一种用于压接型IGBT的绝缘框架结构的制作方法

本发明涉及功率半导体技术领域，具体涉及一种用于压接型igbt的绝缘框架结构。

背景技术：

绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，简称igbt)因具有驱动控制容易、开关频率高、导通电压低、通态电流大等优点，被作为自动控制和功率变换的关键核心部件，广泛应用于直流电压为600v及以上的变流系统，如轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域。随着igbt芯片设计与工艺技术的不断进步，模块封装理念及材料的不断革新以及市场强大的需求，igbt器件正在向更高功率密度、更高工作频率、更高工作温度和更高可靠性方向发展，特别是在柔性直流输电领域，高压大功率igbt成为主要的发展方向。目前，除了硅igbt器件产品最高电压水平达到了6.5kv之外，碳化硅器件耐压高达25kv，这样的器件在直流输电换流装置应用后，将大大减少串联器件的数量，相应的提高了装置的可靠性。

为了适应上述串联应用，高压igbt一般需采用压接型封装结构，压接型封装结构的典型特征是并联芯片按照一定方式布局，芯片集电极(c极)和发射极(e极)至少有一侧与同电位引出端依靠压力接触，两个电极引出端相互平行，内部填充绝缘介质，外部用绝缘外壳固定密封。该结构与另外一种典型封装结构-焊接型式相比，压接型具有低热阻、低寄生参数、高可靠性等特点，更适合应用于高压大功率应用领域。

不断提高的电压等级和电流容量不但使igbt芯片设计与制造变更加复杂，同时更高功耗的散热、芯片外的绝缘配合以及多芯片并联结构固定定位等要求给器件的封装结构带来了很大的困难，其中封装绝缘配合及结构固定定位问题需要通过设计绝缘外壳或者框架来解决。一般情况下绝缘外壳或框架采用陶瓷材料或者树脂复合材料，在保证电气间隙的同时为了满足爬电距离，外形增加了一些类似绝缘子环形伞裙的结构。当电压等级提高时，电气间隙和爬电距离按照规定增加，为了使所设计的器件通用性强，高度在满足电气间隙的同时应尽可能的小一些，而此时再采用环形伞裙结构就很难满足爬电距离的要求。另外，当高压igbt并联芯片数量增多时，压接芯片容易出现错位导致短路失效，现有技术采用环形伞裙的绝缘框架结构体积大，通用型和稳定性弱，不易加工，定位复杂，存在不同高电压等级下的绝缘配合问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中体积大、通用型和稳定性弱、不易加工、定位复杂、存在不同高电压等级下的绝缘配合问题的不足，本发明提供一种用于压接型igbt的绝缘框架结构，包括内凹槽、e极立柱、g极立柱、导向隔板和伞裙；导向隔板和伞裙分别位于内凹槽的下侧和外侧，e极立柱和g极立柱均竖直设置在内凹槽内部；伞裙包括至少两层依次排列的l型伞裙片，体积小，通用性和稳定性强，易加工，定位简单，可有效解决不同高电压等级下的绝缘配合问题，满足器件内部多芯片并联结构的固定定位要求。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种用于压接型igbt的绝缘框架结构，包括内凹槽、e极立柱、g极立柱、导向隔板和伞裙；

所述导向隔板和伞裙分别位于内凹槽的下侧和外侧，所述e极立柱和g极立柱均竖直设置在内凹槽内部；

所述伞裙包括至少两层依次排列的l型伞裙片。

所述伞裙片的数量随电压等级的升高而依次递增。

所述l型伞裙片的长度相等或按照从外到里的顺序依次递增。

所述l型伞裙片的厚度小于相邻l型伞裙片外侧的间距。

所述内凹槽包括位于底部的分隔板和位于四周的挡板；

所述分隔板上设有灌胶口和排气孔。

所述灌胶口为圆形或椭圆形，用于封装igbt芯片时灌注硅凝胶；

所述排气孔设有多个且均匀分布，用于灌注硅凝胶时排除空气。

所述内凹槽的深度与硅凝胶的厚度相等。

所述e极立柱的一侧与分隔板连接，其另一侧与igbt芯片设有预设距离；

所述e极立柱的内部设有孔，所述孔为方形孔，所述方形孔用于放置e极钼片，并对e极引出端进行限位。

所述g极立柱一侧与分隔板连接；

所述g极立柱的内部设有孔，所述孔对g极引出端进行限位。

所述e极立柱的数量与igbt芯片的数量相等；

所述g极立柱的数量至少为两个。

所述导向隔板竖直设置于分隔板下侧，其设有孔；

所述孔与e极立柱的孔以及g极立柱的孔相通，用于将igbt芯片的e极引出端压入e极立柱时对e极引出端进行导向定位和相互隔离，并用于将igbt芯片的g极引出端压入g极立柱时对g极引出端进行导向定位和相互隔离。

所述e极引出端的数量与e极立柱的数量相等，所述g极引出端的数量与g极立柱的数量相等；

所述导向隔板上孔的尺寸与g极引出端和e极引出端相匹配，所述孔的数量为e极引出端的数量与g极引出端的数量之和。

所述绝缘框架结构还包括支撑槽，所述支撑槽用于对igbt芯片进行封装时的c极钼板进行定位和支撑。

支撑槽的尺寸与c极钼片相匹配，c极钼片与分隔板平行。

所述支撑槽内部设有凹槽，所述凹槽内填充粘结剂；

所述粘结剂用于将对igbt芯片进行封装时的c极钼板与支撑槽固定。

所述绝缘框架结构采用阻燃树脂类改性塑料开模注塑成型，其尺寸偏差不大于0.1mm；

所述绝缘框架结构的高度高于对应电压等级电气间隙要求的高度，且相比漏电起痕指数大于等于600。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的用于压接型igbt的绝缘框架结构包括内凹槽、e极立柱、g极立柱、导向隔板和伞裙；所述导向隔板和伞裙分别位于内凹槽的下侧和外侧，所述e极立柱和g极立柱均竖直设置在内凹槽内部；所述伞裙包括至少两层依次排列的l型伞裙片，体积小，通用性和稳定性强，易加工，定位简单，可有效解决不同高电压等级下的绝缘配合问题，满足器件内部多芯片并联结构的固定定位要求；

本发明适用于不同电压等级下封装igbt芯片，尤其适用于高压环境下的封装，且可实现对igbt芯片及内外其他结构的支撑固定与电气绝缘；

本申请提供的绝缘框架结构提供了足够的电气间隙和爬电距离，能够满足高电压等级下的电气绝缘配合要求，可灵活调整尺寸以满足不同规格器件的封装要求；

本发明采用采用阻燃树脂类改性塑料开模注塑成型，可实现批量加工，电气绝缘强度高，抗爬电，机械性能优良；

本发明在封装的过程中针对不同部件的连接做了相应的固定或定位，包括igbt芯片及c极钼片固定、e极钼片及e极引出端的定位、硅凝胶灌封固定限位等，保证所有零件准确装配和可靠连接，定位简单，降低了封装难度，提高了封装质量。

由多层l型伞裙片构成的伞裙满足长爬电距离要求，同时不会明显增加外形尺寸；

本发明设置的灌胶口和排气孔有利于灌注硅凝胶并排除空气，降低气泡引起的局部放电和受热膨胀带来的不利影响。

附图说明

图1是本发明实施例中用于压接型igbt的绝缘框架结构立体图；

图2是本发明实施例中用于压接型igbt的绝缘框架结构剖视图；

图3是本发明实施例中用于压接型igbt的绝缘框架结构俯视图；

图4是本发明实施例中用于压接型igbt的绝缘框架结构封装示意图；

图中，1-绝缘框架结构，2-支撑槽，3-内凹槽，31-分隔板，32-排气孔，33-挡板，4-e极立柱，5-g极立柱，6-伞裙，7-灌胶口，8-导向隔板，9-c极钼板，10-igbt芯片，11-e极钼片，12-g极引出端，13-e极引出端，14-硅凝胶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供一种用于压接型igbt的绝缘框架结构，如图1-3所示，该绝缘框架结构1包括内凹槽3、e极立柱4、g极立柱5、导向隔板8和伞裙6；

导向隔板8和伞裙6分别位于内凹槽3的下侧和外侧，e极立柱4和g极立柱5均竖直设置在内凹槽3内部；

伞裙6包括至少两层依次排列的l型伞裙片。

伞裙片的数量随电压等级的升高而依次递增，本发明实施例设有三层l型伞裙片，l型伞裙片的长度相等或按照从外到里的顺序依次递增。l型伞裙片的厚度小于相邻l型伞裙片外侧的间距。

内凹槽3包括位于底部的分隔板31和位于四周的挡板33；

分隔板31上设有灌胶口7和排气孔32，有利于灌注硅凝胶14并排除空气，降低气泡引起的局部放电和受热膨胀带来的不利影响。

灌胶口7用于封装igbt芯片10时灌注硅凝胶14，其为圆形或椭圆形，本实施例中的灌胶口7为椭圆形，灌注硅凝胶14后，内凹槽3的深度与硅凝胶14的厚度相等。

排气孔32设有多个且均匀分布，用于灌注硅凝胶14时排除空气，本实施例中，排气孔32一共设有12个，4个均匀设置在分隔板31的中间位置，其余8个均匀布置在分隔板31的两条长边上，即每条长边上分布有4个排气孔32。

e极立柱4的一侧与分隔板31连接，其另一侧与igbt芯片10设有预设距离；

e极立柱4的内部设置的孔为方形孔，方形孔用于放置e极钼片11，并对e极引出端13进行限位，避免e极钼片11压到igbt的g极终端而造成短路失效。

g极立柱5一侧与分隔板31连接，g极立柱5内部设置的孔对g极引出端12进行限位。

e极立柱4的数量、e极引出端13的数量与igbt芯片10的数量均相等。

g极引出端12的数量与g极立柱5的数量相等，g极立柱5的数量至少为两个，本发明实施例设有两个g极立柱。导向隔板8竖直设置于分隔板31下侧，导向隔板8上的孔与e极立柱4的孔以及g极立柱5的孔相通，用于将igbt芯片10的e极引出端13压入e极立柱4时对e极引出端13进行导向定位和相互隔离，并用于将igbt芯片10的g极引出端12压入g极立柱5时对g极引出端12进行导向定位和相互隔离。

导向隔板8上设置的孔的尺寸与g极引出端12和e极引出端13相匹配，且导向隔板8上设置的孔的数量为e极引出端13的数量与g极引出端12的数量之和。

本发明实施例提供的绝缘框架结构1还包括支撑槽2，支撑槽2用于对igbt芯片10进行封装时的c极钼板9进行定位和支撑，其尺寸与c极钼片9相匹配，c极钼片9与分隔板31平行。支撑槽2内部设有0.5mm的凹槽，凹槽内填充粘结剂，粘结剂用于将对igbt芯片10进行封装时的c极钼板9与支撑槽2固定。

绝缘框架结构1采用阻燃树脂类改性塑料开模注塑成型，其尺寸偏差不大于0.1mm；且绝缘框架结构1的高度高于对应电压等级电气间隙要求的高度，且相比漏电起痕指数cti大于等于600。

对本发明实施例提供的绝缘框架结构进行封装的实例如图4所示，封装时，将一整块c极钼板9与多个igbt芯片10(igbt芯片的数量由内部的电流决定，电流越大，需要的igbt芯片数量越多)安装在支撑槽2中，并将与igbt芯片10对应数量的e极钼片11放入e极立柱4内，igbt芯片10的g极引出端12压入g极立柱5，e极引出端13压入e极立柱4，完成上述装配后整体施加一定压力后，通过灌胶口7灌入硅凝胶14，实现压接型igbt的封装。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。