一种功率器件制造技术

本发明专利技术公开一种功率器件。功率器件包括导电盖板、导电薄层、圆柱型印制电路板、n个功率器件芯片和导电基板；n个功率器件芯片与印刷电路板均位于导电基板上；每个功率器件芯片以圆周对称方式设置在导电基板上；每个功率器件芯片的控制端通过键合线连接印刷电路板的内部通路，印刷电路板的内部通路通过接口与外部电源相连；每个功率器件芯片的输入端电连接导电基板的上表面，输出端电连接所述导电薄层的下表面；导电薄层电连接导电盖板。采用本发明专利技术的功率器件，各芯片环境参数的一致性，改善了并联功率芯片电流的分布，改善了功率芯片受力不均衡的问题，并且可以实现双面散热，增加了功率器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种功率器件
本专利技术涉及电力半导体领域，特别是涉及一种功率器件。
技术介绍
现代电力电子器件具有大功率、驱动简单和开关频率高的优势，输出功率较大的电子元器件称为功率器件，包括：大功率晶体管、晶闸管、双向晶闸管、GTO、MOSFET、IGBT等。例如功率器件绝缘栅极双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)为栅极电压型驱动器件，具有工作频率高、功率密度大、可靠性高、易于串联等优点，在交通牵引领域、工业变频器以及柔性直流输电领域等高压大功率场合得到了广泛的应用。现有技术中，功率器件普遍采用模块结构，以功率器件IGBT为例，一个IGBT功率器件包含若干IGBT芯片。最初IGBT的封装形式为焊接式，即：将IGBT芯片通过焊接方式与导热不导电的基板连接，其余引出线利用键合线与外接口相连。这种焊接结构只能在导电电极的一面实现单面散热，导致IGBT芯片与散热器之间的热阻较高，散热效果不好，从而引起结温升高，影响功率器件IGBT的正常工作，并且焊接式封装结构采用了键合工艺，其内部连线过多，影响功率器件IGBT的可靠性。针对上述单面散热的情况，从业者提出一种全压接式封装结构，即：将钼片和功率芯片等结构依次定位放置，然后压接而成。压接式封装结构能够实现双面散热，并且消除了键合线过多的影响。但是采用这种结构后，每一个功率芯片所受的压力会随温度和电流的变化而变化，芯片的位置、厚度差异，封装结构加工的不平整度，以及工作时结构内部各元件的热胀冷缩特性带来的差异也会使得各芯片所受压力值发生改变。功率芯片所受压力过大会使芯片产生机械损坏，压力过小则会使功率芯片的结温上升，影响功率器件的可靠性，因此压力的均衡对于功率芯片的正常工作至关重要。另外，由于封装结构为压接而成，在功率器件内部需要设置多个芯片定位装置，增加了功率器件制造的工序与成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种功率器件，以解决传统功率器件由于散热性能不好、芯片承受压力不均匀导致可靠性低的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种功率器件，所述功率器件包括：导电盖板、导电薄层、印制电路板、n个功率器件芯片和导电基板，其中n为大于1的正整数；所述印刷电路板为圆柱型；所述n个功率器件芯片与所述印刷电路板均位于所述导电基板上；每个所述功率器件芯片下表面的几何中心均匀分布在以所述印刷电路板下表面几何中心为圆心、以设定长度为半径的圆周上，且每两个相邻芯片之间的距离相等；所述设定长度大于所述印刷电路板下表面的半径；每个所述功率器件芯片的控制端通过键合线连接所述印刷电路板的内部通路，所述印刷电路板的内部通路通过接口与外部电源相连；每个所述功率器件芯片的输入端电连接所述导电基板的上表面；每个所述功率器件芯片的输出端电连接所述导电薄层的下表面；所述导电薄层下表面的几何中心和所述导电基板上表面的几何中心均位于所述印刷电路板的中轴线上；所述导电薄层电连接所述导电盖板，所述导电盖板下表面的几何中心与所述导电薄层上表面的几何中心重合。可选的，所述功率器件还包括：n个导电凸台，每个所述功率器件芯片上表面设置有一个导电凸台，每个所述功率器件芯片的输出端通过一个所述导电凸台电连接所述导电薄层。可选的，所述功率器件还包括：侧壁，所述侧壁将所述功率器件的侧面包裹，所述侧壁的上边缘与所述导电盖板连接，所述侧壁的下边缘与所述导电基板连接；所述侧壁为所述印制电路板提供外部连接端子。可选的，所述侧壁为刚性外壳，内部填充介质。可选的，所述印刷电路板内部包含至少一个功率器件芯片控制端驱动信号路径。可选的，所述导电薄层上表面有n个水平方向贯通的凹槽；所述n个凹槽以所述导电薄层上表面几何中心为起点，延伸至所述导电薄层边缘；所述凹槽位于相邻两个所述功率器件芯片的中心连线的中垂线上。可选的，所述功率器件的元件之间的连接均采用烧结技术连接，所述元件包括所述导电盖板、导电薄层、印制电路板、n个功率器件芯片和导电基板。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术的功率器件芯片以圆周对称分布，保证了驱动信号以及各芯片环境参数的一致性，改善了功率芯片受力不均衡的问题；将导电基板作为功率器件封装的下端盖以及功率器件封装的输入端电极和散热面，导电盖板作为功率器件封装的上端盖以及功率器件封装的输出端电极和散热面，提供了双面散热接口，并且省去了焊接式封装结构中的绝大部分键合线，整体结构更加简单紧凑，增加了功率器件的可靠性。在部分具体实施例中，采用的烧结技术降低了接触热阻与封装器件的整体热阻，各元件连接更紧密，提高了封装器件的功率密度。导电薄层上表面的凹槽作为导电薄层的薄弱处为功率芯片的热胀冷缩提供了缓冲环节，保护了功率芯片表面的微敏感结构，改善了芯片工作的一致性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术功率器件的正视图；图2为本专利技术功率器件的部分结构俯视图；图3为本专利技术功率器件的导电薄层结构俯视图；图4为本专利技术功率器件的俯视透视图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术功率器件的正视图。如图1所示，功率器件包括：导电盖板1、导电薄层2、印制电路板3、多个功率器件芯片4、导电基板5和多个导电凸台6。将功率器件芯片的个数设置为n个，则n个功率器件芯片4和印刷电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)3均位于导电基板5上。PCB板3为圆柱型，n个功率器件芯片4以圆周对称分布，即功率器件芯片4的下表面的几何中心均匀分布在以PCB板3下表面几何中心为圆心、以设定长度为半径的圆周上，其中设定长度需满足大于PCB板3的下表面半径长度。每个功率器件芯片4的控制端通过键合线连接PCB板3的内部通路，PCB板3的内部通路通过接口与外部电源相连。每个功率器件芯片4的输入端电连接导电基板5的上表面，功率器件芯片4的输出端电连接导电薄层2的下表面，导电薄层2电连接导电盖板1，当俯视功率器件时，导电盖板1、导电薄层2、PCB板3和导电基板5的中心重合，这样能够使n个功率器件芯片4均匀对称的分布在功率器件内部。作为具体的实施例，功率器件芯片4可以通过导电凸台6电连接至导电薄层2，每个功率器件芯片4上表面上均设置一个导电凸台与功率器件芯片4的输出端连接。本专利技术的功率器件中，导电基板5作为功率器件封装的下端盖以及功率器件封装的输入端电极和散热面；导电盖板1作为功率器件封装的上端盖以及功率器件封装的输出端电极和散热面，实现了双面散热。导电薄层2作为缓冲层，为功率器件芯片4的热胀冷缩提供缓冲功能，保护了功率芯片表面的微敏感结构，改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率器件，其特征在于，所述功率器件包括：导电盖板、导电薄层、印制电路板、n个功率器件芯片和导电基板，其中n为大于1的正整数；所述印刷电路板为圆柱型；所述n个功率器件芯片与所述印刷电路板均位于所述导电基板上；每个所述功率器件芯片下表面的几何中心均匀分布在以所述印刷电路板下表面几何中心为圆心、以设定长度为半径的圆周上，且每两个相邻芯片之间的距离相等；所述设定长度大于所述印刷电路板下表面的半径；每个所述功率器件芯片的控制端通过键合线连接所述印刷电路板的内部通路，所述印刷电路板的内部通路通过接口与外部电源相连；每个所述功率器件芯片的输入端电连接所述导电基板的上表面；每个所述功率器件芯片的输出端电连接所述导电薄层的下表面；所述导电薄层下表面的几何中心和所述导电基板上表面的几何中心均位于所述印刷电路板的中轴线上；所述导电薄层电连接所述导电盖板，所述导电盖板下表面的几何中心与所述导电薄层上表面的几何中心重合。

【技术特征摘要】
1.一种功率器件，其特征在于，所述功率器件包括：导电盖板、导电薄层、印制电路板、n个功率器件芯片和导电基板，其中n为大于1的正整数；所述印刷电路板为圆柱型；所述n个功率器件芯片与所述印刷电路板均位于所述导电基板上；每个所述功率器件芯片下表面的几何中心均匀分布在以所述印刷电路板下表面几何中心为圆心、以设定长度为半径的圆周上，且每两个相邻芯片之间的距离相等；所述设定长度大于所述印刷电路板下表面的半径；每个所述功率器件芯片的控制端通过键合线连接所述印刷电路板的内部通路，所述印刷电路板的内部通路通过接口与外部电源相连；每个所述功率器件芯片的输入端电连接所述导电基板的上表面；每个所述功率器件芯片的输出端电连接所述导电薄层的下表面；所述导电薄层下表面的几何中心和所述导电基板上表面的几何中心均位于所述印刷电路板的中轴线上；所述导电薄层电连接所述导电盖板，所述导电盖板下表面的几何中心与所述导电薄层上表面的几何中心重合。2.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件还包括：n个导电凸台，每个所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志斌，倪筹帷，范思远，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11