具有双面散热能力的双向开关功率器件及制作方法与流程

文档序号:19410567发布日期:2019-12-14 00:21阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种具有双面散热能力的双向开关功率器件,其特征是,由两组igbt芯片和续流二极管芯片、功率端子和信号端子、缓冲层、粗铝丝、环氧树脂塑封胶、有两个集电极汇流结构的下陶瓷覆铜基板dbc、作为共发射极汇流结构的上陶瓷覆铜基板dbc组成;通过纳米银低温烧结方法,使得两组igbt芯片和续流二极管并联支路组与下陶瓷覆铜基板dbc基板相连,之后通过引线键合将硅基igbt的门极引出,再通过缓冲层使硅基半导体芯片与另一作为共发射极汇流结构的上陶瓷覆铜基板dbc基板相连,实现可双向导通的电路;所述功率端子和信号端子使得模块能够与外界传导功率电流和信号电流;功率端子的一端放置在下陶瓷覆铜基板dbc的集电极汇流结构上所述缓冲层能够缓解igbt芯片发射极和上dbc的连接时所引起的模块内部应力的作用;所述粗铝丝能够将igbt芯片门极引出到下dbc的电极区域,电极区域与信号端子相连,从而实现外部对igbt芯片门极电压的控制;最后通过环氧树脂塑封胶塑封制备完成igbt双向开关模块。

2.如权利要求1所述的具有双面散热能力的双向开关功率器件,其特征是,所述的igbt芯片并联支路组,每块dbc基板上有若干igbt芯片和续流二极管芯片反向并联;igbt芯片与续流二极管芯片数量比为1:1。

3.如权利要求1所述的具有双面散热能力的双向开关功率器件,其特征是,所述的双面散热结构,硅基igbt芯片的集电极与下dbc基板通过烧结纳米银焊膏相连,硅基igbt芯片的发射极通过缓冲层与上dbc基板相连,芯片与缓冲层、缓冲层与上dbc基板相连,从而使模块内部产生的热量从芯片集电极和发射极两个方向排出;所述集电极汇流结构是下dbc基板上与dbc基板其它部分绝缘的结构,实现二极管芯片的阴极与其对应的igbt芯片的集电极电气连接;所述发射极汇流结构是指上dbc基板上实现所有igbt发射极与所有二极管阳极连接的结构,通过这个结构,双向开关实现共发射极连接。

4.一种具有双面散热能力的双向开关功率制作方法,其特征是,步骤如下:

第一步,在硅基igbt的发射极待连接区域利用丝网印刷的方式印制一层30μm-40μm的单层纳米银焊膏,将缓冲层贴在印刷完焊膏的区域;

第二步,在陶瓷覆铜dbc基板待连接区域利用丝网印刷的方式印制一层30μm-40μm的单层纳米银焊膏,将贴好缓冲层的芯片贴在印刷完焊膏的区域;

第三步,将印刷完毕的焊膏,加热到90℃-120℃保温5-15分钟预热,预热的目的是在确保焊膏可润湿性的同时使焊膏变得相对干燥,便于其与芯片或基板的连接及之后的热压;

第四步,将贴好芯片的dbc放置在甲酸/氮气氛围中施加5-10mpa的压力加热至270℃-290℃保温完成烧结。

5.如权利要求4所述的具有双面散热能力的双向开关功率制作方法,其特征是,纳米银焊膏的烧结也可以采用在甲酸/氮气氛围中的无压烧结。

6.如权利要求4所述的具有双面散热能力的双向开关功率制作方法,其特征是,具体步骤进一步细化如下:

步骤一、清洗下dbc基板,将下dbc基板超声清洗预处理:首先使用无水酒精超声清洗dbc基板,通过物理震荡的方法去除基板表面可能存在的污染物颗粒,然后用氮气枪吹干dbc基板表面;

步骤二、印刷纳米银焊膏,首先在半导体芯片和dbc基板待连接区域利用丝网印刷的方式印制一层30μm的单层纳米银焊膏;

步骤三、贴片组装:首先,利用贴片机将缓冲层贴在半导体芯片的焊膏印刷区域,再将贴好缓冲层的半导体芯片贴装在下dbc基板的焊膏印刷区域,将贴好芯片的下dbc基板放置在一次焊接夹具中,将功率端子、信号端子组装好;

步骤四、一次焊;将组装好的模块放置在加热炉进行烧结,首先将待焊工件加热到100℃预热10min,再在甲酸/氮气氛围中对焊膏施加5mpa的压力加热至280℃保温完成烧结;

步骤五、引线键合,通过引线键合技术实现粗铝丝的一端与硅基igbt芯片的门极连接,另一端与dbc基板电极区连接,电极区域已经与信号端子相连,从而实现对igbt芯片门极电压的控制。由于硅基igbt芯片的发射极通过缓冲层与上dbc基板连接,所以铝线键合的高度不能超过缓冲层的高度;

步骤六、二次焊接:首先,按步骤一将上dbc基板清洗干净,再按步骤二在上dbc基板上印刷焊膏,然后置于100℃加热装置中预热10min,之后和一下dbc基板组装,将组装完毕的模块放置在加热炉中,对焊膏施加5mpa的压力加热,烧结后完成后的连接层致密,连接强度可达25mpa以上;

步骤七、塑封,利用环氧树脂塑封胶填充模块内部空隙,并形成一个保护外壳,保护模块。


技术总结
本发明涉及功率电子器件封装技术领域,为提出一种新的双面散热硅基IGBT双向开关模块,本发明,具有双面散热能力的双向开关功率器件,由两组IGBT芯片和续流二极管芯片、功率端子和信号端子、缓冲层、粗铝丝、环氧树脂塑封胶、有两个集电极汇流结构的下陶瓷覆铜基板DBC、作为共发射极汇流结构的上陶瓷覆铜基板DBC组成;通过纳米银低温烧结方法,使得两组IGBT芯片和续流二极管并联支路组与下陶瓷覆铜基板DBC基板相连,之后通过引线键合将硅基IGBT的门极引出,再通过缓冲层使硅基半导体芯片与另一作为共发射极汇流结构的上陶瓷覆铜基板DBC基板相连,实现可双向导通的电路。本发明主要应用于功率电子器件设计制造场合。

技术研发人员:梅云辉;曹君临;陆国权;李欣
受保护的技术使用者:天津大学
技术研发日:2019.08.28
技术公布日:2019.12.13
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