一种IGBT功率模块的制作方法

本实用新型涉及半导体封装技术领域，尤其是一种igbt功率模块。

背景技术：

由于igbt模块具有输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快以及工作频率高等特点，广泛应用于交通、新能源等领域。igbt功率模块在工作过程中会产生大量的热量而导致内部的元器件受损，需要对其进行散热。

目前，常用的焊接式igbt模块，普遍采用将igbt芯片的集电极和frd芯片的阴极通过焊料焊接在衬板上，每个igbt芯片发射极和frd的阳极通过多根引线键合方式进行互连，衬板通过焊料焊接在基板或散热板上，实现背面冷却。这种结构采用的是单面冷却方式，散热效率低，热阻大，且随着芯片的数量增加，模块的尺寸随之增大，同时芯片之间采用键合线联接，单个igbt模块中存在成百上千个键合点，单个键合点脱落，直接影响模块的可靠性。

双面散热功率模块是一种新型的高效散热模块，模块产生的热量沿着芯片上下表面进行散热。但是目前的双面散热模块设计组装的效率较低，材料多且不易识别，不适合自动化生产。且较多的零部件和连接层会引起模块平整度差，可靠性降低等问题，使原材料加工精度(如平整度)等要求提高，给加工造成难度。

名词解释：

igbt：绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。

frd：续流二极管芯片。

amb陶瓷基板：使用amb(activemetalbrazing，活性金属钎焊覆铜)技术将铜箔钎焊到陶瓷表面的一种散热基础材料。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种结构简单、散热性能好的igbt功率模块。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种igbt功率模块，包括：

散热底板；

封装外壳和半导体芯片，所述封装外壳和所述半导体芯片均设置在所述散热底板的一侧表面，所述半导体芯片位于所述封装外壳内；

陶瓷基板，所述陶瓷基板设置在所述半导体芯片远离所述散热底板的一侧，所述陶瓷基板穿出所述封装外壳；

其中，所述封装外壳上设置有若干个端子，所述半导体芯片通过所述陶瓷基板与所述端子电连接。

进一步，所述半导体芯片包括igbt芯片和frd芯片，所述igbt芯片通过所述陶瓷基板与所述frd芯片电连接。

进一步，所述陶瓷基板为覆铜陶瓷基板。

进一步，所述覆铜陶瓷基板包括第一覆铜层、第二覆铜层以及陶瓷层，所述第二覆铜层位于所述覆铜陶瓷基板靠近所述半导体芯片的一侧，所述第一覆铜层位于所述覆铜陶瓷基板远离所述半导体芯片的一侧，所述陶瓷层位于所述第一覆铜层与所述第二覆铜层之间。

进一步，所述第二覆铜层靠近所述半导体芯片的一侧表面设置有通过刻蚀形成的线路，所述半导体芯片与所述线路电连接。

进一步，所述陶瓷基板为amb陶瓷基板。

进一步，所述散热底板远离所述半导体芯片的一侧表面设有若干个散热结构。

进一步，所述散热结构包括针翅结构、肋片结构以及散热条结构中的至少一种。

本实用新型的有益效果是：igbt功率模块包括散热底板、封装外壳、半导体芯片和陶瓷基板，封装外壳和半导体芯片设置在散热底板的一侧表面且半导体芯片位于封装外壳内，陶瓷基板设置在半导体芯片远离散热底板的一侧且陶瓷基板传出封装外壳，半导体芯片通过陶瓷基板与设置在封装外壳上的端子电连接，本实用新型通过散热底板和陶瓷基板对半导体芯片进行双面散热，提高了散热性能，进而提高了模块的使用寿命，且本实用新型结构简单，简化了模块的封装，降低了igbt功率模块的生产成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的igbt功率模块的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的igbt功率模块的第一爆炸示意图；

图3为本实用新型实施例提供的igbt功率模块的第二爆炸示意图。

附图标记：

101、散热底板；1011、散热结构；102、半导体芯片；103、封装外壳；1031、端子；104、陶瓷基板；1041、第一覆铜层；1042、陶瓷层；1043、第二覆铜层。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，多个的含义是两个或两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1和2，本实用新型实施例提供了一种igbt功率模块，包括：

散热底板101；

封装外壳103和半导体芯片102(图1中未示出，参看图2)，封装外壳103和半导体芯片102均设置在散热底板101的一侧表面，半导体芯片102位于封装外壳103内；

陶瓷基板104，陶瓷基板104设置在半导体芯片102远离散热底板101的一侧，陶瓷基板104穿出封装外壳103；

其中，封装外壳103上设置有若干个端子1031，半导体芯片102通过陶瓷基板104与端子1031电连接。

具体地，本实用新型实施例的半导体芯片102通过封装外壳103、散热底板101以及陶瓷基板104封装而成，半导体芯片102的上下两面可分别通过陶瓷基板104和散热底板101进行散热；由于封装外壳103设置在散热底板101的一侧，且陶瓷基板104设置在半导体芯片102远离散热底板101的一侧并穿出封装外壳103，这样既保证了半导体芯片102封装完整，同时保证了陶瓷基板104和散热底板101可以直接与外界空气接触进行散热。

本实用新型通过散热底板101和陶瓷基板104对半导体芯片102进行双面散热，提高了散热性能，进而提高了模块的使用寿命，且本实用新型结构简单，简化了模块的封装，降低了igbt功率模块的生产成本。

可选地，半导体芯片102与散热底板101之间可以是焊接或者烧结；半导体芯片102与陶瓷基板104之间可以是焊接或者烧结。

进一步作为可选的实施方式，半导体芯片102包括igbt芯片和frd芯片，igbt芯片通过陶瓷基板104与frd芯片电连接。

具体地，本实用新型实施例由igbt(绝缘栅双极型晶体管芯片)与fwd(续流二极管芯片)通过陶瓷基板104上刻蚀形成的电路桥接，并通过封装外壳103、散热底板101以及陶瓷基板104封装而成，封装后的igbt模块可应用于变频器、ups不间断电源等设备上。

进一步作为可选的实施方式，陶瓷基板104为覆铜陶瓷基板。

具体地，覆铜陶瓷基板是使用dcb(directcopperbond)技术将铜箔直接烧结在陶瓷表面而制成的一种电子基础材料。本实用新型实施例的陶瓷基板104采用覆铜陶瓷基板，可在覆铜陶瓷基板的表面的覆铜层通过刻蚀形成线路，从而实现芯片间的连接以及芯片与封装外壳103上端子1031的连接。

参照图2，进一步作为可选的实施方式，覆铜陶瓷基板包括第一覆铜层1041、第二覆铜层1043以及陶瓷层1042，第二覆铜层1043位于覆铜陶瓷基板靠近半导体芯片102的一侧，第一覆铜层1041位于覆铜陶瓷基板远离半导体芯片102的一侧，陶瓷层1042位于第一覆铜层1041与第二覆铜层1043之间。

具体地，如图2所示为本实用新型实施例提供的igbt功率模块的一个爆炸结构图。本实用新型的覆铜陶瓷基板采用双层覆铜层，陶瓷层1042位于第一覆铜层1041与第二覆铜层1043之间，不仅对陶瓷层1042起到了很好的保护作用，同时也提高了覆铜陶瓷基板的散热性能，从而提高了igbt功率模块的稳定性以及散热性能。

进一步作为可选的实施方式，第二覆铜层1043靠近半导体芯片102的一侧表面设置有通过刻蚀形成的线路，半导体芯片102与线路电连接。

本实用新型实施例中，在第二覆铜层1043靠近半导体芯片102的一侧表面通过刻蚀形成线路，igbt芯片和frd芯片可通过该线路电连接，相比通过引线键合的方式连接，更加稳定可靠，进一步提高了igbt功率模块的稳定性。

进一步作为可选的实施方式，陶瓷基板104为amb陶瓷基板。

具体地，amb陶瓷基板使用amb(activemetalbrazing)技术将铜箔钎焊到陶瓷表面的一种散热基础材料，相比于传统的覆铜陶瓷基板，使用amb工艺制得的氮化铝覆铜陶瓷基板不仅具有更高的热导率、铜层结合强度高等特点，而且其热膨胀系数与硅接近，可应用于高电压操作且没有局部放电现象，进一步提高了igbt功率模块的散热性能。

参照图3，进一步作为可选的实施方式，散热底板101远离半导体芯片102的一侧表面设有若干个散热结构1011。

具体地，在散热底板101远离半导体芯片102的一侧表面设置散热结构1011，可提高散热底板101的散热性能，从而进一步提高了igbt功率模块的散热性能。

进一步作为可选的实施方式，散热结构1011包括针翅结构、肋片结构以及散热条结构中的至少一种。

如图3所示为本实用新型实施例提供的igbt功率模块的另一个爆炸结构图，本实用新型实施例中，散热结构1011采用针翅结构，通过在散热底板101原理半导体芯片102的一侧表面设置高密度的针翅结构，大大增加了散热底板101与空气的接触面积，从而提高了散热底板101的散热性能。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。