一种igbt模块的新型封装结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子封装技术领域，特别是涉及一种IGBT模块的新型封装结构。
【背景技术】
[0002]各类电力电子器件一直在朝着提高集成度、减小芯片尺寸及增加时钟频率的趋势发展，与之相伴的是器件功率和功率密度急剧增加而产生的过高温及热应力的形成，由此带来器件工作稳定性的降低和损坏率的增加。因此，电力电子器件的散热问题是目前电力电子器件研宄的关键技术之一，也是当今研宄的热点。其中，随着IGBT的广泛应用和容量增大，对IGBT模块的散热和封装方法提出了更高要求。
[0003]当前应用比较普遍的散热方法，包括风冷、液冷、热管制冷等。近年来，对于这方面的研宄不断深入，取得了不少成果，IGBT的散热问题得到了大大的改善。但是大部分散热装置都是在IGBT模块外部进行改进或者优化，太依赖IGBT模块的基板传热，热量不一定能能快速及时的从芯片散出，无法保证IGBT芯片和续流二极管芯片的正常工作温度。
[0004]公开号为CN204118057U的发明专利公开了一种使用热管的压接式IGBT封装结构，该封装结构整体结构紧凑，且能够兼顾芯片保护，，具有较好的散热路径；且由于使用了热管，功能上实现了双面散热，整体热阻较小。但是因为竖直方向上采用硬压接结构，器件进行压装时芯片承受压装力，因此芯片就有可能因为过大的压力而被机械破坏。
[0005]TEC又称为半导体制冷或热电制冷，是指具有热电制冷转换特性的材料在通过直流电时具有制冷功能。TEC制冷不需要任何制冷剂，可连续工作，没有运动部件，无噪音，能同时制冷与制热，控制方便，还可用多个芯片进行串并联组合加大制冷功率，具有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006]为克服上有技术的不足，本发明提供一种IGBT模块的新型封装结构，它通过与TEC芯片结合，散热效率可以达到很高的要求，具有结构简单，安装方面，布局合理，散热效果好的特点。
[0007]为达到上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现:
[0008]I)该IGBT模块具有η个单元，将η个IGBT芯片以及其对应的续流二极管芯片焊接在DBC板上；
[0009]2)选取η个合适尺寸的TEC芯片，并将其冷端和DBC板紧密连接，其位置与DBC板上的IGBT芯片和续流二极管芯片对应；
[0010]3)将所用的η个TEC芯片热端固定在热沉上，热沉尺寸适当；
[0011]与现有技术相比，本发明的优点是:
[0012]1.采用TEC芯片来作为热量传递的媒介，TEC制冷散热是唯一能将热源温度降至环境温度以下，以快速冷却热源的散热技术，具有结构简单、体积小、重量轻、、可靠性高、制冷温差大、快速简单制冷的优点，可满足大功率IGBT模块的散热需求；
[0013]2.采用热沉代替普通基板，加快了热量传导到IGBT模块外部的速度，保证了 IGBT模块的工作特性；
[0014]3.结构比较简单，不需要复杂的设计加工；
[0015]4.本发明是在现有的IGBT封装结构上进行散热方面的优化改进，不改变其电气特性，不会对IGBT模块的工作特性造成影响。
【附图说明】
[0016]图1为IGBT模块的原有结构正视图；
[0017]图2为IGBT模块新型封装结构正视图；
[0018]图3为IGBT模块新型封装结构俯视图；
[0019]图4为型号SKM300GB063D的IGBT模块的新型封装结构正视图；
[0020]其中，1-1GBT芯片，2-续流二极管芯片，3-焊接层，4-传统金属基板，5-基板，6-陶瓷外壳，7-DBC板，8-导热硅脂，9-TEC芯片，10-热沉。
【具体实施方式】
[0021]下面对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明:
[0022]I)该IGBT模块具有η个单元，将η个IGBT芯片I以及其对应的续流二极管芯片2焊接在DBC板7上；
[0023]2)选取η个合适尺寸的TEC芯片9，并将其冷端和DBC板7紧密连接，其位置与DBC板上7的IGBT芯片I和续流二极管芯片2对应；
[0024]3)将所用的η个TEC芯片9热端固定在热沉10上，热沉尺寸适当；
[0025]结合本发明方法的内容提供以下IGBT模块新型封装结构的实例，具体步骤如下:
[0026]1.以型号 SKM300GB063D 的 IGBT 模块为例，DBC 板尺寸为 74mm*52mm*0.38mm,将四块IGBT芯片及其对应的续流二极管合理均匀地焊接在DBC板上；
[0027]2.选取热沉，尺寸为 104mm*60mm*3mm ;
[0028]3.选取四块合适的TEC芯片，尺寸为20mm*20mm*3.9mm ;
[0029]4.使用导热硅脂将TEC芯片冷端与DBC板耦合在一起，并保证TEC芯片位置与PCB板上的IGBT芯片和续流二极管芯片对应；
[0030]5.将所有的TEC芯片热端固定在选定好的热沉上，保证两者紧密连接；
[0031]6.最后进行IGBT模块的内部线路连接和陶瓷外壳的封装。
【主权项】
1.一种IGBT模块的新型封装结构，其特征在于: 1)该IGBT模块具有η个单元，将η个IGBT芯片以及其对应的续流二极管芯片焊接在覆铜陶瓷基板(Direct Bonding Copper, DBC)上； 2)选取η个合适尺寸的TEC芯片，并将其冷端和DBC板紧密连接，其位置与DBC板上的IGBT芯片和续流二极管芯片对应； 3)将所用的η个TEC芯片热端固定在热沉上，热沉尺寸适当。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2)中，TEC芯片与IGBT芯片、续流二极管芯片分别位于DBC板的两侧，且大小、位置对应。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3)中，选取的热沉尺寸适当，要保证TEC芯片能够合理均匀地分布在热沉上。
【专利摘要】本发明公开了一种IGBT模块的新型封装结构，其特征在于：包括IGBT芯片和续流二极管芯片、DBC板、TEC芯片、热沉(heat sink)。TEC和热沉的组合应用可以更快速的将芯片产生的高热流密度的热量传导到IGBT模块外部，可以达到快速、高效散热的目的。本发明在现有IGBT模块封装结构的基础上与TEC芯片、热沉进行有机结合，能够有效的改善IGBT模块的散热问题，突破了IGBT模块散热只能在模块外部进行优化改进的局限性，具有良好的应用前景。
【IPC分类】H01L23/367, H01L25/07, H01L23/38
【公开号】CN104966713
【申请号】CN201510323615
【发明人】郝晓红, 彭倍, 赵静波
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月12日