无引线的IGBT模块及其制作工艺

技术领域

本发明涉及一种IGBT模块，具体涉及一种无引线的IGBT模块及其制作工艺，属于微电子行业领域。

背景技术

IGBT模块是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管，它融合了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作在几十KHZ频率范围，在现代工业电子技术中广泛应用，如变频器，空调，焊机，光伏，汽车等行业。

目前IGBT模块的结构如图2所示，通过铝线将内部芯片(IGBT)与陶瓷覆铜板(DBC)以及外壳互连形成完整的IGBT模块结构，虽然现有结构具有工艺简单，成本低等优点，但存在传热性能差，寄生电感大，铝线载流量有限，各铝线之间电流分配不均，高频电流易造成铝线脱落等缺陷，影响IGBT模块的使用稳定性。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种结构简单，设计合理，体积小，重量轻，热疲劳稳定性好，密封集成度高，能够避免在使用过程中铝线脱落问题的无引线的IGBT模块及其制作工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的无引线的IGBT模块，包括底板，底板顶部焊接陶瓷覆铜板，陶瓷覆铜板顶部焊接IGBT芯片，IGBT芯片顶部焊接铜板，IGBT芯片采用倒装方式设置在陶瓷覆铜板和铜板之间，陶瓷覆铜板上焊接有发射极针脚和门极针脚，铜板上焊接有集电极针脚，所述底板、陶瓷覆铜板、IGBT芯片、铜板、发射极针脚、门极针脚和集电极针脚焊接为一体后在其外侧设置外壳，外壳上部设置有与发射极针脚、门极针脚和集电极针脚相配合的通孔，外壳内侧设置有硅凝胶。

无引线的IGBT模块不再通过铝线进行连接，既缩小了原设计给铝线预留的空间，减小了IGBT模块的体积，减轻了模块重量，还能够避免铝线键合时导致芯片损坏，使IGBT模块失效的问题，保证了IGBT模块的使用稳定性，结构简单，设计合理，疲劳稳定性好，密封集成度高，具有较强的实用性。

进一步的优选，发射极针脚、门极针脚和集电极针脚分别通过锡膏焊接在陶瓷覆铜板和铜板上。连接固定方便。

进一步的优选，IGBT芯片的顶部和底部通过锡膏分别与铜板和陶瓷覆铜板连接为一体。连接固定方便。

进一步的优选，发射极针脚、门极针脚和集电极针脚和通孔的连接处进行焊接密封。保证模块的密封性好。

一种无引线的IGBT模块的制作工艺，包括以下步骤：

(1)将陶瓷覆铜板顶部涂抹锡膏，将IGBT芯片以倒装的方式安装在陶瓷覆铜板顶部的锡膏上；

(2)将底板焊接在陶瓷覆铜板底部，铜片焊接在IGBT芯片的顶部；其中，底板和陶瓷覆铜板通过锡膏焊接为一体，铜片和IGBT芯片通过锡膏焊接为一体。

(3)在陶瓷覆铜板上通过锡膏焊接发射极针脚和门极针脚，在铜板上通过锡膏焊接集电极针脚；

(4)将焊接为一体的底板、陶瓷覆铜板、IGBT芯片、铜板、发射极针脚、门极针脚和集电极针脚放入到充满氮气的焊接炉中进行烧结；烧结的温度为120-130摄氏度，烧结时间为130-160秒，烧结后在85-100摄氏度的条件下保温30-40分钟。

(5)烧结完成后，将外壳固定在底板、陶瓷覆铜板、IGBT芯片、铜板、发射极针脚、门极针脚和集电极针脚的外侧，发射极针脚、门极针脚和集电极针脚的端部穿过外壳上部相配合的通孔后伸出外壳，发射极针脚、门极针脚和集电极针脚与通孔的连接处进行焊接密封；

(6)密封完成后，向外壳内侧注入硅凝胶，硅凝胶将外壳内侧的间隙全部填充满，然后进行固化。

本发明所具有的有益效果是：

1、本发明所述的无引线的IGBT模块及其制作工艺结构简单，设计合理，减少了铝线的使用，大大缩小了原设计给铝线预留的空间，体积小，重量轻，具有较强的实用性。

2、本发明所述的无引线的IGBT模块及其制作工艺通过减少铝线的键合工序，能够有效防止铝线键合时导致芯片损坏，进而使IGBT模块失效的问题，同时，该IGBT集成模块热疲劳稳定性好，密封集成度高，避免了模块在使用过程中的铝线脱落问题，能够保证IGBT模块的质量。

3、本发明所述的无引线的IGBT模块及其制作工艺通过在IGBT芯片上下采用铜材质导体进行连接，由于铜导体具有极高的载流能力，低电阻率和高延展性，能够进一步保证IGBT模块的稳定性。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是现有结构示意图；

图中，1、底板；2、陶瓷覆铜板；3、硅凝胶；4、外壳；5、门极针脚；6、IGBT芯片；7、铜板；8、集电极针脚；9、发射极针脚；10、锡膏。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1所示，本发明所述的无引线的IGBT模块，包括底板1，底板1顶部焊接陶瓷覆铜板2，陶瓷覆铜板2顶部焊接IGBT芯片6，IGBT芯片6顶部焊接铜板7，IGBT芯片6采用倒装方式设置在陶瓷覆铜板2和铜板7之间，陶瓷覆铜板2上焊接有发射极针脚9和门极针脚5，铜板7上焊接有集电极针脚8，所述底板1、陶瓷覆铜板2、IGBT芯片6、铜板7、发射极针脚9、门极针脚5和集电极针脚8焊接为一体后在其外侧设置外壳4，外壳4上部设置有与发射极针脚9、门极针脚5和集电极针脚8相配合的通孔，发射极针脚9、门极针脚5和集电极针脚8的顶端穿过通孔后伸出外壳4，发射极针脚9、门极针脚5和集电极针脚8和通孔的连接处进行焊接密封，外壳4内侧设置有硅凝胶3，通过硅凝胶3将外壳4内部的空间全部填充满并进行固化。

所述的发射极针脚9、门极针脚5和集电极针脚8分别通过锡膏10焊接在陶瓷覆铜板2和铜板7上。IGBT芯片6的顶部和底部通过锡膏10分别与铜板7和陶瓷覆铜板2连接为一体。

一种无引线的IGBT模块的制作工艺，包括以下步骤：

(1)将陶瓷覆铜板2顶部涂抹锡膏10，将IGBT芯片6以倒装的方式安装在陶瓷覆铜板2顶部的锡膏10上；

(2)将底板1焊接在陶瓷覆铜板2底部，铜片7焊接在IGBT芯片6的顶部；底板1和陶瓷覆铜板2通过锡膏10焊接为一体，铜片7和IGBT芯片6通过锡膏10焊接为一体。

(3)在陶瓷覆铜板2上通过锡膏10焊接发射极针脚9和门极针脚5，在铜板7上通过锡膏焊接集电极针脚8；

(4)将焊接为一体的底板1、陶瓷覆铜板2、IGBT芯片6、铜板7、发射极针脚9、门极针脚5和集电极针脚8放入到充满氮气的焊接炉中进行烧结；烧结的温度为120-130摄氏度，烧结时间为130-160秒，烧结后在85-100摄氏度的条件下保温30-40分钟。

(5)烧结完成后，将外壳4固定在底板1、陶瓷覆铜板2、IGBT芯片6、铜板7、发射极针脚9、门极针脚5和集电极针脚8的外侧，发射极针脚9、门极针脚5和集电极针脚8的端部穿过外壳4上部相配合的通孔后伸出外壳4，发射极针脚9、门极针脚5和集电极针脚8与通孔的连接处进行焊接密封；

(6)密封完成后，向外壳4内侧注入硅凝胶3，硅凝胶3将外壳4内侧的间隙全部填充满，然后进行固化。

本发明结构简单，设计合理，体积小，重量轻，热疲劳稳定性好，密封集成度高，不但能够避免在使用过程中铝线脱落问题，还能够有效防止铝线键合时导致芯片损坏所造成的IGBT模块失效问题，具有较强的实用性。

本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。