[发明专利]一种压接型IGBT弹性压装结构及压接型IGBT封装结构

说明书

本发明提供一种压接型IGBT弹性压装结构及压接型IGBT封装结构，通过对子单元数量的增减、排列组合，可以使IGBT弹性压装结构或总的IGBT器件承受不同等级的电流。芯片能够在作用在子单元上的工况压力和所述弹簧组件的标准压力的作用下往复运动并正常工作。在工作状态下，此时散热器将压靠在子单元上，散热器给子单元一定的工况压力，所述子单元当受到正常工况压力时，所述子单元的集电极大钼片发生靠近或贴靠在壳体表面的运动。当工况压力大于弹簧组件的标准压力时，壳体和弹簧组件配合使用，避免过多的压力转移到芯片上，可有效降低由于芯片厚度不均导致在芯片上出现的应力集中、热膨胀过应力问题，显著提高了器件的可靠性。

技术领域

本发明涉及IGBT技术领域，具体涉及一种用在IGBT内部的弹性压装结构及包含其的IGBT封装结构。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，又名绝缘栅双极型晶体管，是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上，起到开关的作用。

目前功率IGBT器件按封装工艺可分为焊接型与压接型两类。

焊接型功率IGBT器件已经在国内外得到了广泛应用，常见的焊接型功率IGBT封装结构主要包括母排电极、键合引线、芯片、焊层、衬板和基板几大部分，其中芯片焊接与固定以及各芯片电极互连键合引线是焊接型封装的关键环节。为了提高器件的可靠性，要求各部分材料的热膨胀系数相匹配，散热特性好及连接界面尽量少且连接牢固。随着功率等级不断提升，在焊接、引线键合等工艺条件限制下，焊接型结构存在的芯片焊层退化、引线脱落等失效问题更加突出。随着技术的不断改进，焊接模块遇到了发展瓶颈：功率等级。即在芯片功率密度无法再大幅提升的情况下，要实现器件更高电压更大电流，需采用更大规模的芯片并联，需要更加快速的散热能力、需要更高的浪涌能力等等，焊接型封装已不能满足功率等级进一步提升的需求。

对此，在业内开始采用压接型封装形式。压接型封装采用多个IGBT芯片并联通过压力连接到外壳两极。相比焊接型IGBT器件，压接型器件具有更大通流能力、更低的热阻、更高的工作温度、更低的寄生电感、更宽的安全工作区和更高的可靠性等，在高压大功率和高可靠性应用领域优势明显。

目前压接型封装结构按压力接触方式主要有两种。一种是直接硬压接，即在芯片两侧均采用金属硬台面接触，此类结构形式简单，但对芯片厚度一致性及压力均匀性要求高，对内部结构件的表面加工精度要求严格。随着器件容量提高、内部芯片数量增加，压力和压接面积也会相应增大，大面积高精度加工实现更加困难，由于芯片与金属结构硬接触，芯片略厚的部位在压装时压力远大于芯片上略薄的部位，压力不均会引起接触电阻和热阻的差异，使器件内部出现区域性温度过高现象，最终加速芯片老化失效。如果应力集中严重，芯片将被直接磨损压坏。

为此，业内采用了另一种压接型封装结构：弹性压接，该结构内部增加了弹簧机构，结构中与每个芯片接触由硬压接变为了与弹簧机构之间的弹性接触。由于弹簧变形力远小于材料自身变形内应力，在外部压力作用下，不可避免的尺寸偏差会转变成弹簧变形量被均衡，从而弹性压接结构可以较好地兼容芯片之间的厚度误差。

但是，现有技术中，弹性压接中的弹簧机构常采用市面上常见的碟形弹簧，碟形弹簧与芯片发生接触时为线接触，线接触自身的基础面积小，容易造成接触面电阻过大，进而造成电流的损耗过大。同时，在压装使用时，由于碟形弹簧被压缩，当碟形弹簧的压缩量过大时，此时芯片两面所受到的压力较大，仍然会出现应力集中的问题，进而造成热膨胀、过应力等现象。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的压接型封装结构中由于结构偏差，容易出现芯片所受压力均匀性不足、造成热膨胀等问题的缺陷。