一种IGBT封装方法及IGBT封装结构与流程

本说明书涉及半导体器件领域，特别涉及一种igbt封装方法及igbt封装结构。

背景技术：

1、igbt（insulated gate bipolar transistor）器件是近乎理想的半导体大功率开关元件，其具有输入阻抗大、驱动功率小、开关损耗低等特点，广泛应用于智能电网、电力工程等领域。

2、igbt器件在承受较大的电流的时，其工作时产生的热量也不断增加，当igbt器件工作时，产生的热量会使芯片温度迅速上升超过最大允许igbt结温，导致igbt性能下降或失效，目前igbt散热结构通常采用在基板底部设置散热通过热交换的原理来进行散热，但是这种散热结构散热效率较低，不能快速的将igbt模块产生的热量及时带走，导致在igbt电流较大时产生的热量不能及时被带走，从而导致芯片温度迅速上升，导致igbt不能正常工作，igbt模块不能承受更大的电流。

3、因此，需要提供一种igbt封装方法及igbt封装结构，用于提升igbt器件产生的热量的交换效率，从而可以使igbt器件能够承受更大的电流。

技术实现思路

1、本说明书实施例之一提供一种igbt封装结构，包括设置在基板上的外壳，所述基板与外壳之间形成安装空腔，所述安装空腔内设置有dbc板、第一焊层、第二焊层、二极管芯片及igbt芯片，所述dbc板通过所述第一焊层焊接在所述基板上，所述二极管芯片及所述igbt芯片通过所述第二焊层焊接在所述dbc板上，所述dbc板、所述二极管芯片及所述igbt芯片通过键合线电连接，其特征在于，还包括：底部散热基座，所述基板设置在所述底部散热基座，所述基板与所述底部散热基座之间设置有第一导热层；散热驱动集成电路，用于获取所述igbt芯片的温度信息及电流信息；顶部散热基座，所述外壳正对所述基板的一侧开口设置，所述顶部散热基座穿设在所述外壳上；所述散热驱动集成电路设置在所述顶部散热基座位于所述安装空腔内的一侧上，所述散热驱动集成电路与所述顶部散热基座之间设置有第二导热层；散热组件，包括发热侧及吸热侧，所述散热组件的发热侧设置在所述顶部散热基座位于所述安装空腔内的一侧上，所述散热组件的发热侧与所述顶部散热基座之间设置有第三导热层，所述散热组件的吸热侧与所述二极管芯片及所述igbt芯片连接，所述散热组件的吸热侧与所述二极管芯片及所述igbt芯片之间设置有第四导热层；所述散热驱动集成电路还用于基于所述igbt芯片的温度信息及电流信息，驱动所述散热组件对所述igbt芯片进行散热。

2、在一些实施例中，所述散热组件包括上衬底、下衬底及设置在所述上衬底和所述下衬底之间的至少一个散热单元，其中，所述散热单元包括n型半导体件、p型半导体件、第一铜接触板、第二铜接触板及第三铜接触板，所述n型半导体件的一端经烧结接合连接至所述第一铜接触板，所述n型半导体件的另一端经烧结接合连接至所述第二铜接触板，所述p型半导体件的一端经烧结接合连接至所述第二铜接触板，所述p型半导体件的另一端经烧结接合连接至所述第三铜接触板，所述第二铜接触板焊接在所述上衬底上，所述第一铜接触板和所述第三铜接触板焊接在所述下衬底上。

3、在一些实施例中，所述散热单元的数量至少基于所述二极管芯片的工作参数及所述igbt封装结构的应用场景确定；所述上衬底的尺寸及所述下衬底的尺寸至少基于所述dbc板、所述第一焊层、所述第二焊层及所述igbt芯片的尺寸确定。

4、在一些实施例中，所述散热驱动集成电路包括温度采样单元、电流采样单元、信号处理单元及半导体开关单元，所述温度采样单元用于采集所述igbt芯片的温度信息，所述电流采样单元用于采集所述igbt芯片的电流信息，所述信号处理单元用于对所述温度采样单元及所述电流采样单元的输出信号进行处理，所述半导体开关用于基于所述信号处理单元的输出信号驱动所述散热组件对所述igbt芯片进行散热。

5、在一些实施例中，所述信号处理单元包括第一电压比较电路、电流电压信号转换电路、第二电压比较电路及或门，所述温度采样单元的输出端与所述第一电压比较电路的输入端电连接，所述电流采样单元的输出端与所述电流电压信号转换电路的输入端电连接，所述第一电压比较电路的输出端与所述或门的一个输入端电连接，所述第二电压比较电路的输出端与所述或门的另一个输入端电连接，所述或门的输出端与所述半导体开关单元的控制端电连接，所述半导体开关单元串联在所述散热组件的供电端与所述散热组件之间。

6、在一些实施例中，所述顶部散热基座包括：顶部外壳、进水口、出水口、进水管道、出水管道及至少一条水冷支道，所述顶部外壳两端分别开设有所述进水口、所述出水口，所述进水口连接有进水管道，所述出水口连接有出水管道，每条所述水冷支道的一端与所述进水管道连通，每条所述水冷支道的另一端与所述出水管道连通；所述底部散热基座包括：底部外壳、进风口、出风口、进风管道、出风管道及至少一条气流支道，所述底部外壳两端分别开设有所述进风口、所述出风口，所述进风口连接有进风管道，所述出风口连接有出风管道，每条所述气流支道的一端与所述进风管道连通，每条所述气流支道的另一端与所述出风管道连通。

7、在一些实施例中，所述散热驱动集成电路还包括ntc热敏电阻器，所述ntc热敏电阻器串联在所述半导体开关单元与所述散热组件之间。

8、本说明书实施例之一提供一种igbt封装方法，包括：用于制作上述的igbt封装结构，包括：至少基于二极管芯片的工作参数及igbt封装结构的应用场景确定散热单元的数量；基于dbc板、第一焊层、第二焊层及igbt芯片的尺寸确定上衬底的尺寸及下衬底的尺寸，建立热力学模型；通过所述热力学模型，确定所述上衬底的尺寸及所述下衬底的尺寸；基于所述散热单元的数量、所述上衬底的尺寸及所述下衬底的尺寸，制作所述散热组件；将锡膏按设定图形印刷于dbc板的表面及顶部散热基座位于安装空腔内的一侧的表面；将二极管芯片及igbt芯片贴装于所述dbc板的表面；将散热驱动集成电路贴装于所述顶部散热基座位于安装空腔内的一侧的表面；将完成贴片的gbt封装半成品置于真空炉内，进行回流焊接；通过清洗剂对焊接完成后的gbt封装半成品进行清洗；通过键合打线，将所述二极管芯片、所述igbt芯片、所述散热驱动集成电路及所述散热组件间连结起来；对模块壳体表面进行激光打标；对外壳进行点胶并加装顶部散热基座及底部散热基座；功率端子键合；对所述安装空腔进行加注液态环脂树胶并抽真空，加热固化；进行加装顶盖并对端子进行折弯成形。

9、在一些实施例中，所述通过所述热力学模型，确定所述上衬底的尺寸及所述下衬底的尺寸，包括：基于所述热力学模型，确定多个候选温度监测点；建立仿真模型，获取所述仿真模型在仿真工作参数运行过程中，每个所述候选温度监测点的温度监测数据；基于每个所述候选温度监测点的温度监测数据，确定每个所述候选温度监测点与所述仿真工作参数的相关性；基于所述相关性，从所述多个候选温度监测点中确定目标温度监测点；基于所述目标温度检测点确定所述上衬底的尺寸及所述下衬底的尺寸。

10、在一些实施例中，所述基于每个所述候选温度监测点的温度监测数据，确定每个所述候选温度监测点与所述仿真工作参数的相关性，包括：对每个所述候选温度监测点的温度监测数据进行去噪处理，基于去噪处理后的温度监测数据，确定每个所述候选温度监测点与所述仿真工作参数的相关性。

11、与现有技术相比，本说明书提出的一种igbt封装方法及igbt封装结构至少具备以下有益效果：

12、1、通过设置底部散热基座及顶部散热基座，实现双层散热，进一步的，设置散热驱动集成电路及散热组件，在底部散热基座及顶部散热基座散热效果较差或igbt芯片需要更高的散热能力时，散热驱动集成电路自动驱动散热组件对igbt芯片进行散热，可以使igbt器件能够承受更大的电流；

13、2、散热驱动集成电路还包括ntc热敏电阻器，ntc热敏电阻器串联在半导体开关单元与散热组件之间。散热单元的吸热量与通过的电流正相关，而ntc热敏电阻器与温度负相关，因此，igbt芯片温度越高，ntc热敏电阻器的阻值越小，散热单元通过的电流越大，散热组件的吸热效果更强，散热效率更快，实现散热能力随igbt芯片发热情况自动调整。