具有低寄生电感和低热阻的功率集成模块制造技术

本发明专利技术实施例涉及一种具有低寄生电感和低热阻的功率集成模块，包括半导体开关器件、电路板和金属框架；金属框架包括相互分离的散热片和多个电极端子，半导体开关器件设置在电路板和散热片之间，电路板相对于半导体开关器件的表面安装有与半导体开关器件形成电流回路的电容；半导体开关器件的两个相对表面分别形成有导热盘和多个电极，多个电极经由电路板与多个电极端子电连接，导热盘与散热片热连接；封装体包裹电路板、半导体开关器件和电容，并露出多个电极端子和散热片。将半导体开关器件和电容分别设置在电路板的相对两侧而形成垂直布局，便于减小电流回路面积以降低寄生电感；半导体开关器件与散热片热连接，使模块具有低热阻特性。

Power integration module with low parasitic inductance and low thermal resistance

【技术实现步骤摘要】
具有低寄生电感和低热阻的功率集成模块
本专利技术涉及一种功率集成模块；更具体地，是涉及一种同时具有低寄生电感和低热阻的功率集成模块。
技术介绍
与传统Si(硅)功率器件相比，例如GaNMOSFET的GaN(氮化镓)功率器件具有较低的品质因数(FigureofMerit,FOM)。其中，FOM定义为RDS,ON和(QGS+QGD)的乘积，RDS,ON为导通电阻，QGS为栅源极电荷，QGD为栅漏极电荷。这意味着当具有与Si功率器件相同的RDS,ON时，GaN功率器件的QGS+QGD将远小于Si功率器件。较低的QGS+QGD将会造成较快的电流和电压变化速率，即di/dt和dv/dt将会变大。在开关电源的应用下，GaN功率器件具有较高di/dt将使得电路寄生电感产生较高的峰值电压(voltagespike)，较高的峰值电压容易造成较大的电磁干扰(EMI)且增加其开关功率损耗。因此，功率集成模块的线路布局需要最小化寄生电感，从而达到GaN功率器件该有的开关特性。图1是开关电源应用下的一种典型功率集成模块的桥臂电路原理图。如图1所示，该功率集成模块包括高侧MOSFET101、低侧MOSFET102、一个或多个去耦电容103，高侧MOSFET101的漏极D连接至供电电源VIN，高侧MOSFET101的源极S与低侧MOSFET102的漏极D电连接而形成开关节点SW，开关节点SW输出开关信号，低侧MOSFET102的源极S连接至地GND，高侧MOSFET101和低侧MOSFET102的栅极G接收来自控制器(图中未示出)的栅极控制信号。去耦电容103的两个端子分别连接至高侧MOSFET101的漏极D与低侧MOSFET102的源极S，即高侧MOSFET101、低侧MOSFET102和去耦电容103顺序连接形成电流回路，减小该电流回路的面积有利于降低电路的寄生电感。一方面，基于降低成本等考虑，在制作GaN功率器件时通常采用Si作为衬底(GaN-on-Si)，并将GaN功率器件的电极和导热盘(ThermalPad)分别设置在该功率器件的两个相对表面。以GaNMOSFET为例，采用Si作为衬底时，三个电极(栅极G、源极S和漏极D)被设置在GaNMOSFET的第一表面，导热盘则被设置在GaNMOSFET相对于其第一表面的第二表面。另一方面，通常要求功率集成模块具有较低的热阻，以使其具备较佳的散热能力，进而提高功率密度(PowerDensity)，但现有封装布局结构应用于GaN功率器件时，无法同时实现较低的热阻和较小的电流回路面积，进而造成有良好的散热效果就无法有好的EMI控制，反之亦然。对此，以图1所示功率集成模块的两种现有封装布局结构为例进行说明。图2是图1所示功率集成模块的一种现有封装结构示意图。如图2所示，高侧MOSFET101、低侧MOSFET102和去耦电容103安装在电路板的同侧表面，且三者形成的电流回路位于X-Y平面。显然，当高侧MOSFET101和低侧MOSFET102为GaNMOSFET时，在图2的平面布局方式下，不仅因电流回路优化困难而产生较高的寄生电感，且该GaNMOSFET的导热盘无法连接至散热片/散热器进行散热，使得模块具有较大热阻。图3a和3b展示了图1所示功率集成模块的另一种现有封装布局结构。如图3a和3b所示，高侧MOSFET101、低侧MOSFET102和去耦电容103安装在电路板100的同侧表面，且高侧MOSFET101、低侧MOSFET102和去耦电容103形成的电流回路垂直于X-Y平面。图3a和3b展示的布局方式虽可使电流回路优化而减小电流回路面积，但当高侧MOSFET101和低侧MOSFET102为GaNMOSFET时，该GaNMOSFET的导热盘同样无法连接至散热片/散热器进行散热。因此，有必要对功率集成模块的现有封装结构进行改进。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的主要目的是提供一种同时具有低寄生电感和低热阻的功率集成模块。为了实现上述的主要目的，本专利技术实施例提供的功率集成模块包括：金属框架，包括相互分离的散热片和多个电极端子；电路板，包括绝缘基板和形成在所述绝缘基板两个相对表面的导电图案层，所述绝缘基板的两个相对表面的导电图案层之间通过贯穿所述绝缘基板的导电路径电连接；半导体开关器件，其一个表面具有多个电极，相对的另一个表面具有导热盘；所述半导体开关器件设置在所述电路板和所述散热片之间，所述导热盘与所述散热片热连接，所述多个电极经由所述电路板与所述多个电极端子电连接；电容，安装在所述电路板相对于所述半导体开关器件的表面；所述电容和所述半导体开关器件之间形成电流回路；封装体，包裹所述电路板、所述半导体开关器件和所述电容，并部分地露出所述多个电极端子和所述散热片。本专利技术的实施例中，一方面，将电流回路中的半导体开关器件和电容分别安装在电路板的相对两侧，不仅有利于模块的小型化，而且便于优化电流回路以减小电流回路面积，进而降低寄生电感；另一方面，将半导体开关器件的导热盘与散热片热连接，使半导体开关器件产生的热量可通过散热片快速扩散，模块具有热阻小、散热性能佳的优点。由此，本专利技术实施例提供的功率集成模块同时具有良好的散热性能和优异的EMI控制。根据本专利技术的一种具体实施方式，所述电路板与所述多个电极端子间隔设置，且所述电路板和所述多个电极之间通过多个金属连接件电连接。根据本专利技术的另一具体实施方式，所述多个电极端子构造为直接电连接至所述电路板。例如，将电极端子电性焊接至电路板的导电图案，以使得电极端子与电路板直接电连接。本专利技术的实施例中，所述多个电极端子露出于所述封装体的安装表面和所述散热片露出于所述封装体的安装表面可以位于封装体的同一表面侧。作为本专利技术的一种优选实施方式，所述多个电极端子露出于所述封装体的安装表面和所述散热片露出于所述封装体的安装表面平齐。上述技术方案中，将电极端子和散热片的安装表面设置在封装体的同一表面侧，特别是平齐设置，不仅可以简化模块的结构及制作工艺，降低模块的重量和尺寸，而且便于功率集成模块的后续安装，例如便于采用SMT贴片工艺快速安装。如前所述，减小电容和半导体开关器件所形成电流回路的面积有利于降低寄生电感。为尽量减小电流回路的面积，本专利技术的实施例中，一方面，所述电路板的厚度优选小于0.5毫米，更优选小于0.3毫米；另一方面，可以将所述电容和所述半导体开关器件布置为在所述电路板的厚度方向上至少部分重叠。其中，在半导体开关器件的数量为多个时，去耦电容可以布置为在所述电路板的厚度方向上仅与其中的一个半导体开关器件至少部分重叠，或与其中的多个(例如两个)半导体开关器件部分重叠。本专利技术的实施例中，所述电路板上可以安装与所述半导体开关器件电连接的芯片驱动器。进一步地，所述电路板上还可以安装例如电阻、电感等的其他无源器件。本专利技术的优选实施例中，所述封装体是通过树脂注塑工艺成型的。本专利技术的优选实施例中，半导体开关器件为GaN半导体开关器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有低寄生电感和低热阻的功率集成模块，包括：/n金属框架，包括相互分离的散热片和多个电极端子；/n电路板，包括绝缘基板和形成在所述绝缘基板两个相对表面的导电图案层，所述绝缘基板的两个相对表面的导电图案层之间通过贯穿所述绝缘基板的导电路径电连接；/n半导体开关器件，其一个表面具有多个电极，相对的另一个表面具有导热盘；所述半导体开关器件设置在所述电路板和所述散热片之间，所述导热盘与所述散热片热连接，所述多个电极经由所述电路板与所述多个电极端子电连接；/n电容，安装在所述电路板相对于所述半导体开关器件的表面；所述电容和所述半导体开关器件之间形成电流回路；/n封装体，包裹所述电路板、所述半导体开关器件和所述电容，并部分地露出所述多个电极端子和所述散热片。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有低寄生电感和低热阻的功率集成模块，包括：
金属框架，包括相互分离的散热片和多个电极端子；
电路板，包括绝缘基板和形成在所述绝缘基板两个相对表面的导电图案层，所述绝缘基板的两个相对表面的导电图案层之间通过贯穿所述绝缘基板的导电路径电连接；
半导体开关器件，其一个表面具有多个电极，相对的另一个表面具有导热盘；所述半导体开关器件设置在所述电路板和所述散热片之间，所述导热盘与所述散热片热连接，所述多个电极经由所述电路板与所述多个电极端子电连接；
电容，安装在所述电路板相对于所述半导体开关器件的表面；所述电容和所述半导体开关器件之间形成电流回路；
封装体，包裹所述电路板、所述半导体开关器件和所述电容，并部分地露出所述多个电极端子和所述散热片。


2.根据权利要求1所述的功率集成模块，其中，所述电路板与所述多个电极端子间隔设置，且所述电路板和所述多个电极之间通过多个金属连接件电连接。


3.根据权利要求1所述的功率集成模块，其中，所述多个电极端子构造为直接电连接至所述电路板。


4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟健，李汉祥，
申请(专利权)人：丰鹏电子珠海有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44