一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低熱阻的壓接式功率器件封裝。
【背景技術(shù)】
[0002]壓接式功率器件，如壓接式IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)，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，其具有較高的可靠性，便于串聯(lián)，并且在器件損壞時(shí)表現(xiàn)出短路失效模式，因此其也被廣泛應(yīng)用在智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。
[0003]溫度對(duì)功率器件性能的影響至關(guān)重要，高溫不僅會(huì)影響器件的電學(xué)特性，更會(huì)嚴(yán)重影響其疲勞壽命。在功率器件運(yùn)行過(guò)程中溫度會(huì)影響芯片內(nèi)部的熱應(yīng)力，這可能會(huì)導(dǎo)致芯片的損壞，已有多項(xiàng)研宄證明電子器件的疲勞壽命隨溫度的升高呈指數(shù)下降，在功率器件設(shè)計(jì)過(guò)程中就必須同時(shí)考慮熱設(shè)計(jì)，以方便熱量迅速散出去，降低芯片的溫度。
[0004]當(dāng)前壓接式IGBT的主要產(chǎn)品為ABB公司和WESTCODE公司的產(chǎn)品，具體為:
[0005]ABB公司的壓接式IGBR的結(jié)構(gòu)中芯片下側(cè)面與基板燒結(jié)在一起，另一側(cè)為壓接結(jié)構(gòu)，并最終通過(guò)疊簧結(jié)構(gòu)與上端蓋接觸，但也正因?yàn)榀B簧的存在，使得芯片上側(cè)面的導(dǎo)熱能力很差，熱量基本上只能通過(guò)下側(cè)面導(dǎo)出，不利于散熱。
[0006]WESTCODE公司的壓接式IGBT的結(jié)構(gòu)中芯片上下側(cè)兩面均為壓接結(jié)構(gòu)，直至上下端蓋，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是芯片可以實(shí)現(xiàn)雙面散熱，芯片上下兩面有近乎相等的熱量導(dǎo)出。但是從其截面圖可以看出，零部件之間的接觸面較多，因?yàn)椴煌槊嬷g接觸是不完好的，縫隙中混入了空氣，空氣的導(dǎo)熱率更低，這樣會(huì)造成很大的接觸熱阻，并且其接觸熱阻在整體熱阻中占20% -50%比重，所以該種結(jié)構(gòu)整體熱阻與ABB的熱阻相差不大。
[0007]綜上所述，降低接觸熱阻對(duì)降低整體熱阻有至關(guān)重要的作用。針對(duì)接觸熱阻的存在會(huì)導(dǎo)致整體熱阻的增大，若采樣將各零件之間的縫隙用焊錫焊死以克服接觸熱阻對(duì)整體熱阻的影響，但是焊錫的熔點(diǎn)在200-300°C，一方面具體結(jié)構(gòu)限制了錫焊工藝的使用，再則錫焊工藝的使用必然導(dǎo)致整體生產(chǎn)成本的大幅提升，焊接溫度達(dá)到200-300°C時(shí)功率器件的一些零部件選材就受到了限制，最后錫焊工藝還有一個(gè)缺點(diǎn):經(jīng)過(guò)一定數(shù)量的功率循環(huán)之后錫焊層會(huì)因?yàn)槠诙?，此時(shí)的接觸熱阻將會(huì)大大增加，甚至可能導(dǎo)致器件的失效，所以錫焊工藝有其相應(yīng)的劣勢(shì)和局限性。
[0008]另外，現(xiàn)有功率器件封裝結(jié)構(gòu)中芯片產(chǎn)生的熱量主要通過(guò)與其相鄰的零部件縱向傳導(dǎo)到外界，而橫向傳導(dǎo)熱量的能力很弱。功率器件中可能有多個(gè)芯片，不同的芯片因?yàn)楣β什煌蜕釛l件不同，在工作狀態(tài)下最高溫度也是不同的，即使只有一個(gè)大芯片，其上各點(diǎn)溫度也不同，橫向傳導(dǎo)熱量的能力很弱導(dǎo)致有些位置的溫度很高，而有些位置的溫度較低，兩者可能相差二三十度，這實(shí)質(zhì)上沒(méi)有充分利用散熱通道。
[0009]因此，需要提供一種具有低熱阻，并且整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的壓接式功率器件封裝，從而滿足智能電網(wǎng)對(duì)功率器件封裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種低熱阻的壓接式功率器件封裝。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0012]所述功率器件封裝包括上鉬片、功率器件的芯片和彈簧探針，以及依次疊層布置的上端蓋、液態(tài)金屬導(dǎo)熱片、PCB板、框架和下管殼；
[0013]所述框架上設(shè)置有第一定位孔和第二定位孔；所述第一定位孔用于固定上鉬片；所述第二定位孔用于固定彈簧探針；
[0014]所述液態(tài)金屬導(dǎo)熱片敷設(shè)在上鉬片的上表面；
[0015]所述功率器件的芯片設(shè)置在上鉬片和下管殼之間。
[0016]優(yōu)選的，所述彈簧探針與所述框架相互垂直，彈簧探針的一端與所述PCB板的導(dǎo)電層連接，另一端與所述芯片的柵極連接；
[0017]優(yōu)選的，所述功率器件封裝還包括與下管殼焊接連接的下鉬片；所述功率器件的芯片與上鉬片燒結(jié)，或者芯片與下鉬片燒結(jié)，或者芯片的兩側(cè)分別與上鉬片和下鉬片燒結(jié)；
[0018]優(yōu)選的，所述上端蓋包括上電極和上裙邊；所述下管殼包括下電極、下裙邊、柵極引出端子和陰極引出端子；
[0019]所述上裙邊和下裙邊采用冷壓焊相連，實(shí)現(xiàn)功率器件的封裝；
[0020]所述柵極引出端子與所述彈簧探針的一端焊接，從而與所述芯片的柵極連接；
[0021]所述陰極引出端子與所述芯片的陰極連接；
[0022]優(yōu)選的，所述上電極包括均熱板，以及由所述均熱板構(gòu)成的空腔；
[0023]所述空腔中填充有導(dǎo)熱流體介質(zhì)，用于傳導(dǎo)熱量；
[0024]所述均熱板由無(wú)氧銅制成；
[0025]優(yōu)選的，所述上電極包括金屬板、接口，以及由所述金屬板構(gòu)成的空腔；
[0026]所述空腔，用于在接口與外部冷卻裝置連接后流通冷卻液體，冷卻液體將熱量帶走，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)熱源的冷卻；
[0027]所述接口，用于連接所述功率器件封裝的外部冷卻裝置；
[0028]優(yōu)選的，所述上電極為實(shí)心銅塊；
[0029]優(yōu)選的，PCB板包括導(dǎo)電層和絕緣層；所述導(dǎo)電層設(shè)置在絕緣層的內(nèi)部，且導(dǎo)電層在彈簧探針和柵極引出端子對(duì)應(yīng)的位置暴露于絕緣層外部；
[0030]優(yōu)選的，所述PCB板包括導(dǎo)電層和絕緣層；所述導(dǎo)電層設(shè)置在絕緣層的外部，導(dǎo)電層與其邊界具有距離，以防止導(dǎo)電層與上鉬片之間接觸或者擊穿；
[0031]優(yōu)選的，所述上鉬片嵌入在框架后，其上表面高于所述PCB板的上表面。
[0032]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是:
[0033]1、本發(fā)明提供的一種低熱阻的壓接式功率器件封裝，采用液態(tài)金屬，降低了接觸熱阻和功率器件封裝的整體熱阻，并且液態(tài)金屬可以補(bǔ)償零件加工的不平整度對(duì)功率器件所受壓力分布均勻性的影響；
[0034]2、本發(fā)明提供的一種低熱阻的壓接式功率器件封裝，將下鉬片與下管殼焊接在一起，相比于現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)減少了縱向的疊層結(jié)構(gòu)，有利于降低整體熱阻和功率器件封裝的高度；
[0035]3、本發(fā)明提供的一種低熱阻的壓接式功率器件封裝，上端蓋采用均熱板，減小了橫向熱阻，使得溫度分布均勻化，降低最高溫度；
[0036]4、本發(fā)明提供的一種低熱阻的壓接式功率器件封裝，上端蓋內(nèi)部設(shè)有空腔，在其邊緣處留有接口與外部冷卻裝置連接，工作時(shí)上端蓋內(nèi)部充滿冷卻液，既有導(dǎo)電的作用又有散熱器的作用，同時(shí)可以減小橫向熱阻，使得溫度分布均勻化，降低最高溫度，省去散熱器，減少零部件的數(shù)量和整體高度。
【附圖說(shuō)明】
[0037]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0038]圖1:本發(fā)明實(shí)施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的俯視圖；
[0039]圖2:本發(fā)明實(shí)施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的A-A剖視圖；
[0040]圖3:本發(fā)明實(shí)施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的A-A剖視展開圖；
[0041]圖4:本發(fā)明實(shí)施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的前視圖A ;
[0042]圖5:本發(fā)明實(shí)施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的前視圖B ;
[0043]圖6:本發(fā)明實(shí)施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的前視圖C ;
[0044]圖7:本發(fā)明實(shí)施例中PCB板的俯視圖A ；
[0045]圖8:本發(fā)明實(shí)施例中PCB板的俯視圖B ；
[0046]圖9:本發(fā)明實(shí)施例中框架的俯視圖；
[0047]其中，1:上端蓋；1-1:上電極；1_2:上裙邊；2:液態(tài)金屬導(dǎo)熱片；3:PCB板；3_1:絕緣層；3-2:導(dǎo)電層；4:框架；5:上鉬片；6:彈簧探針；7:功率器件的芯片；8:下管殼；8-1:下裙邊；8-2:瓷環(huán)；8-3:下電極；8-4:陰極引出端子；8_5:柵極引出端子。
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是