用于承载芯片的绝缘衬板以及igbt模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气领域，特别涉及一种用于承载芯片的绝缘衬板。
【背景技术】
[0002]在IGBT模块中通常有多个IGBT芯片并联，这些芯片都承载在各自的绝缘衬板上。作为IGBT模块中最基本的结构单元，绝缘衬板的厚度通常为0.63mm或1mm，并且在绝缘衬板的两个表面上均设置有金属层。例如，金属层可通过烧结或活性钎焊技术与绝缘衬板实现连接。由此，绝缘衬板不但通过上表面的金属层实现电气互连而起着承载着芯片的作用；还使表面的电路和散热器之间实现电气绝缘。此外，绝缘衬板还是IGBT模块的主要散热通道。
[0003]随着IGBT模块的电压的不断提升，对绝缘衬板的绝缘性能也提出了更高的要求。但是，当高电压施加在绝缘衬板的正面金属层和背面金属层之间时，会在金属层与绝缘衬板的界面拐角附近出现电场集中的问题，例如通常电场强度达到几十KV/_甚至几百KV/_。这种电场集中的问题会极大地影响模块的使用。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提出了一种用于承载芯片的绝缘衬板。在使用本发明的绝缘衬板时，能有效降低金属层与绝缘衬板的界面拐角处的电场，从而避免了对绝缘衬板绝缘特性的影响，以确保模块的正常功能的发挥。
[0005]根据本发明的第一方面，提出了一种用于承载芯片的绝缘衬板，包括:含有多个绝缘板的层叠体，在相邻绝缘板之间设置有金属层，多个绝缘板中的每一个均大于与之相邻的两个金属层的面积。
[0006]根据本发明的绝缘衬板，金属层完全处于相邻的绝缘板之间。申请人发现:由于绝缘板的面积大于金属层的面积，因此在绝缘板和金属层之间的界面拐角处电场集中的问题得以缓解，从而其能够承受较高的电压。此外，设置在绝缘板之间的金属层使得绝缘衬板的导热性能大幅提高，这也有助于提高模块的散热性能。
[0007]在一个实施例中，按照从层叠体的顶层到底层的方向，绝缘板和金属层的面积逐渐增加。这种结构的绝缘衬板具有更低的重心，稳定性更好。此外，在制备这种绝缘衬板时，可以方便地在面积较大的下层绝缘板和/或金属层上设置面积较小的绝缘板和金属层，制备更加方便。
[0008]在一个实施例中，绝缘板的数量在2-5之间。申请人发现，随着绝缘板的数量增加，绝缘衬板耐高电压的能力会增加；但是绝缘衬板整体的高度会变大，导致其易用性降低。随着绝缘板的数量减少，绝缘衬板耐高电压的能力会大幅降低。当绝缘板的数量在2-5，特别是2-3时，绝缘衬板能够承受绝大多数电压的而不被击穿，并且其高度也较小，使用范围较广。
[0009]在一个实施例中，多个金属层中的每一个的边缘均为圆滑过渡。在这种结构中，由于绝缘板和金属层的边缘均为圆滑过渡，这些边缘处的曲率半径也就较大。这大大减小了在边缘处的电荷密度，有助于减轻在绝缘板和金属层的界面拐角处的电场集中的问题。
[0010]在一个实施例中，绝缘板为氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷中的一种，或环氧树脂。优选地，金属层为铜、铝、钼、钨中的一种。这些金属都具有良好的导热性，以便与提高绝缘衬板的导热性。
[0011]在一个实施例中，金属层通过烧结或钎焊或塑封的方式与绝缘板接合在一起。
[0012]根据本发明的第二方面，提出了一种IGBT模块，其包括根据上文所述的绝缘衬板，在层叠体的最顶层的绝缘板的外表面上设置有正面金属层，在层叠体的最低层的绝缘板的外表面上设置有背面金属层。
[0013]与现有技术相比，本发明的优点在于:(I)由于绝缘板的面积大于金属层的面积，能有效降低绝缘板和金属层之间的界面拐角处的电场集中的现象。基于此，在本发明的绝缘衬板内电场集中的问题得以缓解，从而其能够承受较高的电压。(2)设置在绝缘板之间的金属层使得绝缘衬板的导热性能大幅提高，这也有助于提高模块的散热特性。
【附图说明】
[0014]在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0015]图1示意性地显示了现有技术中的用于IGBT模块的绝缘衬板。
[0016]图2以示意性地显示了根据本发明的绝缘衬板。
[0017]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0019]图1示意性地显示了现有技术中的用于IGBT模块的绝缘衬板10。如图1所示，绝缘衬板10包括绝缘板11、设置在绝缘板11的正面的正面金属层14和设置在绝缘板11的背面的背面金属层12。在使用这种IGBT模块时，在绝缘板11和正面金属层14之间或背面金属层12之间的界面拐角13、15处存在有严重的电场集中的问题。拐角13、15处电场强度甚至可达到几百KV/mm。
[0020]图2显示了根据本发明的绝缘衬板20。这种绝缘衬板20可用于IGBT模块中。如图2所示，绝缘衬板20包括含有多个绝缘板22的层叠体21，在相邻的绝缘板之间设置有金属层23。应注意地是，金属层23完全处于与之相邻的绝缘板22的范围内。从整体来看，这种层叠体21就是三明治式的结构。在一个实施例中，金属层23通过烧结或钎焊或塑封的方式与绝缘板22接合在一起。当将绝缘衬板20用于IGBT模块中时，在层叠体21的最顶层的绝缘板的外表面上设置有正面金属层24，在最低层的绝缘板的外表面上设置有背面金属层25。
[0021]设置多个绝缘板22可提高绝缘衬板20的耐高电压的性能。而金属层23则可提高绝缘衬板20的导热性。更重要地是，申请人发现:由于绝缘板22的面积大于金属层23的面积，因此在绝缘板22和金属层23或正面金属层24或背面金属层25之间的界面拐角处31电场集中问题得到有效改善。基于此，在本发明的绝缘衬板20内电场集中的问题得以缓解，从而其能够承受较高的电压。在一个优选的实施例中，绝缘板22可为氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷中的一种。绝缘板22还可以是绝缘性的高分子材料，例如环氧树月旨。这些绝缘板具有很高的介电常数，能够耐受一般范围内的电压。在另一个实施例中，金属层23为铜、铝、钼、钨中的一种。这种金属层的导热性能较好，而且易于通过钎焊或烧结或塑封的方式与绝缘板22接合在一起。
[0022]为了便于制备绝缘衬板20，按照从层叠体21的顶层到底层的方向，绝缘板22和金属层23的面积逐渐增加。也就是说，下层绝缘板22和金属层23的面积大于上层绝缘板22和金属层23的面积。这样，就可以以普通堆垛的方式制备层叠体21或绝缘衬板20。
[0023]优选地，还将每一个金属层23的边缘均构造为圆滑过渡，如图2所示。由此，大大减小了在边缘处的电荷密度，有助于减轻在绝缘板和金属层的界面拐角处的电场集中的问题。
[0024]此外，还优选地是，绝缘板22的数量在2-5之间，以确保绝缘衬板20具有较高的耐尚电压的能力。
[0025]申请人在相同的试验条件下检测了现有技术中的绝缘衬板10和根据本发明的绝缘衬板20的电场集中状况。经检测，在绝缘衬板10的绝缘板11和正面金属层14的界面拐角处13的电场强度达到35KV/mm。而在绝缘衬板20的绝缘板22和正面金属层24的界面拐角处31的电场强度仅为24KV/mm。由此可见，根据本发明的绝缘衬板20能够耐受更高的电压。
[0026]虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【主权项】
1.一种用于承载芯片的绝缘衬板，包括: 含有多个绝缘板的层叠体，在相邻绝缘板之间设置有金属层， 其中，所述多个绝缘板中的每一个均大于与之相邻的两个金属层的面积。2.根据权利要求1所述的绝缘衬板，其特征在于，按照从所述层叠体的顶层到底层的方向，所述绝缘板和金属层的面积逐渐增加。3.根据权利要求1或2所述的绝缘衬板，其特征在于，所述绝缘板的数量在2-5层之4.根据权利要求1到3中任一项所述的绝缘衬板，其特征在于，所述多个金属层中的每一个的边缘均为圆滑过渡。5.根据权利要求1到4中任一项所述的绝缘衬板，其特征在于，所述绝缘板为氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷中的一种，或环氧树脂。6.根据权利要求1到5中任一项所述的绝缘衬板，其特征在于，所述金属层为铜、铝、钼、钨中的一种。7.根据权利要求1到6中任一项所述的绝缘衬板，其特征在于，所述金属层通过烧结或钎焊或塑封的方式与所述绝缘板接合在一起。8.—种IGBT模块，其包括根据权利要求1到7中任一项所述的绝缘衬板，其中，在所述层叠体的最顶层的绝缘板的外表面上设置有正面金属层，在所述层叠体的最低层的绝缘板的外表面上设置有背面金属层。
【专利摘要】本发明涉及用于承载芯片的绝缘衬板以及IGBT模块。该绝缘衬板包括：含有多个绝缘板的层叠体，在相邻绝缘板之间设置有金属层，多个绝缘板中的每一个均大于与之相邻的两个金属层的面积。在使用本发明的绝缘衬板时，在金属层与绝缘衬板的界面处的电场集中的问题很小，从而避免影响绝缘衬板以及使用这种绝缘衬板的芯片的使用。
【IPC分类】H01L23/14, H01L23/373
【公开号】CN104992932
【申请号】CN201510274433
【发明人】刘国友, 彭勇殿, 方杰, 窦泽春, 李继鲁, 常桂钦, 肖红秀
【申请人】株洲南车时代电气股份有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月26日