一種新能源車用igbt功率模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體封裝以及功率模塊領(lǐng)域，特別涉及一種新能源車用新型封裝結(jié)構(gòu)的大功率IGBT功率模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]面對(duì)日益枯竭的石油資源以及環(huán)境保護(hù)的巨大壓力，新能源車顯示了巨大優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。
[0003]新能源車的快速發(fā)展，帶動(dòng)了車用逆變器的快速應(yīng)用。車用逆變器中的關(guān)鍵核心部件是IGBT功率模塊，該模塊通過(guò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)電功率變換，將直流電變換為交流電，或?qū)⒔涣麟娮儞Q為直流電。
[0004]IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣棚.雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大;MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。
[0005]IGBT模塊是由IGBT(絕緣柵雙極型晶體管芯片)與FWD(續(xù)流二極管芯片)通過(guò)特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品；封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上。
[0006]車用逆變器中的IGBT功率模塊不光有高性能的要求，還有高環(huán)境適應(yīng)性的要求。高性能要求模塊體積小、功率密度高;高環(huán)境適應(yīng)性要求模塊能在高壓、大電流、高溫、強(qiáng)振和瞬變工況下可靠運(yùn)行，即對(duì)模塊的功率循環(huán)、溫度循環(huán)和振動(dòng)性能有較高要求。為達(dá)到以上要求，IGBT功率模塊必須在冷卻散熱，以及功率連接等方面設(shè)計(jì)強(qiáng)化或設(shè)計(jì)改進(jìn)。車用IGBT功率模塊是隨著新能源車應(yīng)用而出現(xiàn)的，它與工業(yè)用IGBT功率模塊在電氣原理上是一樣的，但由于應(yīng)用環(huán)境不同(高溫、強(qiáng)振等惡劣環(huán)境)，由此需要在結(jié)構(gòu)上針對(duì)惡劣環(huán)境做特殊處理，如強(qiáng)化散熱等。
[0007]前期車用模塊，即IGBT功率模塊，在冷卻散熱方面普遍采用單面間接液冷，雖然之后也有單面直接液冷和雙面間接液冷方式的改進(jìn)，模塊功率密度有所提升，但面對(duì)整車越來(lái)越小的布置空間還有些捉襟見(jiàn)肘;前期車用模塊在功率連接方面普遍采用綁定線，這種連接方式在穩(wěn)定工況應(yīng)用比較穩(wěn)定，但在車用瞬變工況下失效率提高，影響車用可靠性;前期車用模塊在襯板選材方面普遍采用DBC(覆銅板)，這種材料熱阻小，導(dǎo)熱性好，但由于生產(chǎn)工藝導(dǎo)致覆銅層薄，這就造成熱容小，IGBT在瞬變工況抗沖擊能力變差。
[0008]專利201210182350.5(發(fā)明名稱:一種針對(duì)電動(dòng)汽車應(yīng)用的IGBT功率模塊)中描述了一種IGBT功率模塊結(jié)構(gòu)，該模塊采用單面直接液冷散熱、綁定線功率連接和DBC襯板散熱，該結(jié)構(gòu)與工業(yè)應(yīng)用比雖已強(qiáng)化，但在整車緊湊化用和耐瞬變抗沖擊能力方面還有劣勢(shì)(是否有對(duì)比數(shù)據(jù))。
[0009]專利02159368.X(發(fā)明名稱:半導(dǎo)體功率器件)中描述了一種IGBT功率模塊結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體芯片(12)、第一散熱片(13)、第二散熱片(14)、和模制樹(shù)脂(17)，該模塊采用雙面間接液冷、直接銅綁定功率連接和無(wú)DBC襯板結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)雖在散熱、連接方面都提升很高，但增加了系統(tǒng)裝配難度，同時(shí)在裝配中需增加散熱片，外置散熱片在裝配中的由于裝配不當(dāng)將導(dǎo)致接觸熱阻增加，降低IGBT功率模塊輸出性能。
[0010]針對(duì)上述問(wèn)題，新能源車用新型封裝結(jié)構(gòu)的IGBT功率模塊成為迫切的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種新能源車用IGBT功率模塊，其通過(guò)雙面直接水冷實(shí)現(xiàn)強(qiáng)散熱和高功率密度、通過(guò)與芯片連接的厚銅緩沖墊塊增大熱容實(shí)現(xiàn)抗瞬變沖擊，同時(shí)通過(guò)內(nèi)置導(dǎo)熱絕緣層降低了安裝難度，提高裝配效率。
[0012]本發(fā)明的新能源車用IGBT功率模塊，由厚銅功率端子、冷卻基板、焊料層、厚銅緩沖墊塊、綁定線、D1de(二極管)芯片、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)芯片、導(dǎo)熱絕緣層、冷卻基板和模制樹(shù)脂組成，IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)芯片和D1de(二極管)芯片通過(guò)焊料層與厚銅緩沖墊塊相連，厚銅緩沖墊塊通過(guò)焊料層與厚銅功率端子相連，實(shí)現(xiàn)功率連接，厚銅功率端子通過(guò)導(dǎo)熱絕緣層與冷卻基板相連，由模制樹(shù)脂形成IGBT功率模塊。
[00?3]焊料層可采用銀楽、SnAgCu或SnAg等焊料，以符合無(wú)鉛要求，同時(shí)可保證較高的抗疲勞連接強(qiáng)度。
[0014]厚銅緩沖墊塊減緩IGBT芯片和D1de芯片隨厚銅功率端子的膨脹，以及調(diào)整芯片焊接之后的高度，保證與厚銅功率端子焊接之后水平，厚銅緩沖墊塊需采用與芯片膨脹系數(shù)接近的材料，如銅鉬合金。
[0015]冷卻基板可采用單面針腳或單面翅片的銅或鋁等高散熱金屬基板，針腳可采用圓柱、菱形柱等形狀，增加散熱面積提高散熱。
[0016]IGBT功率模塊通過(guò)樹(shù)脂壓鑄形成整體，內(nèi)部可通過(guò)電路連接實(shí)現(xiàn)單管、半橋封裝或是全橋封裝。
[0017]所述厚銅功率端子連接二極管芯片和IGBT芯片，所述IGBT芯片通過(guò)綁定線與信號(hào)端子連接。
[0018]所述的IGBT功率模塊，通過(guò)冷卻下底板、冷卻下底板密封墊以及冷卻上蓋板、冷卻上蓋板密封墊冷卻。
[0019]本發(fā)明的積極效果:本發(fā)明的目的在于提供一種新能源車用新型封裝的IGBT功率模塊，其可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)散熱、抗沖擊性強(qiáng)和高功率密度，同時(shí)降低了安裝工藝。本發(fā)明通過(guò)雙面布置單端針腳或是單端翅片的冷卻基板實(shí)現(xiàn)功率模塊雙面直接液冷，提高功率模塊的強(qiáng)制散熱能力;通過(guò)緩沖墊塊實(shí)現(xiàn)芯片與厚銅功率端子連接，增加芯片散熱熱容，提高芯片極限工況抗熱沖擊能力;通過(guò)內(nèi)置絕緣導(dǎo)熱片，消除外置絕緣導(dǎo)熱片接觸不良或振動(dòng)掉落引起熱阻增加造成模塊性能下降或模塊損壞。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1所示為IGBT功率模塊剖視圖。
[0021 ]圖2為與IGBT功率模塊內(nèi)部關(guān)鍵組件布置圖。
[0022]圖3為IGBT功率模塊的冷卻布置圖。
[0023](附圖標(biāo)記說(shuō)明)
[0024]1-厚銅功率端子、2-冷卻基板、3-焊料層、4-厚銅緩沖墊塊、5-焊料層、6-焊料層7-厚銅緩沖墊塊、8-綁定線、9-導(dǎo)熱絕緣層、10-厚銅功率端子、Il-D1de(二極管)芯片、12-焊料層、13-厚銅緩沖墊塊、14-焊料層、15-焊料層、16-1GBT(絕緣柵雙極型晶體管)芯片、17-厚銅緩沖墊塊、18-焊料層、19-焊料層、20-導(dǎo)熱絕緣層、21-冷卻基板、22-模制樹(shù)脂23-信號(hào)端子、24-信號(hào)端子、25-信號(hào)端子、26-冷卻上蓋板、27-冷卻上蓋板密封墊、28-冷卻上蓋板密封墊29-冷卻下底板、30-冷卻下底板密封墊、31-冷卻下底板密封墊、8-A綁定線、8-B綁定線
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述。
[0026]如圖1IGBT功率模塊剖視圖所示，IGBT功率模塊由如下幾部分構(gòu)成