一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力半導體器件技術領域，具體涉及一種低熱阻的壓接式功率器件封裝。
【背景技術】
[0002]壓接式功率器件，如壓接式IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)，被廣泛用于工業、信息、新能源、醫學、交通、軍事和航空領域，其具有較高的可靠性，便于串聯，并且在器件損壞時表現出短路失效模式，因此其也被廣泛應用在智能電網等領域。
[0003]溫度對功率器件性能的影響至關重要，高溫不僅會影響器件的電學特性，更會嚴重影響其疲勞壽命。在功率器件運行過程中溫度會影響芯片內部的熱應力，這可能會導致芯片的損壞，已有多項研宄證明電子器件的疲勞壽命隨溫度的升高呈指數下降，在功率器件設計過程中就必須同時考慮熱設計，以方便熱量迅速散出去，降低芯片的溫度。
[0004]當前壓接式IGBT的主要產品為ABB公司和WESTCODE公司的產品，具體為:
[0005]ABB公司的壓接式IGBR的結構中芯片下側面與基板燒結在一起，另一側為壓接結構，并最終通過疊簧結構與上端蓋接觸，但也正因為疊簧的存在，使得芯片上側面的導熱能力很差，熱量基本上只能通過下側面導出，不利于散熱。
[0006]WESTCODE公司的壓接式IGBT的結構中芯片上下側兩面均為壓接結構，直至上下端蓋，這種結構的優點是芯片可以實現雙面散熱，芯片上下兩面有近乎相等的熱量導出。但是從其截面圖可以看出，零部件之間的接觸面較多，因為不同介面之間接觸是不完好的，縫隙中混入了空氣，空氣的導熱率更低，這樣會造成很大的接觸熱阻，并且其接觸熱阻在整體熱阻中占20% -50%比重，所以該種結構整體熱阻與ABB的熱阻相差不大。
[0007]綜上所述，降低接觸熱阻對降低整體熱阻有至關重要的作用。針對接觸熱阻的存在會導致整體熱阻的增大，若采樣將各零件之間的縫隙用焊錫焊死以克服接觸熱阻對整體熱阻的影響，但是焊錫的熔點在200-300°C，一方面具體結構限制了錫焊工藝的使用，再則錫焊工藝的使用必然導致整體生產成本的大幅提升，焊接溫度達到200-300°C時功率器件的一些零部件選材就受到了限制，最后錫焊工藝還有一個缺點:經過一定數量的功率循環之后錫焊層會因為疲勞而失效，此時的接觸熱阻將會大大增加，甚至可能導致器件的失效，所以錫焊工藝有其相應的劣勢和局限性。
[0008]另外，現有功率器件封裝結構中芯片產生的熱量主要通過與其相鄰的零部件縱向傳導到外界，而橫向傳導熱量的能力很弱。功率器件中可能有多個芯片，不同的芯片因為功率不同和散熱條件不同，在工作狀態下最高溫度也是不同的，即使只有一個大芯片，其上各點溫度也不同，橫向傳導熱量的能力很弱導致有些位置的溫度很高，而有些位置的溫度較低，兩者可能相差二三十度，這實質上沒有充分利用散熱通道。
[0009]因此，需要提供一種具有低熱阻，并且整體結構簡單緊湊的壓接式功率器件封裝，從而滿足智能電網對功率器件封裝結構的應用需求。
【發明內容】
[0010]為了滿足現有技術的需要，本發明提供了一種低熱阻的壓接式功率器件封裝。
[0011]本發明的技術方案是:
[0012]所述功率器件封裝包括上鉬片、功率器件的芯片和彈簧探針，以及依次疊層布置的上端蓋、液態金屬導熱片、PCB板、框架和下管殼；
[0013]所述框架上設置有第一定位孔和第二定位孔；所述第一定位孔用于固定上鉬片；所述第二定位孔用于固定彈簧探針；
[0014]所述液態金屬導熱片敷設在上鉬片的上表面；
[0015]所述功率器件的芯片設置在上鉬片和下管殼之間。
[0016]優選的，所述彈簧探針與所述框架相互垂直，彈簧探針的一端與所述PCB板的導電層連接，另一端與所述芯片的柵極連接；
[0017]優選的，所述功率器件封裝還包括與下管殼焊接連接的下鉬片；所述功率器件的芯片與上鉬片燒結，或者芯片與下鉬片燒結，或者芯片的兩側分別與上鉬片和下鉬片燒結；
[0018]優選的，所述上端蓋包括上電極和上裙邊；所述下管殼包括下電極、下裙邊、柵極引出端子和陰極引出端子；
[0019]所述上裙邊和下裙邊采用冷壓焊相連，實現功率器件的封裝；
[0020]所述柵極引出端子與所述彈簧探針的一端焊接，從而與所述芯片的柵極連接；
[0021]所述陰極引出端子與所述芯片的陰極連接；
[0022]優選的，所述上電極包括均熱板，以及由所述均熱板構成的空腔；
[0023]所述空腔中填充有導熱流體介質，用于傳導熱量；
[0024]所述均熱板由無氧銅制成；
[0025]優選的，所述上電極包括金屬板、接口，以及由所述金屬板構成的空腔；
[0026]所述空腔，用于在接口與外部冷卻裝置連接后流通冷卻液體，冷卻液體將熱量帶走，從而實現對熱源的冷卻；
[0027]所述接口，用于連接所述功率器件封裝的外部冷卻裝置；
[0028]優選的，所述上電極為實心銅塊；
[0029]優選的，PCB板包括導電層和絕緣層；所述導電層設置在絕緣層的內部，且導電層在彈簧探針和柵極引出端子對應的位置暴露于絕緣層外部；
[0030]優選的，所述PCB板包括導電層和絕緣層；所述導電層設置在絕緣層的外部，導電層與其邊界具有距離，以防止導電層與上鉬片之間接觸或者擊穿；
[0031]優選的，所述上鉬片嵌入在框架后，其上表面高于所述PCB板的上表面。
[0032]與最接近的現有技術相比，本發明的優異效果是:
[0033]1、本發明提供的一種低熱阻的壓接式功率器件封裝，采用液態金屬，降低了接觸熱阻和功率器件封裝的整體熱阻，并且液態金屬可以補償零件加工的不平整度對功率器件所受壓力分布均勻性的影響；
[0034]2、本發明提供的一種低熱阻的壓接式功率器件封裝，將下鉬片與下管殼焊接在一起，相比于現有封裝結構減少了縱向的疊層結構，有利于降低整體熱阻和功率器件封裝的高度；
[0035]3、本發明提供的一種低熱阻的壓接式功率器件封裝，上端蓋采用均熱板，減小了橫向熱阻，使得溫度分布均勻化，降低最高溫度；
[0036]4、本發明提供的一種低熱阻的壓接式功率器件封裝，上端蓋內部設有空腔，在其邊緣處留有接口與外部冷卻裝置連接，工作時上端蓋內部充滿冷卻液，既有導電的作用又有散熱器的作用，同時可以減小橫向熱阻，使得溫度分布均勻化，降低最高溫度，省去散熱器，減少零部件的數量和整體高度。
【附圖說明】
[0037]下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0038]圖1:本發明實施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的俯視圖；
[0039]圖2:本發明實施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的A-A剖視圖；
[0040]圖3:本發明實施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的A-A剖視展開圖；
[0041]圖4:本發明實施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的前視圖A ;
[0042]圖5:本發明實施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的前視圖B ;
[0043]圖6:本發明實施例中一種低熱阻的壓接式功率器件封裝的前視圖C ;
[0044]圖7:本發明實施例中PCB板的俯視圖A ；
[0045]圖8:本發明實施例中PCB板的俯視圖B ；
[0046]圖9:本發明實施例中框架的俯視圖；
[0047]其中，1:上端蓋；1-1:上電極；1_2:上裙邊；2:液態金屬導熱片；3:PCB板；3_1:絕緣層；3-2:導電層；4:框架；5:上鉬片；6:彈簧探針；7:功率器件的芯片；8:下管殼；8-1:下裙邊；8-2:瓷環；8-3:下電極；8-4:陰極引出端子；8_5:柵極引出端子。
【具體實施方式】
[0048]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是