本发明专利技术公开了一种新型耐高温SiC MOSFET半桥多层封装结构，包括封装层及引片结构，其中，封装层内设置有第一镀金金属化芯区及第二镀金金属化芯区，封装层的表面开设有自上到下分布的通孔结构，引片结构插入于通孔结构内后与封装层之间密封，第一镀金金属化芯区上设置有上桥臂半导体芯片，第二镀金金属化芯区上设置有下桥臂半导体芯片，其中，引片结构与上桥臂半导体芯片及下桥臂半导体芯片相连，该结构具有低成本、高可靠性、低寄生参数及耐高温的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种新型耐高温SiCMOSFET半桥多层封装结构
本专利技术属于半导体封装
，涉及一种新型耐高温SiCMOSFET半桥多层封装结构。
技术介绍
随着半导体产业的飞速发展，以SiC、GaN为代表的第三代宽禁带半导体的应用日益广泛。其中，SiC器件因其具有更低的内阻、更高导热系数，在高温应用领域具有显著优势。以往的研究中表明，SiCMOSFET的理论工作温度可以达到500℃以上，但实际应用中，由于封装材料、绝缘材料、高温焊料等的限制，商用SiCMOSFET的工作温度最高仅被允许在230℃。一些厂商制造出的对应塑料封装的TOP金属封装外壳，以及陶瓷金属混合封装外壳，可在较高温度下使用，但这两种方法带来的问题也限制了其广泛应用：1)模具制作费用昂贵，且不能灵活更改。2)设计制作周期很长，金属封装需要3个月以上，而陶瓷封装则需要半年以上。3)由于生产周期长，往往无法预生产，当所设计的封装出现问题时可能导致大批量产品报废。4)引脚上极大的寄生参数使器件在高温工作中产生非常大的损耗，带来无法均热、均流的问题，严重情况下会导致器件击穿损坏。除上述封装外壳的选择与时间、成本、寄生参数之间难以平衡的问题外，高温下的封装还面临着绝缘材料、芯片贴装方法、引脚连接方面的问题：1)常用的绝缘材料为硅凝胶、聚酰亚胺、绝缘油等，其可耐受温度均在300℃以下。2)传统的芯片贴装方法采用高温焊锡膏、金锡焊等，其熔点仅在280℃以下。3)传统的电气连接方式为铝线键合，但由于铝材料熔点的限制，以及金属热膨胀系数的不同，在高温下极易发生键合点脱落的情况。这些都极大地限制了高温下SiC器件封装技术的发展。功率模块是将一系列电力电子功率芯片按照一定的功能进行封装集成形成的模块，相比于分立器件，具有更高的可靠性，更高的功率密度，以及更低的损耗，在电力电子系统中起着至关重要的作用。因此，高温下功率模块的集成也是一个迫切需要关注的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种新型耐高温SiCMOSFET半桥多层封装结构，该结构具有低成本、高可靠性、低寄生参数及耐高温的特点。为达到上述目的，本专利技术所述的新型耐高温SiCMOSFET半桥多层封装结构包括封装层及引片结构，其中，封装层内设置有第一镀金金属化芯区及第二镀金金属化芯区，封装层的表面开设有自上到下分布的通孔结构，引片结构插入于通孔结构内后与封装层之间密封，第一镀金金属化芯区上设置有上桥臂半导体芯片，第二镀金金属化芯区上设置有下桥臂半导体芯片，其中，引片结构与下桥臂半导体芯片及下桥臂半导体芯片相连接，封装层内部填充有惰性气体或者为真空结构。所述封装层包括氮化硅陶瓷盖板、氮化硅陶瓷基板以及设置于氮化硅陶瓷盖板与氮化硅陶瓷基板之间的陶瓷侧壁，陶瓷侧壁与氮化硅陶瓷盖板及氮化硅陶瓷盖板之间通过第一活性金属焊料层及第二活性金属焊料层密封连接。所述引片结构包括第一镀金铜引片、第二镀金铜引片、第三镀金铜引片、第四镀金铜引片、第五镀金铜引片、第六镀金铜引片、第七镀金铜引片及第八镀金铜引片；所述通孔结构包括第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔、第五通孔、第六通孔、第七通孔及第八通孔；其中，第一镀金铜引片插入于第一通孔内，第二镀金铜引片插入于第二通孔内，第三镀金铜引片插入于第三通孔内，第四镀金铜引片插入于第四通孔内，第五镀金铜引片插入于第五通孔内，第六镀金铜引片插入于第六通孔内，第七镀金铜引片插入于第七通孔内，第八镀金铜引片插入于第八通孔内。氮化硅陶瓷基板的底部为底部金属化层。上桥臂半导体芯片包括第一碳化硅功率半导体芯片、第二碳化硅功率半导体芯片及第三碳化硅功率半导体芯片，其中，第一碳化硅功率半导体芯片、第二碳化硅功率半导体芯片及第三碳化硅功率半导体芯片通过纳米银烧结或者通过金锡焊料焊接。下桥臂半导体芯片包括第四碳化硅功率半导体芯片、第五碳化硅功率半导体芯片及第六碳化硅功率半导体芯片，其中，第四碳化硅功率半导体芯片、第五碳化硅功率半导体芯片及第六碳化硅功率半导体芯片通过纳米银烧结或者通过金锡焊料焊接。引片结构与下桥臂半导体芯片及下桥臂半导体芯片之间通过金线或者金带键合连接。在制作过程中，在真空或者氮气气氛下，将氮化硅陶瓷基板的陶瓷侧壁与氮化硅陶瓷盖板的陶瓷侧壁之间通过第一活性金属焊料层及第二活性金属焊料层密封连接。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的新型耐高温SiCMOSFET半桥多层封装结构在具体操作时，封装层内设置有第一镀金金属化芯区及第二镀金金属化芯区，封装层的表面开设有自上到下分布的通孔结构，引片结构插入于通孔结构内后与封装层之间密封，在保证气密性的同时，降低功率模块的寄生电感及寄生电容，可靠性较高，同时封装层内部为真空结构或者充有惰性气体，以保证芯片在高温大功率环境下的可靠运行。附图说明图1为本专利技术内部的结构示意图；图2为本专利技术的俯视图；图3为本专利技术的侧视图。其中，100为氮化硅陶瓷基板、101为氮化硅陶瓷盖板、102为第一镀金铜引片、103为第二镀金铜引片、104为第三镀金铜引片、105为第四镀金铜引片、106为第五镀金铜引片、107为第六镀金铜引片、108为第七镀金铜引片、109为第八镀金铜引片、110为第一通孔、111为第二通孔、112为第三通孔、113为第四通孔、114为第五通孔、115为第六通孔、116为第七通孔、117为第八通孔、118为第一镀金金属化芯区、119为第二镀金金属化芯区、120为陶瓷侧壁、121为底部金属化层、128为第一活性金属焊料层、129为第二活性金属焊料层、122为第一碳化硅功率半导体芯片、123为第二碳化硅功率半导体芯片、124为第三碳化硅功率半导体芯片、125为第四碳化硅功率半导体芯片、126为第五碳化硅功率半导体芯片、127为第六碳化硅功率半导体芯片。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参考图1至图3，本专利技术所述的新型耐高温SiCMOSFET半桥多层封装结构包括封装层及引片结构，其中，封装层内设置有第一镀金金属化芯区118及第二镀金金属化芯区119，封装层的表面开设有自上到下分布的通孔结构，引片结构插入于通孔结构内后与封装层之间密封，第一镀金金属化芯区118上设置有上桥臂半导体芯片，第二镀金金属化芯区119上设置有下桥臂半导体芯片，其中，引片结构与下桥臂半导体芯片及下桥臂半导体芯片相连接，封装层内部为真空结构或者充有惰性气体。所述封装层包括氮化硅陶瓷盖板101、氮化硅陶瓷基板100以及设置于氮化硅陶瓷盖板101与氮化硅陶瓷基板100之间的陶瓷侧壁120，陶瓷侧壁120与氮化硅陶瓷盖板101及氮化硅陶瓷盖板101之间通过第一活性金属焊料层128及第二活性金属焊料层129密封连接，氮化硅陶瓷基板100的底部为底部金属化层121。所述引片结构包括第一镀金铜引片102、第二镀金铜引片103、第三镀金铜引片104、第四镀金铜引片105、第五镀金铜引片106、第六本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新型耐高温SiC MOSFET半桥多层封装结构，其特征在于，包括封装层及引片结构，其中，封装层内设置有第一镀金金属化芯区(118)及第二镀金金属化芯区(119)，封装层的表面开设有自上到下分布的通孔结构，引片结构插入于通孔结构内后与封装层之间密封，第一镀金金属化芯区(118)上设置有上桥臂半导体芯片，第二镀金金属化芯区(119)上设置有下桥臂半导体芯片，其中，引片结构与上桥臂半导体芯片及下桥臂半导体芯片相连接，封装层内部为真空结构或者充有惰性气体。/n
【技术特征摘要】
1.一种新型耐高温SiCMOSFET半桥多层封装结构，其特征在于，包括封装层及引片结构，其中，封装层内设置有第一镀金金属化芯区(118)及第二镀金金属化芯区(119)，封装层的表面开设有自上到下分布的通孔结构，引片结构插入于通孔结构内后与封装层之间密封，第一镀金金属化芯区(118)上设置有上桥臂半导体芯片，第二镀金金属化芯区(119)上设置有下桥臂半导体芯片，其中，引片结构与上桥臂半导体芯片及下桥臂半导体芯片相连接，封装层内部为真空结构或者充有惰性气体。
2.根据权利要求1所述的新型耐高温SiCMOSFET半桥多层封装结构，其特征在于，所述封装层包括氮化硅陶瓷盖板(101)、氮化硅陶瓷基板(100)以及设置于氮化硅陶瓷盖板(101)与氮化硅陶瓷基板(100)之间的陶瓷侧壁(120)，陶瓷侧壁(120)与氮化硅陶瓷盖板(101)及氮化硅陶瓷盖板(101)之间通过第一活性金属焊料层(128)及第二活性金属焊料层(129)密封连接。
3.根据权利要求1所述的新型耐高温SiCMOSFET半桥多层封装结构，其特征在于，所述引片结构包括第一镀金铜引片(102)、第二镀金铜引片(103)、第三镀金铜引片(104)、第四镀金铜引片(105)、第五镀金铜引片(106)、第六镀金铜引片(107)、第七镀金铜引片(108)及第八镀金铜引片(109)；
所述通孔结构包括第一通孔(110)、第二通孔(111)、第三通孔(112)、第四通孔(113)、第五通孔(114)、第六通孔(115)、第七通孔(116)及第八通孔(117)；
其中，第一镀金铜引片(102)插入于第一通孔(110)内，第二镀金铜引片(103)插入于第二通孔(111)内，第三镀金铜引片(104)插入于第三通孔(112)内，第四镀金铜引片(105)插入于第四通孔(113)内，第五...
【专利技术属性】
技术研发人员：王来利，朱梦宇，杨成子，杨奉涛，李华清，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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