[实用新型]一种基于梯度功能复合材料封装的压接型IGBT功率模块

说明书

本实用新型涉及一种基于梯度功能复合材料封装的压接型IGBT功率模块，集电极金属层和发射极金属层之间IGBT子模块包括从上到下依次压接的集电极梯度功能复合材料层、IGBT功率芯片、发射极梯度功能复合材料层、铜底座和栅极PCB板，压接后的IGBT子模块外套装封装外壳支架，压接后发射极梯度功能复合材料层和铜底座的缺口内放置有栅极弹簧顶针，集电极梯度功能复合材料层与集电极金属层和IGBT功率芯片集电极表面以及发射极梯度功能复合材料层与IGBT功率芯片的发射极表面和铜底座的热膨胀系数相匹配，解决现有压接型IGBT功率模块中IGBT功率芯片与封装材料组件间热膨胀系数不匹配导致组件界面电热接触性能下降、散热效率降低、器件使用寿命缩短的问题。

技术领域

本实用新型属于功率半导体器件领域，涉及一种基于梯度功能复合材料封装的压接型IGBT功率模块。

背景技术

相比焊接封装结构的IGBT功率模块，压接封装结构的IGBT功率模块具有高功率密度、双面散热、低通态损耗、抗冲击能力强、通流能力大、失效短路和易于串联等优点，适合柔性直流输电系统中MMC换流阀等高压、大容量电力装备的应用工况，采用数量较少的压接型IGBT功率模块便可满足MMC换流阀的电压等级和容量需求，有效降低了大容量电力装备的集成制造和运维难度，具有广阔的市场和应用前景。

传统压接型IGBT功率器件的封装结构示意图如图1所示，由七层封装材料构成，IGBT功率芯片工作时各层封装组件界面间依靠压力接触实现电热传导，由于各层组件材料的热膨胀系数不匹配，器件工作时IGBT功率芯片与刚性封装材料的膨胀变形不一致，导致IGBT功率芯片发射极表面与刚性组件不断接触摩擦、挤压，使得IGBT功率芯片表面产生凹痕，加速了功率器件的疲劳失效过程；且热膨胀系数不匹配导致组件间有效接触面积在交变的热应力作用下逐渐减小，影响IGBT功率器件工作时的电传导和热传导效率，导致器件的接触电阻和接触热阻值增大，工作损耗增加、散热效率降低，缩短了整个压接型IGBT功率模块的使用寿命。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型为了解决现有压接型IGBT功率模块中IGBT功率芯片与封装材料组件间热膨胀系数不匹配导致组件间有效接触面积在交变的热应力作用下逐渐减小，导致组件界面电热接触性能下降、散热效率降低、器件使用寿命缩短的问题，提供一种基于梯度功能复合材料封装的压接型IGBT功率模块，实现IGBT功率芯片与封装材料间热膨胀系数的最佳匹配，提高IGBT功率器件工作时的电传导和热传导性能，延长器件的使用寿命。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于梯度功能复合材料封装的压接型IGBT功率模块，包括同轴设置的集电极金属层和发射极金属层，集电极金属层和发射极金属层之间压接有IGBT子模块，IGBT子模块包括从上到下依次压接的集电极梯度功能复合材料层、IGBT功率芯片、发射极梯度功能复合材料层、铜底座和栅极PCB板，发射极梯度功能复合材料层和铜底座形状均为带缺口的长方体，压接后的IGBT子模块外套装封装外壳支架，压接后发射极梯度功能复合材料层和铜底座的缺口内放置有栅极弹簧顶针，集电极梯度功能复合材料层分别与集电极金属层和IGBT功率芯片集电极表面的热膨胀系数相匹配，发射极梯度功能复合材料层分别与IGBT功率芯片的发射极表面和铜底座的热膨胀系数相匹配。