一种功率模块封装结构及其封装方法技术

本发明专利技术提供了一种功率模块封装结构及其封装方法，该封装结构包括衬板，衬板上设置有模块功能单元，模块功能单元上表面覆盖有电路板，电路板用于与衬板、模块功能单元一起构成完整的电流回路。该封装结构利用电路板来代替传统的键合线，减小了回路的杂散电感；同时，在电路板、模块功能单元与衬板构成了叠层电路结构，可以进一步降低功率模块的杂散电感。本发明专利技术提供的封装方法仅需对电路板、衬板以及模块功能单元等部件进行连接，而各个部件的相互的连接位置均为固定的，进而可以进行功率模块的快速组装；同时采用面面接触连接代替了键合线的点接触连接，具备更优的温度分布，功率模块可靠性更高。

A power module packaging structure and method

【技术实现步骤摘要】
一种功率模块封装结构及其封装方法
本专利技术涉及半导体功率模块器件
，特别地涉及一种功率模块封装结构及其封装方法。
技术介绍
传统功率模块的芯片和衬板互连需要大量的键合引线，键合线结构会产生一定的寄生电感。功率模块在开通和关断的过程中，电流激剧变化，产生较大的电流变化率di/dt。寄生电感和电流变化率di/dt的共同作用将会产生电感电压Vo，二者的关系式为：Vo＝Ls*di/dt，其中Ls表示开关回路的杂散电感，键合线产生的寄生电感是杂散电感的重要组成部分。电感电压Vo和母线电压叠加将产生电压尖峰，一方面，电压尖峰将导致器件的开关损耗增大，芯片结温升高速率加快，器件可能过温失效；另一方面，如果电压尖峰超过器件可承受的最高电压，将会造成器件击穿，也会导致功率模块失效。因此降低回路中的杂散电感Ls是模块设计的关键点之一。宽禁带半导体器件，开关速度更快，杂散电感引起的问题会更加严重，传统键合线结构的功率模块，降低电感的空间比较小，因此有必要提供一种能够显著降低功率模块杂散电感的功率模块封装结构及工艺方法。
技术实现思路
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种功率模块封装结构及其封装方法，该封装结构采用电路板代替键合线，可有效的减小杂散电感。本专利技术的功率模块封装结构，包括衬板，所述衬板上设置有模块功能单元，所述模块功能单元上表面覆盖有电路板，所述电路板用于键合所述衬板与所述模块功能单元。在一个实施方式中，所述模块功能单元包括至少一个芯片模组，所述模块功能单元包括芯片模组，所述芯片模组包括第一芯片、第二芯片、第一金属导电块、第二金属导电块、第三金属导电块以及第四金属导电块，所述第一芯片设置在所述第三金属导电块的上表面，所述第二芯片设置在所述第四金属导电块的上表面，所述第一芯片、第二芯片、第一金属导电块以及第二金属导电块的上表面处于同一水平面上。在一个实施方式中，所述第三金属导电块上并联设置有多个所述第一芯片，所述第四金属导电块上并联设置有多个所述第二芯片。在一个实施方式中，在所述衬板上表面依次设置有第一金属层、第二金属层以及第三金属层，所述第三金属导电块与所述第一金属导电块并列设置在第一金属层上且所述第一金属导电块位于靠近所述第二金属层的一侧，所述第四金属导电块设置在所述第二金属层上，所述第二金属导电块设置在所述第三金属层上。在一个实施方式中，所述电路板包括电路板绝缘层以及依次设置在所述电路板绝缘层下表面的第四金属层、第五金属层以及第六金属层，所述第四金属层与所述第一芯片的源极面接触，所述第五金属层与所述第一金属导电块、所述第二芯片的源极同时面接触，所述第六金属层与所述第二金属导电块面接触；所述电路板还包括设置在所述电路板绝缘层上表面的第七金属层，所述第七金属层两端分别通过开设在所述电路板绝缘层上的第一过孔组、第二过孔组与所述第四金属层、所述第六金属层连接。在一个实施方式中，所述电路板绝缘层下表面还设置有第十四金属层与第十五金属层，所述第十四金属层、所述第十五金属层分别与所述第一芯片的源极、所述第二芯片的源极面接触，且所述第十四金属层与所述第四金属层、所述第十五金属层与所述第五金属层均相互间隔。所述电路板绝缘层上表面设置有第十二金属层与第十三金属层，所述第十二金属层与所述第十三金属层分别通过开设在所述电路板绝缘层上的第五过孔组、第六过孔组与所述第十四金属层、第十五金属层连接。在一个实施方式中，在所述电路板绝缘层下表面还设置有第八金属层与第九金属层，所述第八金属层与所述第九金属层分别与所述第一芯片的门极与所述第二芯片的门极面接触；在所述电路板绝缘层上表面设置有第十金属层与第十一金属层，所述第十金属层与所述第十一金属层分别通过开设在所述电路板绝缘层上的第三过孔组、第四过孔组与所述第八金属层、所述第九金属层连接。在一个实施方式中，所述第二金属层、所述第三金属层分别与外部的正极功率端子、负极功率端子连接。在一个实施方式中，所述第一金属层至所述第十五金属层为铜层、铝层或其他适合半导体芯片连接的金属表面镀层。在一个实施方式中，所述第一金属导电块、第二金属导电块、第三金属导电块以及第四金属导电块的材料均为钼铜合金、铝基碳化硅与铜中的一种。在一个实施方式中，所述衬板的材料采用氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷或氮化硅陶瓷。本专利技术还提供了上述功率模块封装结构的封装方法，包括：将第一金属导电块、第二金属导电块、第三金属导电块以及第四金属导电块固定连接在衬板上表面对应的金属层上；将第一芯片与第二芯片上表面的门极区域、源极区域与电路板下表面对应的金属层固定连接；将所述第一金属导电块、所述第二金属导电块的上表面与电路板下表面对应的金属层固定连接，将所述第一芯片、所述第二芯片底部的漏极区域分别与所述第三金属导电块、所述第四金属导电块的上表面固定连接；在所述衬板外围安装管壳，向所述管壳与所述衬板围成的空间内注入绝缘硅胶。在一个实施方式中，还包括在安装所述管壳之前将正极功率端子与负极功率端子固定连接在所述衬板对应的金属层上，以及将其他辅助端子固定连接在所述电路板上表面对应的金属层上。在一个实施方式中，所述固定连接的方式采用烧结或焊接。上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。本专利技术提供的一种功率模块封装结构及其封装方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：1.本专利技术的封装结构采用电路板代替传统的键合线来构成模块电流回路，形成了一种平面封装结构，极大地减小了回路中的杂散电感，降低过冲电压，增加安全工作区，提高可靠性，减轻开关振荡。同时，该平面封装结构由于键合线的消除，使得整个模块的体积更小、结构更紧凑，从而提高了整个功率模块的功率密度。2.本专利技术的封装结构通过采用电路板与衬板以及功率模块单元构成电流回路，其中主电流从衬板输入至模块功能单元中并朝一个方向流通，而后进入电路板反向流通，最终再次进入衬板并输出，进而功率模块输入端与输出端之间的主电流达到了叠层电路结构的效果，进一步降低了功率模块的杂散电感。3.本专利技术封装结构的模块功能单元中采用导电金属块构成电流回路以及支撑芯片，芯片与导电金属块以及电路板均采用面面接触，相较于传统键合线的点状连接，面面接触连接可以使芯片表面温度分布均匀并消除过热点，提高芯片长期使用时的可靠性，同时金属导电块的表面积大，可以起到加快传热的作用，将功率模块产生的部分热量传递至散热器并散发出去。4.本专利技术封装结构中的功率芯片门极电极引出也通过电路板实现，与传统的通过键合引线引出相比，门极电极的引出方式更加简洁，杂散电感低，开通速度快，开通损耗低，可靠性更高。5.本专利技术的封装方法仅需对电路板、衬板以及模块功能单元等部件进行连接，而各个部件的相互的连接位置均为固定的，进而可以进行功率模块的快速组装；同时采用面面接触连接代替了键合线的点接触连接，具备更优的温度分布与连接强度，功率模块可靠性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率模块封装结构，其特征在于，包括衬板，所述衬板上设置有模块功能单元，所述模块功能单元上表面覆盖有电路板，所述电路板用于键合所述衬板与所述模块功能单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率模块封装结构，其特征在于，包括衬板，所述衬板上设置有模块功能单元，所述模块功能单元上表面覆盖有电路板，所述电路板用于键合所述衬板与所述模块功能单元。


2.根据权利要求1所述的功率模块封装结构，其特征在于，所述模块功能单元包括芯片模组，所述芯片模组包括第一芯片、第二芯片、第一金属导电块、第二金属导电块、第三金属导电块以及第四金属导电块，所述第一芯片设置在所述第三金属导电块的上表面，所述第二芯片设置在所述第四金属导电块的上表面，所述第一芯片、第二芯片、第一金属导电块以及第二金属导电块的上表面处于同一水平面上。


3.根据权利要求2所述的功率模块封装结构，其特征在于，所述第三金属导电块上并联设置有多个所述第一芯片，所述第四金属导电块上并联设置有多个所述第二芯片。


4.根据权利要求2所述的功率模块封装结构，其特征在于，
在所述衬板上表面依次设置有第一金属层、第二金属层以及第三金属层，所述第三金属导电块与所述第一金属导电块并列设置在第一金属层上且所述第一金属导电块位于靠近所述第二金属层的一侧，所述第四金属导电块设置在所述第二金属层上，所述第二金属导电块设置在所述第三金属层上。


5.根据权利要求4所述的功率模块封装结构，其特征在于，所述电路板包括电路板绝缘层以及依次设置在所述电路板绝缘层下表面的第四金属层、第五金属层以及第六金属层，所述第四金属层与所述第一芯片的源极面接触，所述第五金属层与所述第一金属导电块、所述第二芯片的源极同时面接触，所述第六金属层与所述第二金属导电块面接触；
所述电路板还包括设置在所述电路板绝缘层上表面的第七金属层，所述第七金属层两端分别通过开设在所述电路板绝缘层上的第一过孔组、第二过孔组与所述第四金属层、所述第六金属层连接。


6.根据权利要求5所述的功率模块封装结构，其特征在于，所述电路板绝缘层下表面还设置有第十四金属层与第十五金属层，所述第十四金属层、所述第十五金属层分别与所述第一芯片的源极、所述第二芯片的源极面接触，且所述第十四金属层与所述第四金属层、所述第十五金属层与所述第五金属层均相互间隔；
所述电路板绝缘层上表面设置有第十二金属层与第十三金属层，所述第十二金属层与所述第十三金属层分别通过开设在所述电路板绝缘层上的第五过孔组、第六过孔组与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐放，王彦刚，姚亮，柯攀，戴小平，
申请(专利权)人：湖南国芯半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43