功率模块的封装结构制造技术

本发明专利技术揭露一种功率模块的封装结构，包括：散热基板；至少一第一功率器件，被配置于具有绝缘层的第一基板上，且所述第一基板被配置于所述散热基板上；至少一第二功率器件，其包括具有跳变电位的跳变电极，其中所述至少一第二功率器件被配置于具有绝缘层的至少一第二基板之上，且所述第二基板被配置于所述第一基板之上，以减小所述跳变电极与所述散热基板之间的寄生电容。本发明专利技术的功率模块的封装结构可减小功率模块跳变电极相对于散热基板的寄生电容，从而极大减小功率模块的在实际工作中的EMI噪声。

Packaging structure of power module

【技术实现步骤摘要】
功率模块的封装结构
本专利技术是关于功率模块的封装结构，特别是关于一种低EMI(Electro-MagneticInterference，电磁干扰)噪声的功率模块的封装结构。
技术介绍
随着电力电子器件朝着模块化、智能化的方向发展，各类IC芯片的集成度越来越高，功率密度也越来越大。功率半导体器件也取得了长足进步，朝着高温、高频、低功耗、高功率容量以及智能化、系统化的方向发展。同时，新结构、新工艺不断出现，以SiC为代表的功率半导体器件也得到了广泛应用，尤其在一些相对较大功率的应用场合，SiC功率模块的应用越来越多。常见的分离器件通常采用标准化的封装，其可以保证较高的可靠性和较低的成本，但是其内部存在较大的寄生参数(parasiticparameter)，使得其不适合应用于并联使用场合。而功率电子封装技术从解决模块的封装结构、模块内部芯片与基板互连等问题出发，可使各种元器件的不利寄生参数减小，同时具有更大的电流承载能力，减小模块体积重量，提高系统功率密度。目前的功率模块的封装形式按组装工艺和安装固定方法主要分为：压接式结构、焊接结构以及直接敷铜(DirectBondingCopper，DBC)基板结构等形式。其中DBC基板结构具有更好的热疲劳稳定性和很高的集成度。现有的功率半导体芯片的基本结构如图1所示，对于常见的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)、二极管(Diode)等功率半导体芯片，其中MOSFET芯片一般具有源极(Source)S、栅极(Gate)G和漏极(Drain)D，IGBT芯片一般具有发射极(Emitter)E、门极(Gate)G和集电极(Collect)C，二极管芯片一般具有阳极(Anode)A和阴极(Kathode)K，而这些芯片的漏极D、集电极C、阴极K等一般是被设置在芯片的底部。如图2所示，当采用DBC基板22进行功率模块封装时，一般会将这些芯片23的底部和DBC基板21焊接在一起，由此这些功率半导体芯片的漏极D、集电极C、阴极K会与散热器(Heatsink)21之间形成一个寄生电容(parasiticcapacitance)CP。如图3所示，中国专利申请CN104900546提出了一种IGBT功率模块封装结构，其包括一块焊接有IGBT芯片的DBC基板。其中IGBT芯片如上文所述及如图1所示，其中IGBT芯片的上表面具有门极G和发射级E，下表面具有集电极C，该IGBT芯片的集电极C是通过焊料焊接到DBC基板上表面的铜层上，该IGBT芯片的门极G通过引线连接于DBC基板上表面的铜层上以及该IGBT芯片的发射极E通过引线连接于DBC基板上表面的铜层上。DBC基板下表面的铜层是通过焊料焊接到散热基板上，DBC基板下表面的铜层与DBC基板上表面的铜层之间有一层陶瓷层。因此IGBT芯片的集电极C与散热基板(与系统保护地相连)之间，IGBT芯片的门极G与散热基板之间以及IGBT芯片的发射极E与散热基板之间均有寄生电容CP形成。根据前文所述内容可知，上述封装技术所采用的内部结构均无法避免功率半导体芯片的一个电极或多个电极与散热基板(即电压静地点)之间寄生电容的产生，而此寄生电容的存在可能引入的共模电流将会对整个电力电子变换器产生电磁干扰(EMI)问题。尤其是对于SiC功率模块而言，虽然上述封装技术可以有效地减小功率器件内部的寄生电感参数，但是封装模块的寄生电容问题依然比较严重，其中一个重要的原因就是在SiC功率模块中为了散热的目的，必须要将SiC功率模块安装到一个散热器(或被称为“散热片”或“散热基板”，其例如可为金属材质)上，且功率模块的底面需要紧紧贴合到散热器上，而散热器的电位通常是功率变换器的保护地，这样就提供一个内部跳变电位到保护地之间的位移电流路径，由此更易产生了EMI(电磁干扰)问题。同时，由于SiC功率模块是高速器件，对于工作在开关状态的SiC功率模块，其开关管内部会存在具有跳变电位的跳变点，且该跳变点的电压变化率dv/dt相对较大，因此EMI问题在SiC功率模块中会显得尤为突出，从而也导致其不适合应用于并联使用场合。因此，迫切需要一种新的功率模块封装技术，可有效地减小功率模块与变换器保护地之间的寄生电容，从而抑制共模电磁干扰(EMI)的影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的一目的在于提供一种改进的功率模块封装结构，可以有效缓解或避免现有模块封装技术中寄生电容所带来的EMI问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种功率模块的封装结构，其包括：散热基板；至少一第一功率器件，被配置于具有绝缘层的第一基板上，且所述第一基板被配置于所述散热基板上；至少一第二功率器件，其包括具有跳变电位的跳变电极，其中所述至少一第二功率器件被配置于具有绝缘层的至少一第二基板之上，且所述第二基板被配置于所述第一基板之上，以减小所述跳变电极与所述散热基板之间的寄生电容。在本专利技术的一或多个实施例中，所述第一基板为DBC基板；所述至少一第二基板为DBC基板。在本专利技术的一或多个实施例中，所述第一基板还包括二金属层，所述二金属层分别设置于所述第一基板的所述绝缘层的上表面和下表面。在本专利技术的一或多个实施例中，所述至少一第二基板还包括二金属层，所述二金属层分别设置于所述至少一第二基板的所述绝缘层的上表面和下表面。在本专利技术的一或多个实施例中，所述第一基板的所述绝缘层的材料为陶瓷；所述至少一第二基板的所述绝缘层的材料为陶瓷。在本专利技术的一或多个实施例中，所述第一基板的所述绝缘层的材料为AlN或SiN；所述至少一第二基板的所述绝缘层的材料为AlN或SiN。在本专利技术的一或多个实施例中，至少一所述第一功率器件为二极管芯片，所述二极管芯片的阳极位于所述二极管芯片的上表面，所述二极管芯片的阴极位于所述二极管芯片的下表面；或者，至少一所述第一功率器件为IGBT芯片，所述IGBT芯片的发射极和门极分别位于所述IGBT芯片的上表面，所述IGBT芯片的集电极位于所述IGBT芯片的下表面；或者，至少一所述第一功率器件为MOSFET芯片，所述MOSFET芯片的源极和栅极分别位于所述MOSFET芯片的上表面，所述MOSFET芯片的漏极位于所述MOSFET芯片的下表面。在本专利技术的一或多个实施例中，至少一所述第二功率器件为二极管芯片，所述二极管芯片的阳极位于所述二极管芯片的上表面，所述二极管芯片的阴极位于所述二极管芯片的下表面；或者，至少一所述第二功率器件为IGBT芯片，所述IGBT芯片的发射极和门极分别位于所述IGBT芯片的上表面，所述IGBT芯片的集电极位于所述IGBT芯片的下表面；或者，至少一所述第二功率器件为MOSFET芯片，所述MOSFET芯片的源极和栅极分别位于所述MOSFET芯片的上表面，所述MOSFET芯片的漏极位于所述MOSFET芯片的下表面。在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率模块的封装结构，其特征在于，包括：/n散热基板；/n至少一第一功率器件，被配置于具有绝缘层的第一基板上，且所述第一基板被配置于所述散热基板上；/n至少一第二功率器件，其包括具有跳变电位的跳变电极，其中所述至少一第二功率器件被配置于具有绝缘层的至少一第二基板之上，且所述第二基板被配置于所述第一基板之上，以减小所述跳变电极与所述散热基板之间的寄生电容。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率模块的封装结构，其特征在于，包括：
散热基板；
至少一第一功率器件，被配置于具有绝缘层的第一基板上，且所述第一基板被配置于所述散热基板上；
至少一第二功率器件，其包括具有跳变电位的跳变电极，其中所述至少一第二功率器件被配置于具有绝缘层的至少一第二基板之上，且所述第二基板被配置于所述第一基板之上，以减小所述跳变电极与所述散热基板之间的寄生电容。


2.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于，所述第一基板为DBC基板；所述至少一第二基板为DBC基板。


3.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于，所述第一基板还包括二金属层，所述二金属层分别设置于所述第一基板的所述绝缘层的上表面和下表面。


4.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于，所述至少一第二基板还包括二金属层，所述二金属层分别设置于所述至少一第二基板的所述绝缘层的上表面和下表面。


5.根据权利要求3或4所述的功率模块的封装结构，其特征在于，所述第一基板的所述绝缘层的材料为陶瓷；所述至少一第二基板的所述绝缘层的材料为陶瓷。


6.根据权利要求3或4所述的功率模块的封装结构，其特征在于，所述第一基板的所述绝缘层的材料为AlN或SiN；所述至少一第二基板的所述绝缘层的材料为AlN或SiN。


7.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于，至少一所述第一功率器件为二极管芯片，所述二极管芯片的阳极位于所述二极管芯片的上表面，所述二极管芯片的阴极位于所述二极管芯片的下表面；
或者，至少一所述第一功率器件为IGBT芯片，所述IGBT芯片的发射极和门极分别位于所述IGBT芯片的上表面，所述IGBT芯片的集电极位于所述IGBT芯片的下表面；
或者，至少一所述第一功率器件为MOSFET芯片，所述MOSFET芯片的源极和栅极分别位于所述MOSFET芯片的上表面，所述MOSFET芯片的漏极位于所述MOSFET芯片的下表面。


8.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于，至少一所述第二功率器件为二极管芯片，所述二极管芯片的阳极位于所述二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：言超，陆益文，刘军，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31