CN104867891A - 一种igbt器件用双层导电膜电连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IGBT器件用双层导电膜电连接结构，包括底板、设于所述底板上的第一导电薄膜、设于所述第一导电薄膜上的多个IGBT芯片和二极管芯片，所述IGBT芯片的发射极、二极管芯片和外部电路之间，各个IGBT芯片的栅极之间以及各个IGBT芯片的栅极与外部电路之间通过第二导电薄膜实现电性连接；本发明通过下层导电薄膜取代传统的DBC，减少了IGBT芯片到底板传导的距离，再采用导热绝缘材料将导电薄膜与底板贴在一起，进一步提高了IGBT器件的散热能力，同时也省却了繁琐的焊接工艺，保证产品具有良好的可靠性和稳定性。

Description

一种IGBT器件用双层导电膜电连接结构

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种IGBT器件用既无绑定线又无覆铜陶瓷基板（DBC）的双层导电膜电连接结构。

背景技术

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR（电力晶体管）的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流***如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

对于普通的焊接式IGBT来说，芯片的电气连接是靠铝线的绑定（Bonding）技术来完成的，通过铝线键合机将IGBT芯片、二极管芯片与DBC上的铜层用铝线连接起来，并且IGBT芯片和二极管芯片均焊接在DBC上，再将DBC焊接在底板上。

焊接式IGBT一般采用铝线键合的技术，而铝线的直径直接影响到电流的大小，如果IGBT的电流等级较高，那么就需要在一个芯片上键合十多个铝线来保证电流的流通，因此要在设计DBC时预留出足够的铜层面积来满足键合线的分布要求。

焊接式IGBT随着工作时间的增长、温度不断升高，有可能会使键合的铝线失效，也就是键合线翘起或断裂。

针对上述问题，发明人在申请号为201310330191.3，名称为“一种用于IGBT器件的电连接结构”的发明专利申请中，提出在IGBT芯片的发射极、二极管芯片和外部电路以及各个IGBT栅极之间通过导电膜实现电连接。由于导电膜的接触属于面接触，保证了大电流的流通，减少了IGBT模块长时间工作而引起的绑定线失效的风险，使得产品具有良好的可靠性和稳定性。

但焊接式IGBT的芯片和DBC的焊接以及DBC和底板的焊接所采用的都是真空焊接工艺，要保证焊接的空洞及平面度不能过大，工艺的实施非常繁琐，且DBC热阻较大，不利于IGBT器件的散热。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种IGBT器件用双层导电膜电连接结构，这种电连接结构不但能够免去铝线的绑定，而且进一步的免去了DBC的焊接，避免了DBC和IGBT芯片以及DBC与底板之间繁琐的焊接工艺，也提升了IGBT器件的散热效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的IGBT器件用双层导电膜电连接结构，包括底板、设于所述底板上的第一导电薄膜、设于所述第一导电薄膜上的多个IGBT芯片和二极管芯片，所述IGBT芯片的发射极、二极管芯片和外部电路之间，各个IGBT芯片的栅极之间以及各个IGBT芯片的栅极与外部电路之间通过第二导电薄膜实现电性连接。

优选的，所述第一导电薄膜采用柔性电路板结构、透明导电膜结构、埋入型导电膜结构或薄型金属片中的一种。

优选的，所述第一导电薄膜包括绝缘薄膜层和导电金属层。

进一步的，所述导电金属层设置于绝缘薄膜层的表面或者嵌入所述绝缘薄膜层中。

优选的，所述第一导电薄膜通过银浆与IGBT芯片的集电极以及二极管芯片进行电性连接。

优选的，所述第一导电薄膜通过导热绝缘材料与底板粘贴。

优选的，所述第二导电薄膜采用柔性电路板结构、透明导电膜结构、埋入型导电膜结构或薄型金属片中的一种。

优选的，所述第二导电薄膜包括绝缘薄膜层和导电金属层。

进一步的，所述导电金属层设置于绝缘薄膜层的表面或者嵌入所述绝缘薄膜层中。

优选的，所述第二导电薄膜通过银浆与IGBT芯片的发射极、栅极以及二极管芯片进行电性连接。

相比于申请人提出的IGBT用单层导电膜电连接结构，本发明通过下层导电薄膜取代传统的DBC，由于导电薄膜比DBC要薄很多，减少了IGBT芯片到底板传导的距离，再采用导热绝缘材料将导电薄膜与底板贴在一起，进一步提高了IGBT器件的散热能力，同时也省却了繁琐的焊接工艺，保证产品具有良好的可靠性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明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。

图1是申请人已提出的IGBT器件用单层导电膜电连接结构的整体示意图；

图2是申请人已提出的IGBT器件用单层导电膜电连接结构的侧视剖面图；

图3是本发明提出的IGBT器件用双层导电膜电连接结构的侧视剖面图。

具体实施方式

本发明公开了一种IGBT器件用双层导电膜电连接结构，包括底板、设于所述底板上的第一导电薄膜、设于所述第一导电薄膜上的多个IGBT芯片和二极管芯片，所述IGBT芯片的发射极、二极管芯片和外部电路之间，各个IGBT芯片的栅极之间以及各个IGBT芯片的栅极与外部电路之间通过第二导电薄膜实现电性连接。

优选的，所述第一导电薄膜采用柔性电路板结构、透明导电膜结构、埋入型导电膜结构或薄型金属片中的一种。

优选的，所述第一导电薄膜包括绝缘薄膜层和导电金属层。

进一步的，所述导电金属层设置于绝缘薄膜层的表面或者嵌入所述绝缘薄膜层中。

优选的，所述第一导电薄膜通过银浆与IGBT芯片的集电极以及二极管芯片进行电性连接。

优选的，所述第一导电薄膜通过导热绝缘与底板粘贴。

优选的，所述第二导电薄膜采用柔性电路板结构、透明导电膜结构、埋入型导电膜结构或薄型金属片中的一种。

优选的，所述第二导电薄膜包括绝缘薄膜层和导电金属层。

进一步的，所述导电金属层设置于绝缘薄膜层的表面或者嵌入所述绝缘薄膜层中。

优选的，所述第二导电薄膜通过银浆与IGBT芯片的发射极、栅极以及二极管芯片进行电性连接。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，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做出创造性劳动的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。

参见图1，图1是申请人已提出的IGBT器件用单层导电膜电连接结构的整体示意图。如图所示，在覆铜陶瓷基板（DBC）20上，设有多个IGBT芯片21，以及多个二极管芯片22。IGBT芯片21的栅极211在芯片中间（中间的方形小块），IGBT芯片21的上表面除去中间栅极211以外的区域为IGBT的发射极，IGBT芯片21的下表面为集电极（图中未示出）。

在IGBT芯片21上的发射极和二极管芯片22之间、各个IGBT芯片21的栅极211之间按器件的具体电路功能实行电性连接。

结合图2，申请人曾将一表面设有导电金属的导电薄膜24作为连接上述各个器件的载体。该导电薄膜24覆盖在上述各个器件上，通过在器件表面的电极上涂布银膏25，使得导电薄膜24上的导电金属层与所要连接的器件电极进行连接。与之相应的，IGBT芯片21和二极管芯片22的上表面通过银膏25充分的接触到导电薄膜24，如图2所示。

导电薄膜24通常可以为柔性薄膜或者刚性薄膜，在导电薄膜24为柔性薄膜时，可以在与IGBT芯片21或者二极管芯片22固定时，考虑到各个芯片的高低不同，通过导电薄膜24自身的柔性依旧实现完美贴敷。该导电薄膜24可以采用类似柔性电路板的结构，在聚酰亚胺或聚酯薄膜上，通过印刷导电金属层（比如铜、银、铝、镍等）形成所需的导电薄膜；该导电薄膜也可以采用类似透明导电膜的结构，即在薄膜基板上制作氧化铟锡等导电材料，形成所需的导电薄膜。该导电薄膜还可以为埋入型导电膜，即在基材表面制作出凹槽，然后将导电金属层填埋在凹槽结构中形成导电结构。该导电薄膜还可以直接由导电金属制作的薄型金属片，比如金箔、银箔、锡箔等。

结合图1和图2，如图3所示，本申请提出的IGBT器件用双层导电膜电连接结构，在导电薄膜020（取代DBC）上，设有多个IGBT芯片021，以及多个二极管芯片022。IGBT芯片021的栅极在芯片中间，IGBT芯片021的上表面除去中间栅极以外的区域为IGBT的发射极，IGBT芯片021的下表面为集电极。在IGBT芯片021上的发射极和二极管芯片022之间、各个IGBT芯片021的栅极之间按器件的具体电路功能实行电性连接。将表面设有导电金属的导电薄膜024作为连接上述各个器件的载体。该导电薄膜024覆盖在上述各个器件上，通过在器件表面的电极上涂布银浆025，使得导电薄膜024上的导电金属层与所要连接的器件电极进行连接。与之相应的，IGBT芯片021和二极管芯片022的上表面通过银浆025充分的接触到导电薄膜024，导电薄膜020参考导电薄膜024（即图2中的导电薄膜24），可以一样，也可以不一样。IGBT芯片021和二极管芯片022的下表面也通过银浆025充分的接触到导电薄膜020，导电薄膜020贴合在底板023上，可以通过导热绝缘材料026与底板023粘贴在一起，进一步提高了IGBT器件的散热能力。

综上所述，相比于申请人提出的IGBT用单层导电膜电连接结构，本发明通过一层导电薄膜取代传统的DBC，由于导电薄膜比DBC要薄很多，减少了IGBT芯片到底板传导的距离，再采用导热绝缘材料将导电薄膜与底板贴在一起，进一步提高了IGBT器件的散热能力，同时也省却了繁琐的焊接工艺，保证产品具有良好的可靠性和稳定性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种IGBT器件用双层导电膜电连接结构，其特征在于：包括底板、设于所述底板上的第一导电薄膜、设于所述第一导电薄膜上的多个IGBT芯片和二极管芯片，所述IGBT芯片的发射极、二极管芯片和外部电路之间，各个IGBT芯片的栅极之间以及各个IGBT芯片的栅极与外部电路之间通过第二导电薄膜实现电性连接。

2.根据权利要求1所述的双层导电膜电连接结构，其特征在于：所述第一导电薄膜采用柔性电路板结构、透明导电膜结构、埋入型导电膜结构或薄型金属片中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的双层导电膜电连接结构，其特征在于：所述第一导电薄膜包括绝缘薄膜层和导电金属层。

4.根据权利要求3所述的双层导电膜电连接结构，其特征在于：所述导电金属层设置于绝缘薄膜层的表面或者嵌入所述绝缘薄膜层中。

5.根据权利要求1所述的双层导电膜电连接结构，其特征在于：所述第一导电薄膜通过银浆与IGBT芯片的集电极以及二极管芯片进行电性连接。

6.根据权利要求1所述的双层导电膜电连接结构，其特征在于：所述第一导电薄膜通过导热绝缘材料与底板粘贴。

7.根据权利要求1所述的双层导电膜电连接结构，其特征在于：所述第二导电薄膜采用柔性电路板结构、透明导电膜结构、埋入型导电膜结构或薄型金属片中的一种。

8.根据权利要求1或7所述的双层导电膜电连接结构，其特征在于：所述第二导电薄膜包括绝缘薄膜层和导电金属层。

9.根据权利要求8所述的双层导电膜电连接结构，其特征在于：所述导电金属层设置于绝缘薄膜层的表面或者嵌入所述绝缘薄膜层中。

10.根据权利要求1所述的双层导电膜电连接结构，其特征在于：所述第二导电薄膜通过银浆与IGBT芯片的发射极、栅极以及二极管芯片进行电性连接。