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1、(10)申请公布号 CN 102843862 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 3 8 6 2 A *CN102843862A* (21)申请号 201210323351.7 (22)申请日 2012.09.04 H05K 1/18(2006.01) H01L 25/07(2006.01) H01L 23/498(2006.01) (71)申请人西安永电电气有限责任公司 地址 710016 陕西省西安市经开区文景北路 15号 (72)发明人李先亮 张红卫 (74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人常亮 (54) 发明名称 一种。
2、IGBT模块的电路板结构及封装结构 (57) 摘要 一种IGBT模块的电路板结构及封装结构，包 括主干、位于该主干两侧的多个电极引脚，以及位 于该主干一侧的相互平行的发射极引出线和栅极 引出线。该电路板通过对每个IGBT子模块的栅极 和发射极的引出，达到实现IGBT模块电控制的目 的。由于该电路板本身具有结构简单，连接方便的 特点，使得IGBT模块能够简单、方便、准确、高精 度的对各个子单元控制极进行整合、引出，完成该 型号IGBT模块的引出极的电气连接。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 。
3、页 说明书 4 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种IGBT模块的电路板结构，包括绝缘基板、位于该绝缘基板正面的第一导电层和 位于该绝缘基板背面的第二导电层，其特征在于：所述电路板结构包括主干、位于该主干两 侧的多个电极引脚，以及位于该主干一侧的相互平行的发射极引出线和栅极引出线，所述 第一导电层覆盖该发射极引出线和主干，所述第二导电层覆盖该栅极引出线、电极引脚以 及主干。 2.如权利要求1所述的电路板结构，其特征在于：所述第一导电层和第二导电层与所 述绝缘基板的任何一条边缘之间相距0.5mm-1mm。 3.如权利要求1所述的电路板结构，其特征在于：所述第一导电层和第二导电层的厚 度为0.。
4、05mm。 4.如权利要求1所述的电路板结构，其特征在于：所述第一导电层和第二导电层的最 小宽度为2mm-6mm。 5.如权利要求1所述的电路板结构，其特征在于：所述发射极引出线和栅极引出线的 末端设有接触电极。 6.一种IGBT模块的封装结构，其特征在于：包括多个并联的IGBT子模块、金属底板、 金属顶板，以及如权利要求1所述的电路板，所述金属底板连接所有IGBT子模块的集电极， 所述电路板的多个电极引脚对应连接该多个IGBT子模块的栅极，所述金属顶板连接所有 IGBT子模块的发射极，该金属顶板同时又与电路板中的第一导电层相接触。 权 利 要 求 书CN 102843862 A 1/4页 3。
5、 一种 IGBT 模块的电路板结构及封装结构 技术领域 0001 本发明涉及IGBT(绝缘栅双极型晶体管)器件领域，具体地说，是一种IGBT模块 封装工艺中的电路板结构。 背景技术 0002 IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是国际上公认的电力电子技术第二次革命的最具代 表性的产品，是目前电力电子技术领域中最具有优势的功率器件之一。IGBT是一种具有 MOS输入、双极输出功能的MOS、双极相结合的器件。结构上，它是由成千上万个重复单元 (即元胞)组成，是一种采用大规模集成电路技术和功率器件技术制造的一种大功率集成 器件。IGBT广泛应用于电机节能、冶金、新能源、输变电、汽车电子、轨道交通，家用电器。
6、等国 民经济各领域，是中国建设资源节约型和环境友好型社会不可缺少的关键技术之一。IGBT 在上世纪80年代初研制成功，其性能经过二十几年的不断提高和改进，已成熟地应用于中 高频大功率领域。它将MOSFET的电压控制、控制功率小、易于并联、开关速度高的特点和双 极晶体管的电流密度大、电流处理能力强、饱和压降低的特点集中于一身，表现出易驱动、 低通态压阵、较快开关速度、高耐压、大电流、高频率等优越的综合性能。IGBT器件目前的电 压范围已经扩到300至6500伏，电流范围已经扩到几安培至几百安培，频率范围已经扩到 几百赫兹至几十千赫。IGBT芯片根据电流应用范围采用混合封装技术为基础的多芯片功率 。
7、模块或传统的分立功率器件封装形式。 0003 传统的IGBT模块由于采用了铝引线和陶瓷覆铜基片的多芯片并联的封装方式， 只能靠底层陶瓷基片散热，其散热性能、耐热冲击能力、导通电流能力以及可靠性均低于同 等电压等级的晶闸管(GTO)或集成门极换流晶闸管(IGCT)。IGBT的这些缺点限制了其在 大容量电力电子换流系统中的应用。 0004 近年来，少数IGBT厂商也尝试采用了双面散热压力接触式(压装式)的IGBT封 装，但是由于仍然受到IGBT多芯片并联的结构限制，各个子单元之间的控制极引出存在结 构复杂、制作难度大以及精度低等问题。 0005 因此有必要针对现有技术中存在的问题，对IGBT模块中。
8、的电极引出结构做改进。 发明内容 0006 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种IGBT模块的电路板结构，用于IGBT模块中 各个子单元之间的控制电极引出。该电路板结构能够解决IGBT模块封装工艺中电极引出 中存在的问题，从而使IGBT模块能够简单、方便、准确、高精度的对各个子单元控制极进行 整合、引出，完成该型号IGBT模块的引出极的电气连接。同时本发明还提出具有上述电路 板结构的IGBT模块封装结构。 0007 根据本发明的目的提出的一种IGBT模块的电路板结构，包括绝缘基板、位于该绝 缘基板正面的第一导电层和位于该绝缘基板背面的第二导电层，所述电路板结构包括主 干、位于该主干第二导电层侧的。
9、多个电极引脚，以及位于该主第二导电层侧的相互平行的 说 明 书CN 102843862 A 2/4页 4 发射极引出线和栅极引出线，所述第一导电层覆盖该发射极引出线和至少部分主干，所述 第二导电层覆盖该栅极引出线、电极引脚以及主干。 0008 优选的，所述第一导电层和第二导电层与所述绝缘基板的任何一条边缘之间相距 0.5mm-1mm。 0009 优选的，所述第一导电层和第二导电层的厚度为0.05mm。 0010 优选的，所述第一导电层和第二导电层的最小宽度为2mm-6mm。 0011 优选的，所述发射极引出线和栅极引出线的末端设有接触电极。 0012 同时根据本发明的另一目的提出的一种IGBT。
10、模块的封装结构，包括多个并联的 IGBT子模块、金属底板、金属顶板，以及如上所述的电路板，所述金属底板连接所有IGBT子 模块的集电极，所述电路板的多个电极引脚对应连接该多个IGBT子模块的栅极，所述金属 顶板连接所有IGBT子模块的发射极，该金属顶板同时又与电路板中的第一导电层相接触。 附图说明 0013 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。 0014 图1是本发明的电。
11、路板结构的立体示意图， 0015 图2是图1中的电路板结构的正视图， 0016 图3是该电路板结构的后视图， 0017 图4是图3中AA面的剖视图, 0018 图5是本发明IGBT封装模块的内部结构示意图， 0019 图6是本发明IGBT模块的整体外观图， 0020 图7是电路板与IGBT子模块的电连接示意图。 具体实施方式 0021 正如背景技术中所述，现有的IGBT模块封装技术中，如何实现简单有效的控制电 极引出一直是个悬而未决的问题。本发明针对该问题，提出了一种在IGBT模块封装工艺 中的电路板结构，通过该电路板，能够将IGBT模块中的各个子模块上的控制电极方便的引 出。尤其是在平板压装。
12、式封装工艺中，各个并联的IGBT子模块的栅极和发射极，能够通过 本发明的电路板结构，准确的引出到控制端，从而实现对整个IGBT模块的有效电控制。 0022 下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描 述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本 领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明 保护的范围。 0023 请参见图1至图4，图1是本发明的电路板结构的立体示意图，图2是图1中的电 路板结构的正视图，图3是该电路板结构的后视图，图4是图3中AA面的剖视图。如图所 示，该电路板结构1包括绝缘基。
13、板20、位于该绝缘基板正面的第一导电层21和位于该绝缘 基板背面的第二导电层22。绝缘基板20的材质为FR系列，比如：纸质酚醛树脂基板(PP 说 明 书CN 102843862 A 3/4页 5 板)、玻璃布表面+棉纸+环氧树脂（CEM-1）、玻璃布表面+不织布+环氧树脂（CEM-2）、玻 璃布+环氧树脂（FR-4）等。第一导电层21和第二导电层22可以通过化学沉金、喷锡、整 版镀镍金、丝印兰胶等方法制作在绝缘基板20的正反面。 0024 请再参见图1，该电路板结构1包括主干10、位于该主干两侧的多个电极引脚11， 以及位于该主干一侧的相互平行的发射极引出线12和栅极引出线13。主干10的形状。
14、为 长条形，电极引脚11分布在长条形主干10的两侧，使整个电路板的主体形状看上去像蜈蚣 形。这些电极引脚11的数量和分布式整个IGBT模块中的子模块的数量而定，其作用就是 与各个子模块中的栅极电性连接，并通过栅极引出线13，连接至外部的电信号输入装置上， 从而将外部输出的电信号输入到每个IGBT子模块中，实现电控制。发射极引出线12和栅 极引出线13分别设有接触电极121、131，该接触电极的作用是与外部的电信号输入装置进 行连接，通常在整个IGBT模块完成封装之后，这两个电极在封装的外侧以插孔或插头的形 式出现。 0025 请参见图2，第一导电层21覆盖该发射极引出线12和至少部分主干10，。
15、对于第一 导电层21，其作用主要是与整个IGBT模块封装中的金属顶板连接而用，由于每个IGBT子模 块的发射极都与该金属顶板层接触，因此该第一导电层21实际连接在所有子模块的发射 极上，并通过发射极引出线12连接至外部的电信号输入装置上。考虑到电接触的可靠度， 因此该第一导电层可以制作在绝缘极板10的全部正面上，这样保证了与金属顶板层的有 效接触。但是从材料成本角度考虑，只需要覆盖发射极引出线12和至少部分主干10所在的 区域即可。较优地，在图2所示的实施例中，该第一导电层21覆盖了全部的主干10、电极引 脚11以及发射极引出线12上，而在栅极引出线13的正面，则没有覆盖。这样既保证了与 金属。
16、顶板的有效接触，同时又可以避免在栅极引出线13上与背面的第二导电层形成击穿。 0026 请再参见图3，第二导电层22覆盖该栅极引出线13、电极引脚11以及主干10。第 二导电层22的作用是将各个IGBT子模块的栅极通过栅极引出线13与外部的电信号输入 装置连通。因此第二导电层22覆盖各个电极引脚11、主干10的全部或部分，以及栅极引出 线13，确保每个IGBT子模块的栅极都能保持电连接。优选地，为了避免与发射极之间的电 击穿，在发射极引出线12的背面则不需要覆盖第二导电层22。 0027 请再参见图4，对于第一导电层21和第二导电层22，为了避免电击穿，在任何一条 靠近绝缘基板10边缘处，都要。
17、留出一定的间隔距离d。这段间隔距离d行程了两层导电层 之间的电中止区域。在优选的实施方式中，该间隔距离d的范围为0.5mm-1mm。第一导电 层21和第二导电层22的最小宽度影响了导电层的导电能力。该最小宽度的定义是指所有 覆盖导电层的区域中，两条相互毗邻的平行边之间的距离。比如在电极引脚11或发射极引 出线12或栅极引出线13中，由于相对主干10这三个区域的面积相对比较窄小，因此第一 导电层21和第二导电层22的最小宽度往往产生在这些引脚或引出线的窄边上。通常导电 层的最小宽度主要由导电层与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当导电层 厚度为0.05mm、宽度为1-15mm时。通过2。
18、A的电流，温度不会高于3，因此，导电层宽度 为1.5mm即可满足要求，只要允许，还是尽可能用宽线，本发明优选的电路板导电层宽度为 2mm-6mm，完全满足要求。 0028 请参见图5至图7，图5是本发明IGBT封装模块的内部结构示意图，图6是本发明 IGBT模块的整体外观图，图7是电路板与IGBT子模块的电连接示意图。如图所示，该IGBT 说 明 书CN 102843862 A 4/4页 6 封装模块包括电路板1、多个并联的IGBT子模块2，金属底板3和金属顶板4。每个IGBT内 部包括多个IGBT器件，这些器件的发射极、栅极和集电极分别连接在一起并通过半导体工 艺形成一块完整的芯片。 002。
19、9 在封装时，每个IGBT子模块焊接在金属底板3上，并使所有IGBT子模块的集电极 与金属底板3连接，形成共有的集电极31。而每个IGBT子模块的发射极则与金属顶板4相 接触，该金属顶板4同时又与电路板1中的第一导电层21相接触，使所有的发射极通过发 射极引出线12连接到封装模块外表中的发射极控制接口32上。 0030 IGBT子模块2的数量与电路板电极引脚11的数量相对应，每个IGBT子模块分设 于电路板主干10的两侧，其栅极位置同时对应电极引脚11的位置。如图7所示，每个IGBT 子模块2的栅极23通过连接针24连接到电极引脚11背面的第二导电层21上，并通过栅 极引出线13连接到封装模块。
20、外表中的栅极控制接口33上。 0031 最后通过外壳和绝缘胶水完整整个IGBT模块的封装，形成如图6所示的IGBT封 装元件。外部的电信号输入装置，只需要将载有发射极控制信号和栅极控制信号的接头分 别连接到上述的发射极控制接口32和栅极控制接口33上，就能实现上述IGBT封装元件的 电控制。 0032 综上所述，本发明提出了一种IGBT模块封装工艺中的电路板结构，该电路板通过 对每个IGBT子模块的栅极和发射极的引出，达到实现IGBT模块电控制的目的。由于该电 路板本身具有结构简单，连接方便的特点，使得IGBT模块能够简单、方便、准确、高精度的 对各个子单元控制极进行整合、引出，完成该型号IG。
21、BT模块的引出极的电气连接。 0033 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。 说 明 书CN 102843862 A 1/3页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102843862 A 2/3页 8 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102843862 A 3/3页 9 图6 图7 说 明 书 附 图CN 102843862 A 。