IGBT电路板及IGBT模块的制作方法

本实用新型涉及半导体功率器件领域，特别是涉及一种igbt电路板及igbt模块。

背景技术：

随着电子行业的发展，对于集成电路芯片的性能要求也越来越高，集成电路芯片是采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。

igbt模块是大功率半导体器件，损耗功率使其发热较多，不宜长期工作在较高温度下。一般情况下流过igbt模块的电流较大，开关频率较高，导致igbt模块器件的损耗也比较大，使得器件的温度过高，而igbt模块散热不好会造成损坏影响整机的工作运行。igbt过热的原因可能是驱动波形不好或电流过大或开关频率太高，也可能由于散热状况不良。igbt模块是将集成了igbt芯片和二极管的电路板安装于igbt基座上并进行封装，通常在igbt的基座底部设有散热翅，并将散热翅至于冷却液中，利用冷却液对igbt模块进行散热，但散热翅均集中电路板的一侧，对于元器件的散热效果不够均匀，若使用的衬底板导热性差，则散热效果会被大大减弱。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种散热性能更好的igbt电路板及igbt模块。

一种igbt电路板，包括：第一衬底板、第二衬底板、第一igbt芯片及第一二极管；

第一衬底板设有导电层，第一igbt芯片及第一二极管设置于第一衬底板的导电层上；

第二衬底板的第一面设有导热层，第二衬底板覆盖于第一igbt芯片及第一二极管的上方，且第二衬底板的导热层与第一衬底板的导电层相对设置。

在其中一个实施例中，第二衬底板的导热层为导电导热层；

第一igbt芯片与第一二极管平铺设置于第一衬底板的导电层上；

第一igbt芯片的第一面及第一二极管的第一面均通过电子焊料与第一衬底板的导电层连接；

第一igbt芯片的第二面通过电子焊料与第二衬底板的导电导热层连接；

第一二极管的第二面通过电子焊料与第二衬底板的导电导热层连接。

在其中一个实施例中，第一igbt芯片与第一二极管依次堆叠设置于第一衬底板的导电层上方；

第一igbt芯片的第一面通过电子焊料与第一衬底板的导电层相贴，第一igbt芯片的第二面通过电子焊料与第一二极管的第一面相贴；

第一二极管的第二面通过不导电胶与第二衬底板的导热层相贴，还通过键合铝线与第一衬底板的导电层电连接。

在其中一个实施例中，第一igbt芯片的集电极通过电子焊料与第一衬底板的导电层连接；

第一igbt芯片的发射极和第一二极管的阳极通过电子焊料连接；

第一二极管的阴极通过键合铝线与第一衬底板的导电层连接。

在其中一个实施例中，igbt电路板还包括第三衬底板及第二igbt芯片及第二二极管；

第二衬底板的第二面设有导电层，第二igbt芯片及第二二极管设置于第二衬底板第二面的导电层上；

第三衬底板的第一面设有导热层，第三衬底板覆盖于第二igbt芯片及第二二极管的上方，且第三衬底板的导热层与第二衬底板的导电层相对设置。

在其中一个实施例中，第二igbt芯片与第二二极管依次堆叠设置于第二衬底板第二面的导电层上方；

第二igbt芯片的第一面通过电子焊料与第二衬底板第二面的导电层相贴，第二igbt芯片的第二面通过电子焊料与第二二极管的第一面相贴；

第二二极管的第二面通过不导电胶与第三衬底板的导热层相贴，还通过键合铝线电连接第二衬底板第二面的导电层。

在其中一个实施例中，电子焊料为锡膏。

在其中一个实施例中，第一衬底板为dbc板，第二衬底板为dbc板、硅衬底板、碳化硅衬底板中的其中一种。

在其中一个实施例中，第三衬底板为dbc板、硅衬底板、碳化硅衬底板中的其中一种。

一种igbt模块，包括igbt基座及安装于igbt基座之上的igbt电路板。

上述igbt电路板及igbt模块，通过增设具有导热层的第二衬底板，将第二衬底板覆盖于第一igbt芯片及第一二极管上方，且第二衬底板的导热层与第一衬底板的导电层相对，使得igbt电路板上的元器件能够同时通过第一衬底板和第二衬底板进行散热，提高散热效果，保护igbt电路板的元器件。

附图说明

图1为一个实施例中，igbt电路板的结构示意图；

图2为一个实施例中，igbt电路板上的元器件采用平铺时的结构示意图；

图3为一个实施例中，igbt电路板上的元器件采用堆叠设置时的结构示意图；

图4为另一个实施例中，igbt电路板的结构示意图；

图5为一个实施例中，igbt模块的结构示意图；

图6为另一个实施例中，igbt模块的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在其中一个实施例中，如图1所示，提供了一种igbt电路板，包括：第一衬底板101、第二衬底板102、第一igbt芯片200及第一二极管300；

第一衬底板101设有导电层，第一igbt芯片200及第一二极管300设置于第一衬底板101的导电层上；

第二衬底板102的第一面设有导热层，第二衬底板102覆盖于第一igbt芯片200及第一二极管300的上方，且第二衬底板102的导热层与第一衬底板101的导电层相对设置。

第一衬底板101用于为第一igbt芯片200及第一二极管300提供结构支撑及电性互连，导电层使用pvd、cvd、电解电镀、无电电镀过程或其他合适的金属沉积过程在第一衬底板101用于放置第一igbt芯片200及第一二极管300的一面上形成。导电层可以是一层或多层的铝(al)、铜(cu)、锡(sn)、镍(ni)、金(au)、银(ag)或其他合适的导电材料。导电层能够同时实现导电和导热的作用。

使用蒸发、电解电镀、无电电镀、球滴或丝网印刷过程在导电层之上沉积电子焊料，用于将第一igbt芯片200及第一二极管300固定连接与第一衬底板101上。电子焊料可以是al、sn、ni、au、ag、pb、bi、cu、锡铅焊料及其组合，其中具有可选的焊剂溶液。例如，电子焊料可以是共晶sn/pb、高铅焊料或无铅焊料。使用合适的附接或接合过程将电子焊料接合到导电层。在一个实施例中，通过将电子焊料加热到其熔点以上以形成球或凸块，用以将第一igbt芯片200及第一二极管300固定连接与第一衬底板101上。在一个实施例中，电子焊料形成的球或凸块形成在具有润湿层、阻挡层和粘合层的下凸块金属化(ubm)之上。也可以压接或热压接合到导电层。球或凸块表示可以在导电层之上形成的一种类型的互连结构。互连结构还可以使用接合线、导电膏、柱形凸块、微凸块或其他电互连。

第二衬底板102的导热层覆盖于第一igbt芯片200及第一二极管300之上，与第一衬底板101分别为第一igbt芯片200及第一二极管300的两面导热，提高散热效果。

上述igbt电路板，通过增设具有导热层的第二衬底板102，将第二衬底板102覆盖于第一igbt芯片200及第一二极管300上方，且第二衬底板102的导热层与第一衬底板101的导电层相对，使得igbt电路板上的元器件能够同时通过第一衬底板101和第二衬底板102进行散热，提高散热效果，保护igbt电路板的元器件。

在其中一个实施例中，如图1及图2所示，第二衬底板102的导热层为导电导热层；

第一igbt芯片200与第一二极管300平铺设置于第一衬底板101的导电层上；

第一igbt芯片200的第一面及第一二极管300的第一面均通过电子焊料与第一衬底板101的导电层连接；

第一igbt芯片200的第二面通过电子焊料与第二衬底板102的导电导热层连接；

第一二极管300的第二面通过电子焊料与第二衬底板102的导电导热层连接。

将第一igbt芯片200和第一二极管300平铺于第一衬底板101，第一igbt芯片200和第一二极管300与第一衬底板101导电层相贴的一面通过电子焊料固定及电连接，另一面均通过不导电胶与第二衬底板102的导热层连接，使得每个元器件的两面都能够被充分导热，提高散热效率。第一igbt芯片200的另一面和第二二极管的另一面分别通过键合铝线104电连接同一块附加衬底板103表面设置的导电层，构成电路回路。

在一个实施例中，第二衬底板102的导热层为导电导热层，第一igbt芯片200的另一面和第二二极管的另一面分别通过电子焊料与第二衬底板102的导电导热层固定连接，构成电路回路。相比通过附加衬底板103为第一igbt芯片200与第一二极管300构成电连接，所需的衬底板面积更少，使得igbt电路板的体积更小。

在其中一个实施例中，如图3、图4所示，第一igbt芯片200与第一二极管300依次堆叠设置于第一衬底板101的导电层上方；

第一igbt芯片200的第一面通过电子焊料与第一衬底板101的导电层相贴，第一igbt芯片200的第二面通过电子焊料与第一二极管300的第一面相贴；

第一二极管300的第二面通过不导电胶与第二衬底板102的导热层相贴，还通过键合铝线104与第一衬底板101的导电层电连接。

将各个元器件以堆叠的方式替代平铺方式设置于第一衬底板101上，各个元器件之间通过电子焊料固定，堆叠于最下方的第一igbt芯片200通过电子焊料与第一衬底板101的导电层进行固定，堆叠于最上方的第一二极管300通过键合铝线104与第一衬底板101的导电层电连接，能够减少igbt模块所需衬底板的面积，减少元器件与衬底板导电层之间的键合铝线104的连接，使得电路器件的体积更小，实现更高地集成度。

在其中一个实施例中，第一igbt芯片200的集电极通过电子焊料与第一衬底板101的导电层连接；

第一igbt芯片200的发射极和第一二极管300的阳极通过电子焊料连接；

第一二极管300的阴极通过键合铝线104与第一衬底板101的导电层连接。

设置第一二极管300的目的是为第一igbt芯片200提供续流回路，因此需要将第一二极管300与第一igbt芯片200反接，以使得第一igbt芯片200突然截止时，能够与第一二极管300构成反向续流回路，保护第一igbt芯片200。

在其中一个实施例中，igbt电路板还包括第三衬底板及第二igbt芯片及第二二极管；

第二衬底板102的第二面设有导电层，第二igbt芯片及第二二极管设置于第二衬底板102的导电层上；

第三衬底板的第一面设有导热层，第三衬底板覆盖于第二igbt芯片及第二二极管的上方，且第三衬底板的导热层与第二衬底板102的导电层相对设置。

以第二衬底板102为基板设置第二igbt芯片及第二二极管，能够与第一igbt芯片200、第一二极管300及第一衬底板101构成igbt阵列，在一些实施例中还能设置更多个igbt芯片及二极管，构成更多igbt模块的igbt阵列。传统的igbt阵列是采用平铺的方式构成，构成的阵列平铺面积较大，对于一些平面面积要求较小的电子设备，则会受限于igbt阵列的平铺面积，需要减少igbt阵列中igbt模块的数量，或是设置多个小阵列共同工作。而本实施例通过在一个基础igbt电路板之上以堆叠的方式设置一个或多个igbt电路板，构成igbt阵列，能够减小igbt阵列的平铺面积。

在其中一个实施例中，第二igbt芯片与第二二极管依次堆叠设置于第二衬底板102第二面的导电层上方；

第二igbt芯片的第一面通过电子焊料与第二衬底板102第二面的导电层相贴，第二igbt芯片的第二面通过电子焊料与第二二极管的第一面相贴；

第二二极管的第二面通过不导电胶与第三衬底板的导热层相贴，还通过键合铝线104电连接第二衬底板102第二面的导电层。

第二igbt芯片与第二二极管也采用堆叠设置的方式固定与第二衬底板102第二面的导电层上方，进一步减小igbt阵列的平铺面积。

在其中一个实施例中，电子焊料为锡膏。

锡膏又称为焊锡膏，是由焊锡粉、助焊剂以及其它的表面活性剂、触变剂等加以混合，形成的膏状混合物。主要用于smt行业pcb表面电阻、电容、ic等电子元器件的焊接。焊锡膏在常温下有一定的粘性，可将电子元器件初粘在既定位置，在焊接温度下，随着溶剂和部分添加剂的挥发，将两个被焊元器件或是将被焊元器件与衬底板焊接在一起形成永久连接。

在其中一个实施例中，第一衬底板101为dbc板，第二衬底板102为dbc板、硅衬底板、碳化硅衬底板中的其中一种。

dbc板(directbondingcopper，覆铜陶瓷基板)，简称覆铜板，具有陶瓷的高导热、高电绝缘、高机械强度、低膨胀等特性，又兼具无氧铜的高导电性和优异焊接性能，且能像pcb线路板一样刻蚀出各种图形。dbc板能够在利用覆铜层导电的同时，为元器件实现散热。硅衬底板具有高导热性，若第二衬底板102不需要具备导电性时，选择硅衬底板能够较高的导热效果。碳化硅衬底板有良好的化学稳定性，抗酸能力强，耐腐蚀，同时具备良好的导电性和导热性。

对于第一衬底板101，由于需要具备导电层，因此可以采用dbc板，在一些实施例中也可以采用碳化硅衬底板，但碳化硅衬底板价格更高。对于第二衬底板102而言，若仅仅用于实现导热作用，可以在上述三种材料的衬底板中进行选择，若同时需要具备导热和导电能力，则可以选择dbc板或碳化硅衬底板。本领域技术人员可以根据需要选择不同材质的衬底板。

在其中一个实施例中，第三衬底板为dbc板、硅衬底板、碳化硅衬底板中的其中一种。

若仅仅用于实现导热作用，可以在上述三种材料的衬底板中进行选择，若同时需要具备导热和导电能力，则可以选择dbc板或碳化硅衬底板。本领域技术人员可以根据需要选择不同材质的衬底板。

在其中一个实施例中，如图5、图6所示，提供了一种igbt模块，包括igbt基座400及安装于igbt基座之上的igbt电路板。

igbt基座400可以使用现有技术中常见的结构，将igbt电路板安装于igbt基座之上进行使用，igbt基座400上设置的散热翅和冷却液还能为igbt电路板提供一定的散热效果，保护igbt电路板。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。