[发明专利]一种母排端子及IGBT功率模块

说明书

本申请提供了一种母排端子，应用于大功率IGBT模块，所述母排端子包括发射极母排和集电极母排，所述发射极母排和所述集电极母排均包括一主体部和设置在所述主体部底部的引脚，所述引脚包括与所述主体部连接的管脚踝部，及与所述管脚踝部连接的末端部，所述管脚踝部和所述末端部位于不同平面。本申请的母排端子能够更好地与衬板进行连接。不但能释放超声焊接工艺中所产生的机械应力以及后续大电流工况下的热电耦合应力，还能消减洛伦兹力在端部的电磁扭矩。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种母排端子及IGBT功率模块。

背景技术

以IGBT为代表的全控型功率半导体模块被广泛应用于新能源发电、智能电网、直流输电与电力机车等大功率电能变换场合。随着电力电子电能变换设备的容量需求不断增加，作为其核心部件的高压大功率IGBT模块的电流容量需求也在不断提升。在相同的标准封装尺寸条件限制下，电流容量的提升将使功率模块的母排端子产生高热电耦合应力与强高电磁扭矩等可靠性问题。

传统的大功率IGBT模块内部的母排端子的互连模式主要有两种：引线键合式与焊接式。引线键合式的母排端子连接方式是利用多根绑定线将模块内部衬板的电流汇集到母排端子上来，然而，衬板上预留给键合线的面积有限，且每根键合线所能承受的电流密度也很小。因此，引线键合式仅用于小功率IGBT模块的封装应用中。

在大功率IGBT模块的封装中，则较多的采用焊接式。在焊接式中，具备高载流能力的母排端子通常有多个管脚，通过焊接工艺将母排管脚直接与衬板相连。如此，多个衬板间的电流即可通过母排管脚的焊接端子统一汇流至母排的输出功率端子。既完成了模块内部大电流的汇集输出功能，又确保了母排与衬板之间的互连。但是，当IGBT模块的电流容量进一步提高，利用传统焊接工艺进行焊接时，焊接点处的焊料与衬板和母排端子之间材料的热膨胀系数不一致的问题将进一步扩大。强电热耦合效应将在焊接点处内部产生反复地机械应力，从而致使母排端子产生裂纹和断根等失效问题。此外，在功率模块的动态开关过程当中，大电流开关动作所产生的强电磁扭矩将对模块外壳产生非预期的机械应力，进一步降低了母排管脚处的连接可靠性。

除了上述提到的引线键合式与焊接式之外，超声波焊接以其高韧性、高强度、和高效率等特点，逐渐被广泛用于半导体功率模块封装互连技术当中。然而在超声焊接的过程当中，超声焊接工艺在焊接过程当中高频振动波能量会通过待焊接的端子，传递至母排的其他非焊接部位，导致非焊接部位处出现金属疲劳和残余应力不均等其他可靠性问题。

在IGBT功率模块的动态开关过程中，大电流的通断工作将对母排产生高的电磁应力，而采用传统的焊接工艺和平面结构的母排端子均无法应对大电流工况条件所带来的强热电应力与高电磁扭矩所带来的可靠性问题。

因此，急需一种新型的母排端子和IGBT功率模块以解决上述技术问题。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种母排端子及IGBT功率模块，用于解决上述全部或部分技术问题。

第一方面，本申请提供一种母排端子，应用于大功率IGBT模块，所述母排端子包括发射极母排和集电极母排，所述发射极母排和所述集电极母排均包括一主体部和设置在所述主体部底部的引脚，

其中，所述引脚包括与所述主体部连接的管脚踝部，及与所述管脚踝部连接的末端部，所述管脚踝部和所述末端部位于不同平面。

在一个实施方式中，所述管脚踝部和所述末端部呈90度。

在一个实施方式中，所述管脚踝部的纵截面构造为环型或“中”字型。

在一个实施方式中，所述发射极母排的主体部的纵截面，及所述集电极母排的主体部的纵截面均构造为“L”型结构，所述发射极母排的主体部与所述集电极母排的主体部均包括一竖向部和一横向部。

在一个实施方式中，所述发射极母排和所述集电极母排之间相互平行，