGBT以其优异的性能得到了广泛的应用，极大地提升了电力电子装置 和系统的性能。

传统的交流-直流-交流变换器(AC-DC-AC变换器)，需要大容量 的电容器来维持中间直流环节(DC环节)的稳定运行，使得变换器的 体积、重量都较大。此外，与功率器件相比，电容器的使用寿命明显 不足，从而影响了变换器的可靠性和使用寿命。交流-交流变换器 (AC-AC变换器)省去了中间直流环节，同时对功率器件提出了新的 要求——双向可控开关。如图1-图4所示，传统逆阻型IGBT能够双 向阻断电压，但只能单向导通电流，由两只反并联的分立式逆阻型 IGBT构成的双向可控开关才能满足要求；而该双向可控开关存在着体 积、重量大等不足，在一定程度上制约了AC-AC变换器的性能。其中， G为门极，E为发射极，C为集电极。

单芯片双向IGBT器件的问世解决了这一问题，如图6-图8所示， 单芯片双向IGBT器件有两个门极区(即第一门极G1和第二门极G2) 和两个发射极区(即第一发射极E1和第二发射极E2)。如图所示，第 一门极G1和第一发射极E1位于单芯片双向IGBT器件的上表面；第 二门极G2和第二发射极E2位于单芯片双向IGBT器件的下表面。单 芯片双向IGBT器件的四个电极相互之间绝缘。

图5为单芯片双向IGBT单管的原理图，通过控制单芯片双向IGBT 器件的两个门极与对应的两个发射极之间的电压，可实现电流双向导 通与电压双向阻断。目前对单芯片双向IGBT器件的研究工作主要集中 在器件的结构优化和制备工艺上，但针对器件特点，结合电力电子装 置的应用要求，对单芯片双向IGBT器件的封装进行的研究报道较少。

比如，矩阵式变换器是一种新型的交流－交流电源变换器，具有 不需要直流储能环节、可四象限运行等显著优点，是电力电子技术研 究的热点之一，并有着广泛的应用前景。矩阵式变换器对功率器件提 出了新的要求——双向可控开关。两只反并联的传统逆阻型IGBT器件 或是一只单芯片双向IGBT器件均可满足此要求，但针对单芯片双向 IGBT器件的特点，并结合矩阵式变换器的应用，采用何种方式对单芯 片双向IGBT器件进行封装能更好发挥矩阵式变换器的作用的研究较 少。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种单芯片双向IGBT单管的封装结构，解决 现有单芯片双向IGBT器件“两个电极共面”这一特点带来的不易封装， 且传统封装得到的IGBT单管散热能力较弱的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单芯片双向IGBT单管 的封装结构，其包括底部金属板和顶部金属板，单芯片双向IGBT器件 设置在所述底部金属板和所述顶部金属板之间，所述顶部金属板覆盖 并紧贴单芯片双向IGBT器件的第一发射极，所述底部金属板覆盖并紧 贴单芯片双向IGBT器件的第二发射极，所述顶部金属板与第一门极保 持适当绝缘间距，所述底部金属板与第二门极保持适当绝缘间距。

其中，还包括绝缘外壳，单芯片双向IGBT器件在所述绝缘外壳与 所述底部金属板、顶部金属板围合的空间内，所述底部金属板的下表 面和所述顶部金属板的上表面外露。

其中，单芯片双向IGBT器件的第一门极、第二门极、顶部金属板 和底部金属板分别与对应的外部引脚连接，所述对应的外部引脚延伸 至所述绝缘外壳与所述底部金属板、顶部金属板围合的空间外。

其中，单芯片双向IGBT器件的第一门极通过金属键合线与其所对 应的外部引脚连接，单芯片双向IGBT器件的第二门极通过金属键合线 与其所对应的外部引脚连接。

其中，所述顶部金属板与其所对应的外部引脚焊接，所述底部金 属板与其所对应的外部引脚焊接。

其中，还包括绝缘衬垫，所述绝缘衬垫设置在所述底部金属板和 所述顶部金属板之间，所述绝缘衬垫、底部金属板、顶部金属板在对 应位置均设有安装通孔。

其中，所述顶部金属板与第一门极对应位置设有开口，所述底部 金属板与第二门极对应位置设有开口。