全壓接式的大功率igbt多模架陶瓷管殼的製作方法

2023-11-01 08:49:52

專利名稱：全壓接式的大功率igbt多模架陶瓷管殼的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種全壓接式的大功率IGBT多模架陶瓷管殼。特別 適合用做全壓接式的大功率IGBT器件的封裝外殼。屬於大功率半導體器 件技術領域。
背景技術：
20世紀60年代後半期，電力電子器件及其在變頻器應用中的進步，成 就了發達國家在70年代初第一次世界能源危機期間用變頻調速實現節能事 業的大發展。作為綠色節能技術，在目前全球性能源短缺的大環境下，電 力電子技術在節能、機電一體化、減少環境汙染、節省原材料、降低生產 成本和提高效率和質量方面均起十分重要的作用。最早的電力電子器件是 晶閘管。上個世紀50年代，美國通用電氣公司實用新型的矽晶閘管問世， 標誌著電力電子技術的開始，此後晶閘管的派生越來越多，功率越來越大， 性能日益完善。但是由於晶閘管本身工作頻率較低(一般低於400Hz)，大 大限制了它的應用，此外，關斷這些器件，需要強迫換相電路，使得整體 重量和體積增大，效率和可靠性降低。現代電力電子器件正在向大功率、 易驅動和高頻化方向發展。IGBT是第三代電力電子器件中最具革命性的產 品，其性能經過幾年的不斷提高和改進，已成功地應用於高頻(20kHZ以上)大功率領域。IGBT集功率電晶體GTR和功率場效應管MOSFET的優點 於一身，具有電壓驅動、功耗小、開關速度高、飽和壓降低、可耐高壓和 大電流等特點。目前，IBGT封裝的外殼是採用高性能塑料製造的模塊結構件，在這種 封裝的結構中，IGBT的晶片採用焊接的方法和導熱不導電的BDC板焊接在 一起，其他的引出端均採用鍵合方法和外接口相連，這種封裝結構，其工 藝製造相對要簡單一些，但是散熱的效果不理想。隨著IGBT器件模塊容量 的增加，如電力機車的變頻器中採用的IGBT為3500A， 6500V，其散熱成 為突出的技術瓶頸，為了提高散熱效果，只好將器件模塊做得很大。發明內容本實用新型的目的在於克服上述不足，提供一種既可以提高散熱效果， 又可以將器件體積做得較小的全壓接式的大功率IGBT多模架陶瓷管殼。本實用新型的目的是這樣實現的 一種全壓接式的大功率IGBT多模 架陶瓷管殼，包括大陽法蘭、瓷環、小陽法蘭、模架群、陰極插片和門極 引線管，所述大陽法蘭、瓷環和小陽法蘭上下疊合同心封接，模架群封接於小 陽法蘭的中心孔內，所述模架群包含有若干個二極體晶片模架和多個IGBT晶片模架， 所述陰極插片插置於小陽法蘭的外壁面上，所述門極引線管穿接於瓷環的殼壁上，門極引線管包括門極導電芯、 門極外套、門極密封罩、門極外插片和門極內插片，門極導電芯穿接於瓷環的殼壁上，門極導電芯外端露出瓷環外，門極導電芯內端置於瓷環內， 門極外套套置於門極導電芯上，門極密封罩封裝於門極導電芯和門極外套 的外端，門極外插片套接於門極密封罩上，門極內插片向上套接於門極導 電芯內端。
本實用新型採用了瓷環為絕緣支架取代高性能塑料絕緣支架。並在陶
瓷環外表面燒結高溫絕緣釉水，大幅提高器件耐壓，目前最高可達6KV。
本實用新型採用多晶片組合封裝，具有高精度，高氣密性，因此可以 將器件體積做得較小，而散熱效果還可以提高一倍，因此特別適合用做全 壓接式的大功率IGBT器件的封裝外殼。
本實用新型也對門極引線管進行了特殊設計，門極外套可以最大限度 的降低與瓷環的封接應力，保證與瓷環封接時具有高強度和高氣密性。門 極導電芯可以保證門極承受較大的電壓和電流，門極內插片便於門極驅動 的內連接，門極外插片可以便於門極驅動的外連接。
和普通晶閘管外殼一樣。在本實用新型的大陽法蘭頂部再加蓋一個高 平整度電極盤，可以達到雙面散熱的目的。


圖1為本實用新型全壓接式的大功率IGBT多模架陶瓷管殼的俯視圖。 圖2為圖1的A-A剖示圖。 圖3為圖1的B-B剖示圖。
圖4為本實用新型的陰極插片和門極引線管與瓷環之間安裝圖。 圖5為本實用新型的門極引線管結構示意圖。圖6為本實用新型的門極內插片示意圖。
圖中大陽法蘭l、瓷環2、小陽法蘭3、陰極插片4、模架群5、門 極外套6、門極外插片7、門極密封罩8、門極導電芯9、門極內插片IO, 二極體晶片模架5-l、 IGBT晶片模架5-2。
具體實施方式
參見圖1-2，本實用新型涉及的全壓接式的大功率IGBT多模架陶瓷管 殼，主要由大陽法蘭l、瓷環2、小陽法蘭3、模架群5、陰極插片4和門 極引線管組成。所述大陽法蘭l、瓷環2和小陽法蘭3上下疊合同心封接， 模架群5封接於小陽法蘭3的中心孔內。各部件之間採用銀銅焊料高溫焊 接而成。所述模架群5包含有若干個二極體晶片模架5-1和多個IGBT芯 片模架5-2。 二極體晶片模架5-1和IGBT晶片模架5-2的數量可根據器件 需要承受電流大小決定。目前最多可在0130mm的圓盤上設計加工42個模 架，承受電流3000A。
參見圖3-6，所述陰極插片4插置於小陽法蘭3的外壁面上。所述門極 引線管穿接於瓷環2的殼壁上，門極引線管由門極導電芯9、門極外套6、 門極密封罩8、門極外插片7和門極內插片IO組成。門極導電芯9穿接於 瓷環2的殼壁上，門極導電芯9外端露出瓷環2夕卜，門極導電芯9內端置 於瓷環2內，門極外套6套置於門極導電芯9上，門極密封罩8封裝於門 極導電芯9和門極外套6的外端，門極外插片7套接於門極密封罩8上， 門極內插片IO (圖7)向上套接於門極導電芯9內端。
所述瓷環2採用95%氧化鋁陶瓷環。本實用新型採用高精密加工技術製作而成。模架群加工精度《0.05mm， 平整度《0.01mm，平行度《0.03mm，粗糙度Ra《0.8"模架群外表最終電鍍 2-7^的耐腐蝕半光亮鎳，這種高精度的模架群兼具高導電，抗氧化，散熱 好等特點，特別適合全壓接式IGBT晶片的封裝。
權利要求1、一種全壓接式的大功率IGBT多模架陶瓷管殼，其特徵在於所述管殼包括大陽法蘭(1)、瓷環(2)、小陽法蘭(3)、模架群(5)、陰極插片(4)和門極引線管，所述大陽法蘭(1)、瓷環(2)和小陽法蘭(3)上下疊合同心封接，模架群(5)封接於小陽法蘭(3)的中心孔內，所述模架群(5)包含有若干個二極體晶片模架(5-1)和多個IGBT晶片模架(5-2)，所述陰極插片(4)插置於小陽法蘭(3)的外壁面上，所述門極引線管穿接於瓷環(2)的殼壁上，門極引線管包括門極導電芯(9)、門極外套(6)、門極密封罩(8)、門極外插片(7)和門極內插片(10)，門極導電芯(9)穿接於瓷環(2)的殼壁上，門極導電芯(9)外端露出瓷環(2)外，門極導電芯(9)內端置於瓷環(2)內，門極外套(6)套置於門極導電芯(9)上，門極密封罩(8)封裝於門極導電芯(9)和門極外套(6)的外端，門極外插片(7)套接於門極密封罩(8)上，門極內插片(10)向上套接於門極導電芯(9)內端。
2、 根據權利要求1所述的一種全壓接式的大功率IGBT多模架陶瓷管 殼，其特徵在於所述瓷環(2)採用95%氧化鋁陶瓷環。
3、 根據權利要求1或2所述的一種全壓接式的大功率IGBT多模架陶 瓷管殼，其特徵在於在所述大陽法蘭(l)頂部再加蓋一個電極盤。
專利摘要本實用新型涉及一種全壓接式的大功率IGBT多模架陶瓷管殼，適合用做全壓接式的大功率IGBT器件的封裝外殼。包括大陽法蘭(1)、瓷環(2)、小陽法蘭(3)、模架群(5)、陰極插片(4)和門極引線管，大陽法蘭(1)、瓷環(2)和小陽法蘭(3)上下疊合同心封接，模架群(5)封接於小陽法蘭(3)的中心孔內，所述模架群(5)包含有若干個二極體晶片模架(5-1)和多個IGBT晶片模架(5-2)，所述陰極插片(4)插置於小陽法蘭(3)的外壁面上，所述門極引線管穿接於瓷環(2)的殼壁上，門極引線管由門極導電芯(9)、門極外套(6)、門極密封罩(8)、門極外插片(7)和門極內插片(10)組成。本實用新型全壓接式的大功率IGBT多模架陶瓷管殼，既可以提高散熱效果，又可以將器件體積做得較小。
文檔編號H01L23/08GK201134424SQ20082003204
公開日2008年10月15日 申請日期2008年3月12日 優先權日2008年3月12日
發明者峰 張, 徐宏偉, 耿建標 申請人:江陰市賽英電子有限公司