一种改进的压接式igbt器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种IGBT器件，具体讲涉及一种可降低辅助发射极回路杂散电感和杂散电容的压接式IGBT器件。
【背景技术】
[0002]在电力、交通、冶金等领域，电力电子器件绝缘栅双极晶体管IGBT得到了广泛的应用。在柔性直流输电领域，压接式IGBT具有功率大、失效短路以及更加易于串联的优势。
[0003]压接式IGBT模块与传统的焊接式IGBT模块相比，器件的杂散电感小，尤其是发射极电感得到了极大的降低。Westcode公司现有的压接式IGBT器件，通过在器件的发射极金属板底端引出辅助发射极，这使得每个驱动回路的杂散电感值大，且有较大差异，从而引起单个芯片驱动电压的不一致;此外，由于栅极PCB板与底部发射极铜板之间存在耦合电容，也将会引起芯片之间的电流振荡，从而降低了器件的整体可靠性。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种改进的压接式IGBT器件。
[0005]本发明提供的技术方案是:一种改进的压接式IGBT器件，包括管壳和同轴设于所述管壳上、下两端的板状金属电极，下端金属电极的内侧面上固定有凸台，所述凸台与上端金属电极之间压接有IGBT功率子模块;所述IGBT功率子模块包括栅极信号输入端和栅极信号输出端;其改进之处在于:所述栅极信号输入端和平行于所述下端金属电极的栅极PCB板电气相连;所述栅极信号输出端和平行于所述下端金属电极的辅助发射极PCB板电气相连。
[0006]优选的，所述凸台阵列式分布在所述下端金属电极的内侧面上;所述凸台的顶部两侧设有位于其对角线上的开口朝外的两个缺口；其中一个缺口用于固定栅极PCB板，另一个缺口用于固定辅助发射极PCB板；
[0007]所述栅极PCB板和所述辅助发射极PCB板位于同一水平面上;所述栅极PCB板和所述辅助发射极PCB板在交叉重叠的位置，上板凸起并横跨过下板，以在空间上隔开并保持绝缘。
[0008]进一步，所述IGBT功率子模块包括由下至上依次压接的导电银片、底部钼片、绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片和顶部钼片;所述导电银片和底部钼片的形状和大小与绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的发射极有源区形状和大小分别一致;所述导电银片的下表面与所述辅助发射极PCB板电气相连，所述顶部钼片的上表面与所述上端金属电极的内侧面压接;所述绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的栅极与所述栅极PCB板电气相连。
[0009]进一步，所述栅极PCB板和所述辅助发射极PCB板的上表面均涂覆有金属层，所述栅极PCB板的金属层与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的栅极电气相连，用于栅极电流的流入;所述辅助发射极PCB板的金属层与所述导电银片的下表面电气相连，用于栅极电流的输出。
[0010]进一步，所述金属层涂覆在绝缘塑料板上，所述金属层的宽度窄于对应绝缘塑料板的宽度。
[0011]进一步，所述导电银片、底部钼片、绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片和顶部钼片安装在矩形绝缘框架内；所述矩形绝缘框架的内部两侧设有位于其对角线上的两个通孔;所述两个通孔与所述凸台两侧的缺口相适应，以使所述绝缘框架安装在所述凸台上时，所述两个通孔分别位于所述两个缺口内；
[0012]所述栅极PCB板和所述辅助发射极PCB板分别平放在所述凸台两侧的缺口内，与所述缺口底部相压接;所述栅极PCB板的上表面金属层与对应通孔的下表面相压接，并通过贯穿所述通孔的顶针与绝缘栅双极型晶体管IGBT的栅极电气相连;所述辅助发射极PCB板的上表面金属层与对应通孔的下表面相压接，并通过贯穿所述通孔的顶针与导电银片电气相连。
[0013]进一步，所述两个通孔的上表面存在高度差，高度差等于所述导电银片与所述底部钼片的厚度之和，以使所述导电银片的下表面与所述两个通孔中的其中一个通孔的上表面接触时，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的栅极与所述两个通孔中的另一个通孔的上表面接触。
[0014]优选的，所述凸台与上端金属电极之间还压接有D1de功率子模块，所述IGBT功率子模块和所述D1de功率子模块压接在不同的凸台上;所述D1de功率子模块分布在所述下端金属电极的外围区域;所述IGBT功率子模块分布在所述下端金属电极的中间区域，被所述D1de子模块包围。
[0015]进一步，下端金属电极的内侧面上分布有凹槽，每个凹槽内固定有一个凸台；
[0016]所述凸台的两侧设有平行于管壳轴线方向上的柱子，所述凹槽的两侧设有与所述柱子相适应的沟槽;所述柱子容纳于所述沟槽内，以将所述凸台限制在所述凹槽内。
[0017]进一步，所述凸台与所述凹槽底部相接触的面为向上凹陷的凹面;所述凹面为曲面或斜面；
[0018]所述凹槽为矩形，所述凹槽的宽度等于凸台的对应边长，以将所述凸台限制在所述凹槽内；所述凹槽的长度略大于凸台的对应底部长度;所述凹面的横截面为拱形;所述凹面的横截面对称线垂直于所述凹槽的长度。
[0019]与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步:
[0020]1)本发明提供的压接式IGBT器件的栅极信号输入端和栅极信号输出端分别通过栅极PCB板和辅助发射极PCB板引出，减小了辅助发射极回路的杂散电感，提高了每个IGBT功率子模块驱动回路参数的一致性;另外，降低了辅助发射极回路的杂散电容，降低了IGBT功率子模块之间发生电流振荡的危险。
[0021]2)绝缘框架内部两侧的通孔上表面存在高度差，且高度差为导电银片与底部钼片的厚度之和，使得压接式IGBT器件的结构更加紧凑，电气连接更加可靠;提高了压接式IGBT器件的工作可靠性。
[0022]3)本发明提供的压接式IGBT模块的凸台底部设有向上凹陷的凹面，使得凸台在压力条件下，向下移动的位移远远大于顶部钼片、半导体芯片、底部钼片以及导电银片在压力方向上所产生的形变之和，降低了压接式IGBT模块对钼片、芯片、导电银片厚度的一致性要求、对凸台高度的一致性要求，在金属片厚度以及凸台高度存在容差的情况下，仍然可以保持各个芯片之间的压力差异性小，压力差异减小后将会降低各个芯片与散热器之间的热阻差异，从而改善了芯片散热的一致性，提高了器件的使用性能。
[0023]4)本发明提供的压接式IGBT模块结构灵活，凸台通过两侧的条形柱子限位在凹槽内，IGBT功率子模块所对应的凸台和D1de功率子模块所对应的凸台的数量以及位置可调，从而可以根据需求来设置IGBT和D1de芯片的比例以及相对位置。
【附图说明】
[0024]图1是本发明中使用的塑料框架、探针以及钼片、芯片、导电银片的相对位置示意图；
[0025]图2是本发明中绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片对应的凸台结构图；
[0026]图3是本发明中PCB板布局示意图；
[0027]图4是本发明中PCB板交叉重叠时的相对位置俯视图；
[0028]图5是本发明中凸台、凹槽、PCB板安装在一起时的纵剖面结构示意图；
[0029]其中:1、顶部钼片;2、绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片;3、底部钼片;4、导电银片;5、顶针5-1，顶针5-2 ； 6、绝缘框架;7、通孔7-1，通孔7_2 ； 8、IGBT芯片对应凸台；9、栅极PCB板；
10、辅助发射极PCB板;11、下端金属电极;12、D1de芯片对应凸台；13-缺口 ； 14-条形柱子。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0031]为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0032]本发明提供的大功率压接式IGBT模块的外部由管壳和设置在管壳上、下两端的两个金属电极板组成，内部为功率子模块以及相应的凸台。
[0033]如图4所示，所述功率子模块包括IGBT功率子模块和D1de功率子模块，所述IGBT功率子模块和所述D1de功率子模块压接在不同的凸台上，呈阵列式分布;所述D1de功率子模块分布在所述下端金属电极11的外围区域，呈圆周分布;所述IGBT功率子模块分布在所述下端金属电极11的中间区域，被所述D1de子模块包围。
[0034]本发明的重点在于使用两块PCB板将所述IGBT功率子模块的栅极信号输入端和栅极信号输出端引出；所述两块PCB板分别为栅极PCB板9和辅助发射极PCB板10;所述栅极PCB板9和所述辅助发射极PCB板10沿平行于下端金属电极11的方向架设在凸台之间。
[0035]如图3所示，为了固定PCB板，在所述绝缘栅双极型晶体管所对应的凸台的顶部两侧设有位于其对角线上的开口朝外的两个缺口 13;缺口 13可以为方形，也可以为圆弧形，缺口 13深度为凸台高度的30%-80%;其中一个缺口 13用于固定栅极PCB板9，另一个缺口 13用于固定辅助发射极PCB板10。
[0036]如图1所示，所述IGBT功率子模块包括由下至上依次压接的导电银片4、底部钼片
3、绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片2和顶部钼片1;所述导电银片4和底部钼片3的形状和大小与绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片2的发射极有源区形状和大小分别一致;所述导电银片4的下表面与所述辅助发射极PCB板10电气相连，所述顶部钼片1的上表面与所述上端金属电极的内侧面压接;所述绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片2的栅极与所述栅极PCB板9电气相连。
[0037]所述栅极PCB板9和所述辅助发射极PCB板10的上表面均涂覆有金属层，所述栅极PCB板9的金属层与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的栅极电气相连，用于栅极电流的流入；所述辅助发射极PCB板10的金属层与所述导电银片4的下