專利名稱：一種免引線鍵合igbt模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體模塊，特別是一種基于絕緣柵雙極晶體管(IGBT)模塊。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)具有通態(tài)壓降低、電流容量大、輸入阻抗高、響應(yīng)速度快和控制簡單的特點(diǎn)，被廣泛用于工業(yè)、信息、新能源、醫(yī)學(xué)、交通、軍事和航空領(lǐng)域。對(duì)于焊接式IGBT模塊而言，芯片正面互連普遍采用引線6’(粗鋁線)鍵合的方式，如圖1所示。利用引線6’將功率半導(dǎo)體芯片正面電極引出至襯板正面圖形化金屬化面 31’上，從而實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體芯片的互連，再通過集電極端子7’，發(fā)射極端子8，和柵極端子 9’引出至模塊外部。因此，焊接式IGBT模塊內(nèi)部有很多引線鍵合點(diǎn)，即使隨著模塊封裝技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和引線鍵合參數(shù)的不斷優(yōu)化，鍵合點(diǎn)的可靠性不斷得到提高，但模塊內(nèi)部有1000多個(gè)引線鍵合點(diǎn)，鍵合點(diǎn)仍然是可靠性的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種免引線鍵合IGBT模塊，采用免引線電極引出板對(duì)IGBT模塊內(nèi)部各功率半導(dǎo)體芯片的電極直接進(jìn)行互連并引出至模塊外部，免除引線鍵合；同時(shí)，將多個(gè)外部電極端子集成到一個(gè)免引線電極引出板中。降低寄生電感，提高可靠性；實(shí)現(xiàn)雙面散熱，降低熱阻；簡化封裝工藝，降低模塊成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是免引線鍵合IGBT模塊包括基板、焊接在基板上的襯板、焊接在襯板上的功率半導(dǎo)體芯片和集電極端子，還包括免引線電極引出板；所述襯板的上下表面均為單一金屬化面；所述免引線電極引出板為復(fù)合母排或多層印制電路板，設(shè)置在功率半導(dǎo)體芯片上面；所述功率半導(dǎo)體芯片包括IGBT芯片和FRD 芯片，IGBT芯片背面的集電極及FRD芯片背面的陰極通過襯板正面的單一金屬化面實(shí)現(xiàn)互連；所述集電極端子焊接在襯板正面的單一金屬化面上，將IGBT芯片背面的集電極及FRD 芯片背面的陰極互連并引出至模塊外部。作為優(yōu)選方案之一，本發(fā)明的免引線鍵合IGBT模塊，所述免引線電極引出板集成了柵極端子和發(fā)射極端子，將IGBT芯片正面的柵極互連并引出至模塊外部，同時(shí)將IGBT芯片正面的發(fā)射極和FRD芯片正面的陽極互連并引出至模塊外部；此外，還包括集電極端子。 集電極端子通過錫銀焊層焊接到襯板正面的單一金屬化面上，將IGBT芯片背面的集電極與FRD芯片背面的陰極互連并弓I出至模塊外部。作為優(yōu)選方案之二，所述免引線電極引出板集成了柵極端子、發(fā)射極端子和集電極端子，將IGBT芯片正面的柵極互連并引出模塊外部，將IGBT芯片正面的發(fā)射極和FRD芯片正面的陽極互連并引出模塊外部，還將IGBT芯片背面的集電極和FRD芯片背面的陰極互連并引出至模塊外部。
所述免引線電極引出板尺寸線路連接上需要調(diào)整為與IGBT適應(yīng)，同時(shí)，免引線電極引出板與功率半導(dǎo)體芯片正面電極或襯板正面的單一金屬化面的連接介質(zhì)為銀。本發(fā)明提供的免引線鍵合IGBT模塊，內(nèi)部采用免引線電極引出板對(duì)功率半導(dǎo)體芯片的電極直接進(jìn)行互連并引出至模塊外部，不再需要將功率半導(dǎo)體芯片正面的電極通過引線先引出到襯板上再進(jìn)行互連，模塊結(jié)構(gòu)更簡單，所需的封裝材料和零部件更少；同時(shí)， 使得模塊封裝免除了引線鍵合工藝，封裝工藝更簡單，快捷，并可大大提高模塊可靠性；此外，該發(fā)明的散熱模式與現(xiàn)有焊接式IGBT模塊的單面散熱不同，為雙面散熱，從而減小模塊的熱阻，增加了模塊的功率密度；最后，還可減小模塊內(nèi)部的寄生參數(shù)(電阻和電感)。


圖1為現(xiàn)有焊接式IGBT模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1，基板；2’ 錫銀焊層；3’ 襯板，31，襯板正面圖形金屬化面；32，襯板背面單一金屬化面；4，=FRD芯片；41，=FRD芯片陽極；42，=FRD芯片陰極；5，=IGBT芯片；51，=IGBT 芯片柵極；52，=IGBT芯片發(fā)射極；53，=IGBT芯片集電極；6，引線；7，集電極端子；8，發(fā)射極端子；9’ 柵極端子；2 銀；31 襯板正面單一金屬化面；6 免引線電極引出板；61 第二發(fā)射極；62 第二柵極；63 第二集電極。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例1的免引線鍵合IGBT模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。免引線鍵合IGBT模塊包括基板1，、焊接在基板上的襯板3’、焊接在襯板上的功率半導(dǎo)體芯片(包括 IGBT芯片5’和FRD芯片4’ )和集電極端子7’以及設(shè)置在功率半導(dǎo)體芯片上的免引線電極引出板6。免引線電極引出板6與功率半導(dǎo)體芯片正面電極的連接介質(zhì)為銀2。襯板3’ 的上下表面均為單一金屬化面31及32’ ;IGBT芯片5’背面的集電極53’及FRD芯片4’背面的陰極42’通過襯板正面的單一金屬化面31實(shí)現(xiàn)互連；集電極端子V焊接在襯板3’正面的單一金屬化面31上，將IGBT芯片5，背面的集電極53，及FRD芯片4，背面的陰極42， 互連并引出至模塊外部；免引線電極引出板6集成了柵極端子9’和發(fā)射極端子8’ JfIGBT 芯片5’正面的柵極51’通過第二柵極62互連并引出至模塊外部，同時(shí)將IGBT芯片5’正面的發(fā)射極52’和FRD芯片4’正面的陽極41’通過第二發(fā)射極61互連并引出至模塊外部。 從而不再需要將芯片正面電極通過引線進(jìn)行互連，實(shí)現(xiàn)免引線鍵合。免引線電極引出板結(jié)合了模塊的柵極端子和發(fā)射極端子，減小了模塊體積，減小了寄生電感；并且只需一次鍵合焊接便可完成所有芯片正面電極的連接，提高了工藝效率；同時(shí)，在免引線電極引出板和芯片正面電極之間形成的銀鍵合層可以大大提高模塊的可靠性；最后，模塊工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量可以通過免引線電極引出板傳導(dǎo)出去，免引線電極引出板既能通電流，也能散熱，與現(xiàn)有焊接式模塊正面通電流，背面散熱相比，其散熱能力更高，模塊熱阻更小，性能更好。實(shí)施例2
如圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例2的IGBT模塊結(jié)構(gòu)示意圖。整個(gè)IGBT模塊包括包括基板1’、焊接在基板上的襯板3’、焊接在襯板上的功率半導(dǎo)體芯片(包括IGBT芯片5’ 和FRD芯片4’ )和免引線電極引出板6。與圖2相比，變化在于免引線電極引出板不僅集成了柵極端子9’和發(fā)射極端子8’，還集成了集電極端子7’。免引線電極引出板6與功率半導(dǎo)體芯片正面電極及襯板3’正面單一金屬化面31的連接介質(zhì)為銀2。功率半導(dǎo)體芯片的所有電極均通過免引線電極引出板6進(jìn)行互連并引出至模塊外部，具體地，IGBT芯片5’ 正面的柵極51’通過免引線電極引出板6的第二柵極62互連并引出至模塊外部；IGBT芯片5’正面的發(fā)射極52’和FRD芯片4’正面的陽極41’通過免引線電極引出板6的第二發(fā)射極61互連并引出至模塊外部；IGBT芯片5’背面的集電極53’和FRD芯片4’背面的陰極42’通過免引線電極引出板6的第二集電極63互連并引出至模塊外部。
權(quán)利要求
1.一種免引線鍵合IGBT模塊，包括基板、焊接在基板上的襯板、焊接在襯板上的功率半導(dǎo)體芯片和集電極端子，其特征在于，還包括免引線電極引出板；所述襯板的上下表面均為單一金屬化面；所述免引線電極引出板為復(fù)合母排或多層印制電路板，設(shè)置在功率半導(dǎo)體芯片上面；所述功率半導(dǎo)體芯片包括IGBT芯片和FRD芯片，IGBT芯片背面的集電極及 FRD芯片背面的陰極通過襯板正面的單一金屬化面實(shí)現(xiàn)互連；所述集電極端子焊接在襯板正面的單一金屬化面上，將IGBT芯片背面的集電極及FRD芯片背面的陰極互連并引出至模塊外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免引線鍵合IGBT模塊，其特征在于，所述免引線電極引出板集成了柵極端子和發(fā)射極端子，將IGBT芯片正面的柵極互連并引出至模塊外部，同時(shí)將 IGBT芯片正面的發(fā)射極和FRD芯片正面的陽極互連并引出至模塊外部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免引線鍵合IGBT模塊，其特征在于，所述免引線電極引出板還集成了集電極端子，將IGBT芯片背面的集電極和FRD芯片背面的陰極互連并引出至模塊外部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的免引線鍵合IGBT模塊，其特征在于，所述免引線電極引出板與功率半導(dǎo)體芯片正面電極或襯板正面的單一金屬化面的連接介質(zhì)為銀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種免引線鍵合IGBT模塊，包括基板、焊接在基板上的襯板、焊接在襯板上的功率半導(dǎo)體芯片和集電極端子，還包括免引線電極引出板；所述免引線電極引出板為復(fù)合母排或多層印制電路板，設(shè)置在功率半導(dǎo)體芯片上面，用于實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體芯片的電極互連及引出，并為模塊提供電流及散熱通路；所述功率半導(dǎo)體芯片電極通過免引線電極引出板上的連接端子互連，連接介質(zhì)為銀。本發(fā)明免除了引線鍵合，降低了寄生電感，提高了可靠性；減少了封裝材料與零部件，使模塊結(jié)構(gòu)更緊湊；實(shí)現(xiàn)了雙面散熱，降低熱阻；簡化了封裝工藝，降低了模塊成本。
文檔編號(hào)H01L23/52GK102254886SQ20111022248
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者劉國友, 覃榮震, 黃建偉 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司