大功率整晶圓IGBT封裝結構制造技術

本實用新型專利技術涉及一種大功率整晶圓IGBT封裝結構，其特征在于它包括陶瓷底座（1）、過渡電極（2）和上蓋（3），所述上蓋（3）蓋置于陶瓷底座（1）上，所述過渡電極（2）置于陽極電極（1-4）上，在所述過渡電極（2）上設置有門極針定位孔（2-1）、門極板定位槽（2-2）和芯片定位孔（2-3），在所述過渡電極（2）的上方自上而下依次壓接有上鉬片（4）、整晶圓芯片（5）和下鉬片（6），在過渡電極（2）的門極針定位孔（2-1）內設置有彈性門極針單元（2-4）。本實用新型專利技術降低了封裝裝配的復雜程度，增加了電極接觸面積，提高了器件工作時的散熱效果，提高了器件門極驅動的可靠性。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

大功率整晶圓IGBT封裝結構
本技術涉及一種電力半導體器件封裝結構，特別涉及一種大功率整晶圓IGBT 封裝結構，屬于電力電子

技術介紹
絕緣柵雙極晶體管一一IGBT，隨著應用領域的不斷拓展，近年來取得了快速發展， 已成為當前電力電子器件的主流產品，千安級以上的大功率IGBT已成為輕型直流輸電、軌道交通、新能源等大功率變流領域的首選。IGBT常被封裝成兩種結構，一種是采用芯片焊接和引線超聲鍵合的塑料模塊結構，這種結構的優點是工藝簡單，缺點是只能實現單面散熱，在高壓大電流條件下可靠性變差。另一種是采用平板壓接式封裝的陶瓷模塊，這種結構的優點是能夠雙面散熱，清除了焊接熱疲勞，提高了可靠性，在大功率領域應用上有明顯優勢，缺點是每個部件必須有很好的一致性，因此對工藝的要求極高。IGBT芯片常被制成獨立的方片單元，對陶瓷模塊來說，需要在外殼電極上雕刻一些凸出的矩形電極群來封裝每個芯片單元。要完全消除電極群的機械應力、焊接高溫形變等諸多因素的影響，保證整個電極群表面具有很高的平整度，從而滿足IGBT芯片壓接式封裝的要求，這將對陶瓷外殼生產的工藝控制、成品率提出考驗。隨著IGBT芯片制造技術的提高，目前已研制成功一種在一個整晶圓芯片上刻蝕多個獨立的IGBT器件單元，相應地需要一種新型封裝外殼來實現整晶圓IGBT的封裝。
技術實現思路
本技術的目的在于克服上述不足，提供一種適合整晶圓IGBT封裝的封裝結構，能夠實現IGBT所有芯片單元的門極連接和引出。本技術的目的是這樣實現的一種大功率整晶圓IGBT封裝結構，它包括陶瓷底座、過渡電極和上蓋，所述陶瓷底座包括自上而下疊合同心焊接的陽極法蘭、瓷環和陽極密封圈，在所述陽極密封圈內同心焊接有陽極電極，在所述瓷環的殼壁上穿接有門極引線管，在所述門極引線管的內、外端分別焊接有門極內插片和門極外插片，所述上蓋蓋置于陶瓷底座上，上蓋包含有陰極電極和陰極法蘭，所述陰極法蘭同心焊接在陰極電極的外緣上； 所述過渡電極置于陽極電極上，在所述過渡電極上設置有門極針定位孔、門極板定位槽和芯片定位孔，在所述過渡電極的上方自上而下依次壓接有上鑰片、整晶圓芯片和下鑰片，在所述上鑰片、整晶圓芯片和下鑰片上均設置有與過渡電極上相應的芯片定位孔，在所述下鑰片上還設置有門極針預留孔，在所述各部件的芯片定位孔內插置有定位插銷，在過渡電極的門極針定位孔內設置有彈性門極針單元，所述彈性門極針單元包括塑料模架和多個彈性門極針，在所述塑料模架上開有與彈性門極針數量相同的彈性門極針定位孔，所述彈性門極針插置于彈性門極針定位孔內，所述彈性門極針的上端穿過門極針預留孔與整晶圓芯片上的門極彈性壓接，在所述過渡電極的門極板定位槽內設置有門極引出板，所述門極引出板的下端面與陽極電極的上表面接觸，上端面與彈性門極針的下端彈性壓接，并與門極內插片相焊接。所述門極引出板是三層結構，上端面為鍍金層、中間為覆銅層、下面為絕緣層，絕緣層與陽極電極的上表面接觸，鍍金層與彈性門極針的下端彈性壓接。在所述上鑰片、整晶圓芯片、下鑰片、過渡電極、陰極電極和陽極電極的外緣設置有聚氟乙烯環。與現有技術相比，本技術具有以下有益效果I、陶瓷外殼和鑰片的制造工藝更簡單，降低了封裝裝配的復雜程度，增加了電極接觸面積，提高了器件工作時的散熱效果。2、彈性門極針單元實現了芯片門極引出的彈性壓接，彈性門極針兩端與門極引出板接觸面均鍍金，觸點不易氧化，接觸更優良，提高了器件門極驅動的可靠性。附圖說明圖I :本技術的封裝結構剖面示意圖。圖2 :本技術的上鑰片示意圖。圖3:本技術的芯片示意圖。圖4 :本技術的下鑰片示意圖。圖5 :下鑰片B-B向剖面圖。圖6 :本技術的過渡電極示意圖。圖7 :本技術的門極引線板示意圖。圖8 :圖7的C-C向局部剖面圖(放大)。圖9 :本技術的彈性門極單元示意圖。圖10 :圖9的D-D向剖面圖(放大)。圖11 :圖6插入彈性門極單元后的A-A向剖面圖。其中陶瓷底座I過渡電極2上蓋3陽極法蘭1-1瓷環1-2陽極密封圈1-3陽極電極1-4門極引線管1-5門極外插片1-6門極內插片1-7門極針定位孔2-1門極板定位槽2-2芯片定位孔2-3彈性門極針單元2-4塑料模架2-4-1彈性門極針2-4-2彈性門極針定位孔2-4-3門極引出板2-5陰極電極3-1陰極法蘭3-2上鑰片4整晶圓芯片5下鑰片6門極針預留孔6-1聚氟乙烯環7。具體實施方式參見圖I，本技術涉及一種大功率整晶圓IGBT封裝結構，主要由陶瓷底座I、 過渡電極2和上蓋3組成，其中陶瓷底座I包含有陽極法蘭1-1、瓷環1-2、陽極密封圈1-3、 陽極電極1-4、門極引線管1-5、門極外插片1-6和門極內插片1-7，陽極密封圈1-3焊接在瓷環1-2的下端面，陽極法蘭1-1焊接在瓷環1-2的上端面，所述陽極法蘭1-1、瓷環1-2和陽極密封圈1-3自上至下疊合同心焊接，所述陽極電極1-4同心焊接在陽極密封圈1-3中， 門極引線管1-5穿接于瓷環1-2殼壁上，門極內插片1-7與處于瓷環1-2內的門極引線管1-5一端垂直焊接，門極外插片1-6水平焊接于瓷環1-2外的門極引線管1-5 —端；所述上蓋3蓋置于陶瓷底座I上，上蓋3包含有陰極電極3-1和陰極法蘭3-2，所述陰極法蘭3-2 同心焊接在陰極電極3-1的外緣上；所述過渡電極2置于陽極電極1-4上，參見圖6和圖 11，在所述過渡電極2上設置有門極針定位孔2-1、門極板定位槽2-2和芯片定位孔2-3，其中門極針定位孔2-1和門極板定位槽2-2根據需要封裝的芯片進行設計。管芯部分在所述過渡電極2的上方自上而下依次壓接有上鑰片4、整晶圓芯片5和下鑰片 6，參見圖2—圖4，在所述上鑰片4、整晶圓芯片5和下鑰片6上均設置有與過渡電極2上相應的芯片定位孔2-3，參見圖4-圖5在所述下鑰片6上還設置有門極針預留孔6-1，在所述各部件的芯片定位孔2-3內插置有定位插銷，在過渡電極2的門極針定位孔2-1內設置有彈性門極針單元2-4，參見圖10，所述彈性門極針單元2-4包括塑料模架2-4-1和多個彈性門極針2-4-2，在所述塑料模架2-4-1上開有與彈性門極針2-4-2數量相同的彈性門極針定位孔2-4-3，所述彈性門極針2-4-2插置于彈性門極針定位孔2-4-3內，所述彈性門極針2-4-2的兩端鍍金，上端穿過門極針預留孔6-1與整晶圓芯片5上的門極彈性壓接，在所述過渡電極2的門極板定位槽2-2內設置有門極引出板2-5，參見圖7-圖8所述門極引出板2-5是三層結構，上端面為鍍金層、中間為覆銅層、下面為絕緣層，絕緣層與陽極電極1-4的上表面接觸，鍍金層與彈性門極針2-4-2的下端彈性壓接，并與門極內插片1-7相焊接。在所述上鑰片4、整晶圓芯片5、下鑰片6、過渡電極2、陰極電極3_1和陽極電極 1-4的外緣設置有聚氟乙烯環7，可以保證各部件的同心壓接。權利要求1.一種大功率整晶圓IGBT封裝結構，其特征在于它包括陶瓷底座(I)、過渡電極(2)和上蓋(3)，所述陶瓷底座(I)包括自上而下疊合同心焊接的陽極法蘭(1-1)、瓷環(1-2)和陽極密封圈(1-3)，在所述陽極密封圈(1-3)內同心焊接有陽極電極(1-4)，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大功率整晶圓IGBT封裝結構，其特征在于它包括陶瓷底座（1）、過渡電極（2）和上蓋（3），所述陶瓷底座（1）包括自上而下疊合同心焊接的陽極法蘭（1？1）、瓷環（1？2）和陽極密封圈（1？3），在所述陽極密封圈（1？3）內同心焊接有陽極電極（1？4），在所述瓷環（1？2）的殼壁上穿接有門極引線管（1？5），在所述門極引線管（1？5）的內、外端分別焊接有門極內插片（1？7）和門極外插片（1？6），所述上蓋（3）包含有陰極電極（3？1）和陰極法蘭（3？2），所述陰極法蘭（3？2）同心焊接在陰極電極（3？1）的外緣上；所述過渡電極（2）置于陽極電極（1？4）上，在所述過渡電極（2）上設置有門極針定位孔（2？1）、門極板定位槽（2？2）和芯片定位孔（2？3），在所述過渡電極（2）的上方自上而下依次壓接有上鉬片（4）、整晶圓芯片（5）和下鉬片（6），在所述上鉬片（4）、整晶圓芯片（5）和下鉬片（6）上均設置有與過渡電極（2）上相應的芯片定位孔（2？3），在所述下鉬片（6）上還設置有門極針預留孔（6？1），在所述各部件的芯片定位孔（2？3）內插置有定位插銷，在過渡電極（2）的門極針定位孔（2？1）內設置有彈性門極針單元（2？4），所述彈性門極針單元（2？4）包括塑料模架（2？4？1）和多個彈性門極針（2？4？2），在所述塑料模架（2？4？1）上開有與彈性門極針（2？4？2）數量相同的彈性門極針定位孔（2？4？3），所述彈性門極針（2？4？2）插置于彈性門極針定位孔（2？4？3）內，所述彈性門極針（2？4？2）的上端穿過門極針預留孔（6？1）與整晶圓芯片（5）上的門極彈性壓接，在所述過渡電極（2）的門極板定位槽（2？2）內設置有門極引出板（2？5），所述門極引出板（2？5）的下端面與陽極電極（1？4）的上表面接觸，上端面與彈性門極針（2？4？2）的下端彈性壓接，并與門極內插片（1？7）相焊接。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳國賢，徐宏偉，陳蓓璐，
申請(專利權)人：江陰市賽英電子有限公司，
類型：實用新型
國別省市：