功率变流器中IGBT模块的散热结构及封装工艺的制作方法

文档序号:12788057阅读:来源:国知局

技术特征:

1.功率变流器中IGBT模块的散热结构,其特征在于,包括:第一IGBT芯片(11),其上表面为第一IGBT芯片集电极(14)连接区,其下表面设有第一IGBT芯片发射极(12)连接区和第一IGBT芯片栅极(13)连接区;第一石墨烯薄膜散热层(10)与所述第一IGBT芯片发射极(12)连接区接触。

2.根据权利要求1所述的功率变流器中IGBT模块的散热结构,其特征在于,还包括:第二IGBT芯片(21),其上表面包括第二IGBT芯片发射极(39)连接区和第二IGBT芯片栅极(36)连接区,其下表面为第二IGBT芯片集电极(22)连接区;第二石墨烯薄膜散热层(20)与所述第二IGBT芯片集电极(22)连接区接触。

3.根据权利要求2所述的功率变流器中IGBT模块的散热结构,其特征在于,还包括:

基板(31),其上表面包括第一IGBT芯片的栅极引出端(32)、第一IGBT芯片发射极(12)和第二IGBT芯片集电极(22)的共同引出端(33);

与所述第一石墨烯薄膜散热层(10)和第二石墨烯薄膜散热层(20)横向相连的金属或石墨热沉(42),热沉(42)固定在第一IGBT芯片(11)和第二IGBT芯片(21)中间,所述热沉(42)的纵向厚度既小于第一IGBT芯片发射极(12)连接区的厚度,又小于第二IGBT芯片集电极(22)连接区的厚度;

与所述第一石墨烯薄膜散热层(10)、第二石墨烯薄膜散热层(20)、热沉(42)、第一IGBT芯片栅极(13)连接区的下表面以及基板(31)上表面接触的有石墨烯填充增强的导电导热胶(43);

所述基板(31)上方连接有支架(45),母排(44)由所述支架(45)固定支撑,所述母排(44)上设有:与所述第一IGBT芯片的集电极引出端(35)相连的第一母排端子(46);与所述第一IGBT芯片的栅极引出端(32)相连的第二母排端子(47);与所述第一IGBT芯片发射极和第二IGBT芯片集电极的共同引出端(33)相连的第三母排端子(48);与所述第二IGBT芯片的发射极引出端(41)相连的第四母排端子(49);与所述第二IGBT芯片的栅极引出端(38)相连的第五母排端子(50);

所述母排(44)及支架(45)构成的结构与基板(31)之间填充有硅胶(51)。

4.功率变流器中IGBT模块散热结构的封装工艺,其特征在于,包括以下步骤:

(1)在铜箔(60)表面生长单层石墨烯(61),形成石墨烯/铜箔结构层,在石墨烯/铜箔结构层上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯PMMA(62)作为薄膜支撑层,得到PMMA/石墨烯/铜箔结构层体系;

(2)使用氢氧化钠溶液作为电解液,将直流电源负极连接到PMMA/石墨烯/铜箔结构层体系的铜箔(60)上,同时将直流电源正极连接到铂电极上,将电流逐渐加大,待铜箔(60)与PMMA和石墨烯分离,得到PMMA/石墨烯结构层;

(3)分别将PMMA/石墨烯结构层转移到第一IGBT芯片发射极(12)和第二IGBT芯片集电极(22)上,使单层石墨烯与芯片直接结合,自然风干后用丙酮去除PMMA,即芯片表面得到单层石墨烯薄膜;

(4)提供基板(31),其上表面按照第一IGBT芯片(11)和第二IGBT芯片(21)的贴装方式制作有电极引出线路,其中包括第一IGBT芯片(11)的栅极引出端(32),第一IGBT芯片发射极(12)和第二IGBT芯片集电极(22)的共同引出端(33),第一IGBT芯片(11)的集电极引出端(35),第二IGBT芯片(21)的发射极引出端(41),第二IGBT芯片(21)的栅极引出端(38);在所述基板(31)表面用丝网印刷的方法涂上石墨烯增强导电导热胶(43),将热沉(42)通过石墨烯增强导电导热胶(43)粘在基板(31)表面;

(5)将第一IGBT芯片(11)和第二IGBT芯片(21)通过贴装的方式,即第一IGBT芯片的发射极(12)和第二IGBT芯片的集电极(22)朝下,使单层石墨烯薄膜通过石墨烯增强导电导热胶(43)与基板(31)形成良好接触;同时,第一IGBT芯片(11)和第二IGBT芯片(21)分别放置在热沉(42)两边,并使单层石墨烯薄膜、第一IGBT芯片的发射极(12)和第二IGBT芯片的集电极(22)都与热沉(42)形成物理接触,使得芯片局部热点的热量通过单层石墨烯传递给热沉(42),进而传递给基板(31);

(6)阶梯升温使石墨烯增强导电导热胶(43)固化完全,将第一IGBT芯片的发射极(12)和第一IGBT芯片栅极(13)、第二IGBT芯片集电极(22)与基板(31),以及热沉(42)与基板(31)之间形成互连;用引线键合的方法通过金属线分别将第一IGBT芯片集电极(14)、第二IGBT芯片栅极(36)、第二IGBT芯片发射极(39)与基板(31)上相应的引出端相连;在基板(31)上方安装母排(44)及支架(45),于母排(44)及支架(45)构成的结构与基板(31)之间填充硅胶(51),室温固化。

5.如权利要求4所述功率变流器中IGBT模块散热结构的封装工艺,其特征在于,步骤(6)用引线键合的方法通过第一金属线(34)将第一IGBT芯片集电极(14)与基板(31)上的第一IGBT芯片的集电极引出端(35)相连,通过第二金属线(37)将第二IGBT芯片栅极(36)与基板(31)上的第二IGBT芯片的栅极引出端(38)相连,通过第三金属线(40)将第二IGBT芯片发射极(39)与基板(31)上的第二IGBT芯片的发射极引出端(41)相连。

6.如权利要求4所述功率变流器中IGBT模块散热结构的封装工艺,其特征在于,步骤(6)所述母排(44)上有多个母排端子,其中第一IGBT芯片的集电极引出端(35)与第一母排端子(46)相连,第一IGBT芯片的栅极引出端(32)与第二母排端子(47)相连,第一IGBT芯片发射极(12)和第二IGBT芯片集电极(22)的共同引出端(33)与第三母排端子(48)相连,第二IGBT芯片的发射极引出端(41)与第四母排端子(49)相连,第二IGBT芯片的栅极引出端(38)与第五母排端子(50)相连。

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