一种IGBT模块的制作方法

本发明属于功率器件技术领域，特别是一种igbt模块。

背景技术：

igbt模块是由igbt与fwd通过特定的电路桥封装而成的模块化半导体产品，封装后的igbt模块直接应用于变频器、ups不间断电源等设备上，每个igbt模块均由一个或多个dbc单元组合形成。

目前，中国专利网公开了一种功率器件的多dbc封装结构及封装方法【申请公布号：cn107591377a】，包括散热基板、外壳、底层dbc基板、贴装在所述底层dbc基板上的功率器件、焊接在所述底层dbc基板上的上层dbc基板，上层dbc板401、402、403的下层铜箔401-6、401-7有与底层dbc301、302、303的上层铜箔301-1、301-2有相同形状，通过焊接将底层dbc与上层dbc连接起来，其中上层dbc板上有孔401-1，将芯片置于其中并焊接到底层dbc上，上层dbc板上有上层铜箔401-2、401-3、401-4、401-5和下层铜箔401-6、401-7，上层dbc板的中间层里面还有相应的通孔401-8、401-9，其中通孔401-8将上层dbc板的上层铜箔401-3与下层铜箔401-7连接起来，一起构成半桥电路中ac，通孔401-9将上层dbc板的上层铜箔401-4与下层铜箔401-6连接起来，一起构成半桥电路中的dc+。芯片分别放在三个小模块内，以其中一个为例说明，芯片71-1、71-2、72-1分别放置在上层dbc的类似401-1的孔，并通过焊料焊接到底层dbc的上层铜箔301-1；芯片71-7、71-8、72-4分别放置在上层dbc的类似401-1的孔，并通过焊料焊接到底层dbc的上层铜箔301-2。三个小模块内部键合线的位置相同，以其中一个为例说明，键合线分成功率键合线501、502、503、504、505、506和驱动键合线601、602、603、604，其中键合线501、502、505是上管上的键合线，将芯片的源极与上层dbc的上层铜箔401-4连接起来：键合线503、504、506是下管上的键合线，将芯片的源极与上层dbc的上层铜箔401-5连接起来：键合线601、602是上管上的键合线，将芯片的栅极、源极与上层dbc的上层铜箔401-2连接起来。由这些芯片、键合线和dbc的铜箱和端子构成半桥电路。

上述功率器件的封装结构需要采用底层dbc基板和上层dbc基板这两块基板，为了封装需要，在底层dbc基板的上表面敷一层铜箔和上层dbc基板的上下表面均敷一层铜箔，还需要在上层dbc基板开孔，孔一方面用于芯片在底层dbc基板上的焊接，另一方面方便连接线连接将上层dbc板的上层铜箔与下层铜箔连接起来，该功率器件的封装结构复杂，使得功率器件的封装效率较低，并且底层dbc基板与上层dbc基板叠置焊接的结构使得功率器件的厚度较厚，功率器件的整体体积较大，不利于功率器件的轻量化设计。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种igbt模块，本发明所要解决的技术问题是：如何简化功率器件的封装结构。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种igbt模块，包括外壳和三块位于外壳内从左到右间隔布置的dbc单元，每个dbc单元均包括dbc基板、两个igbt芯片和两个frd芯片，所述igbt芯片的上表面具有栅极和发射极、下表面为集电极，所述frd芯片的上表面为阳极、下表面为阴极，所述dbc基板的上表面具有铜箔层，每个铜箔层上均开设有两个分割槽，两个分割槽将铜箔层分割成相互独立的铜箔一、下桥铜箔和上桥铜箔，所述铜箔一、下桥铜箔和上桥铜箔从前到后依次间隔设置，三个铜箔一之间、三个下桥铜箔之间以及三个上桥铜箔之间均通过沿横向布置的键合线串联；所述下桥铜箔和上桥铜箔均固定有所述igbt芯片、frd芯片，并且与相应igbt芯片的下表面、相应frd芯片的下表面焊接，位于同一个铜箔上的igbt芯片的发射极与frd芯片的阳极通过沿横向布置的键合线连接；所述下桥铜箔上的igbt芯片的发射极和frd芯片的阳极均通过沿纵向布置的键合线与铜箔一电连接，所述上桥铜箔上的igbt芯片的发射极和frd芯片的阳极均通过沿纵向布置的键合线与下桥铜箔电连接。

区别于现有技术，本igbt模块为六合一igbt模块，本igbt模块通过改变封装结构后，即通过两个分割槽将铜箔层分割成相互独立的铜箔一、下桥铜箔和上桥铜箔，再把两个igbt芯片和两个frd芯片平均分配后，分别布置在下桥铜箔和上桥铜箔上，接着芯片与芯片之间、铜箔与铜箔之间、铜箔与芯片之间根据封装的需要通过沿纵向布置的键合线和沿横向布置的键合线实现电气连接。本技术方案旨在提出一种六合一igbt模块的新的封装结构，本封装结构dbc+dbc为一层结构，与现有技术dbc+dbc的多层结构相比明显简化了结构设计，使得igbt模块的厚度更薄、体积更小，节省了igbt模块在外壳内的布置空间，并且无需在dbc基板上开孔设计，显著的降低了igbt模块的制造难度，提高制造效率，另外，用于电气连接的键合线是采用沿横向布置和沿纵向布置两种方式，igbt模块上的键合线与键合线之间没有出现交叉布置的情况，一方面在加工制造中方便键合线的布置，降低制造难度，另一方面方便后期对igbt模块上电气线路的快速检修；因此，通过以上设计，本发明的封装结构更加的简单，制造效率更高、制造更加的便利以及后期的电气线路维修更加的方便。

在上述的一种igbt模块中，所述铜箔层呈矩形状，位于下桥铜箔与上桥铜箔之间的分割槽包括从左到右依次设置的横槽一、纵槽一、横槽二、纵槽二、横槽三、纵槽三和横槽四，所述纵槽一的前端连通横槽一、后端连通横槽二，所述纵槽二的前端连通横槽二、后端连通横槽三，所述纵槽三的前端连通横槽三、后端连通横槽四；位于下桥铜箔的igbt芯片位于下桥铜箔的上表面的右侧并与横槽三对应，位于下桥铜箔的frd芯片位于下桥铜箔的上表面的左侧并与横槽二对应，位于上桥铜箔的igbt芯片位于上桥铜箔的上表面的左侧并与横槽二对应，位于上桥铜箔的frd芯片位于上桥铜箔的上表面的右侧并与横槽三对应。igbt芯片和frd芯片均为矩形，并且igbt芯片的尺寸大于frd芯片的尺寸，上桥铜箔的左侧为igbt芯片安装区、右侧为frd芯片安装区，下桥铜箔的左侧为frd芯片安装区、右侧为igbt芯片安装区，上桥铜箔与横槽二相对应的位置向下桥铜箔的一侧延伸凸出，下桥铜箔与横槽三相对应的位置向上桥铜箔的一侧延伸凸出，相当于增加了igbt芯片安装区的面积、减小了frd芯片安装区的面积，由于igbt芯片的尺寸大于frd芯片的尺寸，本结构在方便igbt芯片安装的同时又不影响frd芯片的安装，并且上桥铜箔上的igbt芯片、frd芯片通过沿纵向布置的键合线与下桥铜箔连接时，键合线有足够的焊接面积，保证电气连接稳定。

在上述的一种igbt模块中，三个下桥铜箔相邻的端部与端部之间通过沿横向布置的键合线连接，所述外壳的右端具有两个公用母线端子，位于右侧的下桥铜箔的右端分别通过沿横向布置的键合线与两个公用母线端子连接；所述外壳的左端具有上桥正极母线电压端子，位于左侧的上桥铜箔的左端通过沿横向布置的键合线与上桥正极母线电压端子连接，三个上桥铜箔相邻的端部与端部之间通过沿横向布置的键合线连接。由于下桥铜箔对应横槽一和横槽四的位置均朝上桥铜箔一侧延长凸出，相当于增加了下桥铜箔左右端部的纵向长度，该结构保证三个下桥铜箔相邻的端部与端部之间沿横向布置的键合线有足够的焊接面积，提高电气连接的稳定性。

在上述的一种igbt模块中，位于下桥铜箔与铜箔一之间的分割槽包括从左到右依次设置的横槽五、纵槽四、横槽六、纵槽五和横槽七，所述纵槽四的前端连通横槽六、后端连通横槽五，所述纵槽五的前端连通横槽六、后端连通横槽七；所述外壳的左端具有下桥母线电压端子，位于左侧的铜箔一的左端与下桥母线电压端子通过沿横向布置的键合线连接，三个相邻的铜箔一的端部与端部之间通过沿横向布置的键合线连接。该结构中，铜箔一对应横槽五、横槽七的位置均向下桥铜箔的一侧延伸并凸出，相当于增加了铜箔一的左右端部的纵向长度，该结构保证三个铜箔一相邻的端部与端部之间沿横向布置的键合线有足够的焊接面积，同时也保证最左侧的铜箔一的左端与下桥母线电压端子之间的键合线有足够的焊接面积，提高电气连接的稳定性。

在上述的一种igbt模块中，所述铜箔一前端的中部具有缺口，所述缺口内具有铜箔二，位于下桥铜箔上的igbt芯片的栅极通过沿纵向布置的键合线与铜箔二连接，并且三个铜箔二通过沿横向布置的键合线依次串联，所述外壳的前端具有下桥发射极端子和下桥栅极端子，其中一铜箔二通过沿纵向布置的键合线与下桥栅极端子连接，其中一铜箔一通过沿纵向布置的键合线与下桥发射极端子连接；所述dbc基板的上表面位于上桥铜箔后侧的位置具有铜箔三，位于下桥铜箔上的igbt芯片的栅极通过沿纵向布置的键合线与铜箔三连接，并且三个铜箔三通过沿横向布置的键合线依次串联，所述外壳的后端具有上桥发射极端子、上桥栅极端子和上桥集电极端子，其中一铜箔三通过沿纵向布置的键合线与上桥栅极端子连接，其中一下桥铜箔通过沿纵向布置的键合线与上桥发射极端子连接，其中一上桥铜箔通过沿纵向布置的键合线与上桥集电极端子连接。该结构将igbt模块的各个连接端子布置在外壳的前端和后端，方便igbt模块与外部器件电气连接；并且铜箔二和铜箔三的设置相当于在dbc基板上表面的前后端处增加了电气连接点，igbt芯片的栅极通过沿纵向布置的键合线与该电气连接点连接后，然后电气连接点通过沿纵向布置的键合线与外壳上的栅极端子电气连接，同一侧的三个电气连接点通过沿横向布置的键合线串联起来，进而将三个igbt芯片的栅极的串联起来，通过设置箔二和铜箔三后一方面避免igbt芯片的栅极直接与外壳上的栅极端子连接，提高电气连接的稳定性，另一方面也避免三个igbt芯片的栅极通过键合线直接串联时在dbc基板上出现跳线的情况，并且该键合线的跳线幅度较大、电气稳定性差，本结构的封装方式使得dbc基板上的布线更加的合理，并且提高电气连接的稳定性。

在上述的一种igbt模块中，所述外壳内设置有热敏电阻单元，所述外壳的后端具有两个热敏电阻端子，所述热敏电阻单元的一端通过键合线与其中一个热敏电阻端子连接，所述热敏电阻单元的另一端通过键合线与另一个热敏电阻端子连接。本igbt模块与设备连接后使用时，通过热敏电阻单元来检测igbt模块的工作情况，当igbt模块工作异常导致过热时，热敏电阻单元能及时检测都igbt模块工作异常并将工作异常信号输出，提高igbt模块使用的安全性。

与现有技术相比，本发明的igbt模块具有以下优点：本封装结构dbc+dbc为一层结构，与现有技术dbc+dbc的多层结构相比明显简化了结构设计，使得igbt模块的厚度更薄、体积更小，节省了igbt模块在外壳内的布置空间，并且无需在dbc基板上开孔设计，显著的降低了igbt模块的制造难度，提高制造效率，另外，igbt模块上的键合线与键合线之间没有出现交叉布置的情况，一方面在加工制造中方便键合线的布置，降低制造难度，另一方面方便后期对igbt模块上电气线路的快速检修；因此，通过以上设计，本发明的封装结构更加的简单，制造效率更高、制造更加的便利以及后期的电气线路维修更加的方便。

附图说明

图1是本发明的俯视结构示意图。

图2是本发明的dbc单元的俯视结构示意图。

图3是本发明的dbc单元无键合线的俯视结构示意图。

图中，1、外壳；2、dbc单元；21、dbc基板；22、igbt芯片；23、frd芯片；3、铜箔层；31、铜箔一；31a、缺口；32、下桥铜箔；33、上桥铜箔；4、分割槽；41、横槽一；42、纵槽一；43、横槽二；44、纵槽二；45、横槽三；46、纵槽三；47、横槽四；48、横槽五；49、纵槽四；40、横槽六；401、纵槽五；402、横槽七；5、公用母线端子；6、上桥正极母线电压端子；7、下桥母线电压端子；8、铜箔二；9、下桥发射极端子；10、下桥栅极端子；11、铜箔三；12、上桥发射极端子；13、上桥栅极端子；14、上桥集电极端子；15、热敏电阻单元；16、热敏电阻端子。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本igbt模块，包括外壳1和三块位于外壳1内从左到右间隔布置的dbc单元2，每个dbc单元2均包括dbc基板21、两个igbt芯片22和两个frd芯片23，igbt芯片22的上表面具有栅极和发射极、下表面为集电极，frd芯片23的上表面为阳极、下表面为阴极，dbc基板21的上表面具有铜箔层3。

如图1、图2和图3所示，每个铜箔层3上均开设有两个分割槽4，两个分割槽4将铜箔层3分割成相互独立的铜箔一31、下桥铜箔32和上桥铜箔33，铜箔一31、下桥铜箔32和上桥铜箔33从前到后依次间隔设置，三个铜箔一31相邻的端部与端部之间通过沿横向布置的键合线串联，三个下桥铜箔32相邻的端部与端部之间通过沿横向布置的键合线串联，三个上桥铜箔33相邻的端部与端部之间通过沿横向布置的键合线串联；下桥铜箔32和上桥铜箔33均固定有igbt芯片22、frd芯片23，igbt芯片22的下表面和frd芯片23的下表面均与相应铜箔的上表面焊接，即igbt芯片22的集电极与铜箔连接、frd芯片23的阴极与铜箔连接，位于同一个铜箔上的igbt芯片22的发射极与frd芯片23的阳极通过沿横向布置的键合线连接；下桥铜箔32上的igbt芯片22的发射极和frd芯片23的阳极均通过沿纵向布置的键合线与铜箔一31电连接，上桥铜箔33上的igbt芯片22的发射极和frd芯片23的阳极均通过沿纵向布置的键合线与下桥铜箔32电连接；外壳1的右端具有两个公用母线端子5，位于右侧的下桥铜箔32的右端分别通过沿横向布置的键合线与两个公用母线端子5连接；外壳1的左端具有上桥正极母线电压端子6，位于左侧的上桥铜箔33的左端通过沿横向布置的键合线与上桥正极母线电压端子6连接，外壳1的左端具有下桥母线电压端子7，位于左侧的铜箔一31的左端与下桥母线电压端子7通过沿横向布置的键合线连接。本技术方案属于一种六合一igbt模块的新的封装结构，本封装结构dbc+dbc为一层结构，与现有技术dbc+dbc的多层结构相比明显简化了结构设计，使得igbt模块的厚度更薄、体积更小，节省了igbt模块在外壳内的布置空间，并且无需在dbc基板21上开孔设计，显著的降低了igbt模块的制造难度，提高制造效率，另外，用于电气连接的键合线是采用沿横向布置和沿纵向布置两种方式，igbt模块上的键合线与键合线之间没有出现交叉布置的情况，键合线在dbc基板21上的布置合理有序，一方面在加工制造中方便键合线的布置，降低制造难度，另一方面方便后期对igbt模块上电气线路的快速检修；因此，通过以上设计，本发明的封装结构更加的简单，制造效率更高、制造更加的便利以及后期的电气线路维修更加的方便。

进一步具体的说，如图2和图3所示，铜箔层3呈矩形状，位于下桥铜箔32与上桥铜箔33之间的分割槽4包括从左到右依次设置的横槽一41、纵槽一42、横槽二43、纵槽二44、横槽三45、纵槽三46和横槽四47，纵槽一42的前端连通横槽一41、后端连通横槽二43，纵槽二44的前端连通横槽二43、后端连通横槽三45，纵槽三46的前端连通横槽三45、后端连通横槽四47；下桥铜箔32上的igbt芯片22位于下桥铜箔32的上表面的右侧并与横槽三45对应，下桥铜箔32上的frd芯片23位于下桥铜箔32的上表面的左侧并与横槽二43对应，上桥铜箔33上的igbt芯片22位于上桥铜箔33的上表面的左侧并与横槽二43对应，上桥铜箔33上的frd芯片23位于上桥铜箔33的上表面的右侧并与横槽三45对应。gbt芯片和frd芯片均为矩形，并且igbt芯片22的尺寸大于frd芯片23的尺寸，上桥铜箔33的左侧为igbt芯片安装区、右侧为frd芯片安装区，下桥铜箔32的左侧为frd芯片安装区、右侧为igbt芯片安装区，上桥铜箔33与横槽二43相对应的位置向下桥铜箔32的一侧延伸凸出，下桥铜箔32与横槽三45相对应的位置向上桥铜箔33的一侧延伸凸出，相当于增加了igbt芯片安装区的面积、减小了frd芯片安装区的面积，由于igbt芯片的尺寸大于frd芯片的尺寸，本结构通过分割槽4结合各个芯片的形状对下桥铜箔32和上桥铜箔33的形状进行合理的划分，芯片采用这样的布置方式后使得在方便igbt芯片22安装的同时又不影响frd芯片23的安装，芯片在dbc基板21上的布置结构更加紧凑，并且上桥铜箔33上的igbt芯片22、frd芯片23通过沿纵向布置的键合线与下桥铜箔32连接时，键合线有足够的焊接面积，保证电气连接稳定；由于下桥铜箔32对应横槽一41和横槽四47的位置均朝上桥铜箔33一侧延长凸出，相当于增加了下桥铜箔32左右端部的纵向长度，该结构保证三个下桥铜箔32相邻的端部与端部之间沿横向布置的键合线有足够的焊接面积，提高电气连接的稳定性。

如图2和图3所示，位于下桥铜箔32与铜箔一31之间的分割槽4包括从左到右依次设置的横槽五48、纵槽四49、横槽六40、纵槽五401和横槽七402，纵槽四49的前端连通横槽六40、后端连通横槽五48，纵槽五401的前端连通横槽六40、后端连通横槽七402。铜箔一31对应横槽五、横槽七的位置均向下桥铜箔32的一侧延伸并凸出，相当于增加了铜箔一31的左右端部的纵向长度，该结构保证三个铜箔一31相邻的端部与端部之间沿横向布置的键合线有足够的焊接面积，同时也保证最左侧的铜箔一31的左端与下桥母线电压端子7之间的键合线有足够的焊接面积，提高电气连接的稳定性。

如图1和图2所示，铜箔一31前端的中部具有缺口31a，缺口31a内具有铜箔二8，位于下桥铜箔32上的igbt芯片22的栅极通过沿纵向布置的键合线与铜箔二8连接，并且三个铜箔二8通过沿横向布置的键合线依次串联，外壳1的前端具有下桥发射极端子9和下桥栅极端子10，其中一铜箔二8通过沿纵向布置的键合线与下桥栅极端子10连接，其中一铜箔一31通过沿纵向布置的键合线与下桥发射极端子9连接；dbc基板21的上表面位于上桥铜箔33后侧的位置具有铜箔三11，位于下桥铜箔32上的igbt芯片22的栅极通过沿纵向布置的键合线与铜箔三11连接，并且三个铜箔三11通过沿横向布置的键合线依次串联，外壳1的后端具有上桥发射极端子12、上桥栅极端子13和上桥集电极端子14，其中一铜箔三11通过沿纵向布置的键合线与上桥栅极端子13连接，其中一下桥铜箔32通过沿纵向布置的键合线与上桥发射极端子12连接，其中一上桥铜箔33通过沿纵向布置的键合线与上桥集电极端子14连接。该结构将igbt模块的各个连接端子布置在外壳1的前端和后端，方便igbt模块与外部器件电气连接；并且铜箔二8和铜箔三11的设置相当于在dbc基板21上表面的前后端处增加了电气连接点，igbt芯片22的栅极通过沿纵向布置的键合线与该电气连接点连接后，然后电气连接点通过沿纵向布置的键合线与外壳1上的栅极端子电气连接，同一侧的三个电气连接点通过沿横向布置的键合线串联起来，进而将三个igbt芯片22的栅极的串联起来，通过设置箔二8和铜箔三1后，一方面避免igbt芯22的栅极直接与外壳1上的栅极端子连接，提高电气连接的稳定性，另一方面也避免三个igbt芯片22的栅极通过键合线直接串联时在dbc基板21上出现跳线的情况，并且该键合线的跳线幅度较大、电气稳定性差，本结构的封装方式使得dbc基板21上的布线更加的合理，并且提高电气连接的稳定性。

如图1所示，外壳1内设置有热敏电阻单元15，外壳1的后端具有两个热敏电阻端子16，热敏电阻单元15的一端通过键合线与其中一个热敏电阻端子16连接，热敏电阻单元15的另一端通过键合线与另一个热敏电阻端子16连接。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。