一种功率半导体模块低电感封装结构及封装方法技术

本发明专利技术涉及功率半导体模块技术领域，提出一种功率半导体模块低电感封装结构，包括基板和设置在所述基板上的功率半导体模块单元，所述功率半导体模块单元用于形成可降低电感的双开关电路结构，所述功率半导体模块单元包括间隔设置在所述基板上的多个衬板，相邻所述衬板之间通过第一键合线连接，相连的两所述衬板上连接有延伸出外管壳的功率端子组，所述功率端子组包括两个部分重叠设置但互不接触的子功率端子，用于使两个所述子功率端子导通不同方向电流时产生电磁耦合以降低电感；还提出一种功率半导体模块低电感封装方法，其用于制造本发明专利技术提出的功率半导体模块低电感封装结构。本发明专利技术具有高可靠性、高功率密度和低电感的优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体模块低电感封装结构及封装方法


[0001]本专利技术涉及功率半导体模块
，特别地涉及一种功率半导体模块低电感封装结构及封装方法。

技术介绍

[0002]高压高功率半导体功率器件广泛应用于轨道交通、智能电网、高压柔直输电等大功率电能转换中。高压高功率半导体功率器件的广泛应用也对其提出了更高的要求，这些要求持续推动着以绝缘栅双极型晶体管等半导体功率器件为主要代表的全控型功率器件的最大输出电流规格以及电流密度的技术极限。
[0003]半导体功率芯片技术创新以及半导体器件的模块封装技术的不断创新是实现半导体器件性能提升的重要保障。封装技术对于其性能可靠性的提升尤其重要。对于如此高的功率需求，传统的高压大功率模块通常采用单开关的电路模式。采用这种电路结构，在满足快速提升的系统功率需求时，对半导体功率芯片的工作节温、耐压设计、材料的热应力、电磁应力以及封装材料工作温度等有极大的影响，迫使系统设计上保留极大的设计余量，从而限制功率半导体的性能发挥。
[0004]在高压高功率领域，新一代的标准化功率半导体模块采用半桥电路结构，实现低电感半桥封装，便于并联扩充容量，满足不同功率等级的要求，可以通过模块间的不同连接拓扑提供更高的系统输出功率。在功率组件系统角度上，采用对不同高电压等级采用相同的模块外观封装结构，可缩短功率组件的开发周期，降低研发、生产以及最终用户的应用以及维护成本。
[0005]为实现多个功率模块无降额并联，对于模块内部的电磁性能的均流设计有严格的要求，包括提高半导体芯片一致性，优化衬板表面金属层布局，优化辅助端子互联结构来实现模块内部多芯片的主电流以及不同位置功率芯片控制信号的均衡；模块功率端子直流正极/直流负极与交流端的位置布局，对于降低模块组件电感满足功率组件系统高开关频率和高电流开通速率有重要影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种功率半导体模块低电感封装结构及封装方法，利用新型衬板结构布局并结合新型结构功率端子结构来充分发挥大尺寸半导体功率芯片的优势，利用双开关电路结构均衡损耗和降低电感，实现低热阻、高功率密度和高可靠性的半导体功率模块封装结构，可有效地解决上述技术问题。
[0007]本专利技术的功率半导体模块低电感封装结构，包括基板和设置在所述基板上的功率半导体模块单元，所述功率半导体模块单元用于形成可降低电感的双开关电路结构；其中，所述功率半导体模块单元包括间隔设置在所述基板上的多个衬板，相邻所述衬板之间通过第一键合线连接，相连的两所述衬板上连接有延伸出外管壳的功率端子组，所述功率端子组包括两个部分重叠设置但互不接触的子功率端子，用于使两个所述子功率端子导通不同
方向电流时产生电磁耦合以降低电感。
[0008]在一个实施方式中，衬板上连接有辅助端子组，用于将驱动信号引入所述功率半导体模块单元，并将测试信号引出至外围系统；所述辅助端子组延伸出所述外管壳顶部。
[0009]在一个实施方式中，在所述衬板的中部区域设置有芯片组，所述芯片组包括多个相互并联的功率芯片；所述功率芯片为标准模块内功率芯片面积的N倍，N大于等于2。
[0010]在一个实施方式中，功率端子组还包括交流功率端子，所述子功率端子包括正极功率端子与负极功率端子，相连的两所述衬板包括第一衬板和第二衬板，所述正极功率端子连接在所述第一衬板上，所述负极功率端子与所述交流功率端子均连接在所述第二衬板上，所述正极功率端子、所述负极功率端子与所述交流功率端子在竖直方向上均设置成蜿蜒结构。
[0011]在一个实施方式中，正极功率端子、所述负极功率端子和所述交流功率端子均为预弯折成型功率端子，所述正极功率端子包括正极安装部，所述正极安装部一侧连接有正极第一弯折部，所述正极第一弯折部下侧连接有向右延伸的正极竖向连接部，所述正极竖向连接部下侧依次连接有正极第二弯折部、正极水平连接部以及正极底部引脚部，所述正极底部引脚部连接在第一衬板上；所述负极功率端子包括负极安装部，所述负极安装部一侧连接有负极第一弯折部，所述负极第一弯折部下侧连接有向左延伸的负极竖向连接部，所述负极竖向连接部下侧依次连接有负极第二弯折部、负极水平连接部、负极第三弯折部以及负极底部引脚部，所述负极底部引脚部连接在第二衬板上；所述正极第二弯折部与所述负极第二弯折部的弯折方向相同，所述正极竖向连接部与所述负极竖向连接部重叠设置但不接触，所述正极水平连接部与所述负极水平连接部重叠设置但不接触。
[0012]在一个实施方式中，双开关电路结构包括上开关电路结构和下开关电路结构，所述上开关电路结构和所述下开关电路结构形成主电流回路，所述辅助端子组包括两组分别连接所述第一衬板和所述第二衬板的子辅助端子，两组所述子辅助端子分别与所述上开关电路结构和所述下开关电路结构形成上开关控制回路与下开关控制回路。
[0013]在一个实施方式中，子辅助端子包括栅极辅助端子、发射极辅助端子和集电极辅助端子。
[0014]在一个实施方式中，上开关控制回路包括：第一金属层，其构造为L型结构并设置在所述第一衬板上，所述第一金属层的一边靠近所述第一衬板的第一周向边缘侧，所述第一金属层的另一边靠近所述第一衬板的第二周向边缘侧；辅助衬板，其设置在所述第一衬板外并靠近所述第一衬板的第二周向边缘侧，所述辅助衬板上设置有辅助金属层组；第二金属层，其设置在所述第一衬板上并靠近所述第一衬板的第四周向边缘侧；以及第三金属层，其设置在所述第一衬板上除所述第一金属层和所述第二金属层之外的区域，所述第一衬板上的所述芯片组设置在所述第三金属层上；所述第一金属层、第二金属层和第三金属层相互间隔设置；所述第一金属层、所述辅助金属层组和设置在所述第一衬板上的所述功率芯片的控制栅极依次通过第二键合线连接，设置在所述第一衬板上的所述芯片组设置在第三金属层上，所述功率芯片与所述第二金属层之间通过第三键合线连接，所述栅极辅助端子的引脚连接第一金属层，所述发射极辅助端子的引脚连接第二金属层，所述集电极辅助端子的引脚连接第三金属层。
[0015]在一个实施方式中，下开关控制回路包括：辅助衬板，其设置在所述第二衬板外并
靠近所述第二衬板的第四周向边缘侧，所述辅助衬板上设置有辅助金属层组；第四金属层，其构造为L型结构并设置在所述第二衬板上，所述第四金属层的一边靠近所述第二衬板的第三周向边缘侧，所述第四金属层的另一边靠近所述第二衬板的第四周向边缘侧；第五金属层，其设置在所述第二衬板上，所述第四金属层的一边靠近所述第二衬板的第二周向边缘侧，所述第四金属层的另一边靠近所述第二衬板的第三周向边缘侧；以及第六金属层，其设置在所述第二衬板上除所述第四金属层和所述第五金属层之外的区域，所述第二衬板上的所述芯片组设置在所述第六金属层上；所述第四金属层、第五金属层和第六金属层相互间隔设置；所述第四金属层、所述辅助金属层组和设置在第二衬板上的所述功率芯片的控制栅极依次通过第二键合线连接，设置在所述第二衬板上的所述芯片组设置在第六金属层上，所述功率芯片与所述第五金属层之间通过第三键合线连接，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体模块低电感封装结构，其特征在于，包括基板和设置在所述基板上的功率半导体模块单元，所述功率半导体模块单元用于形成可降低电感的双开关电路结构；其中，所述功率半导体模块单元包括间隔设置在所述基板上的多个衬板，相邻所述衬板之间通过第一键合线连接，相连的两所述衬板上连接有延伸出外管壳的功率端子组，所述功率端子组包括两个部分重叠设置但互不接触的子功率端子，用于使两个所述子功率端子导通不同方向电流时产生电磁耦合以降低电感。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块低电感封装结构，其特征在于，所述衬板上连接有辅助端子组，用于将驱动信号引入所述功率半导体模块单元，并将测试信号引出至外围系统；所述辅助端子组延伸出所述外管壳顶部。3.根据权利要求2所述的功率半导体模块低电感封装结构，其特征在于，在所述衬板的中部区域设置有芯片组，所述芯片组包括多个相互并联的功率芯片；所述功率芯片为标准模块内功率芯片面积的N倍，N大于等于2。4.根据权利要求3所述的功率半导体模块低电感封装结构，其特征在于，所述功率端子组还包括交流功率端子，所述子功率端子包括正极功率端子与负极功率端子，相连的两所述衬板包括第一衬板和第二衬板，所述正极功率端子连接在所述第一衬板上，所述负极功率端子与所述交流功率端子均连接在所述第二衬板上，所述正极功率端子、所述负极功率端子与所述交流功率端子在竖直方向上均设置成蜿蜒结构。5.根据权利要求4所述的功率半导体模块低电感封装结构，其特征在于，所述正极功率端子、所述负极功率端子和所述交流功率端子均为预弯折成型功率端子，所述正极功率端子包括正极安装部，所述正极安装部一侧连接有正极第一弯折部，所述正极第一弯折部下侧连接有向右延伸的正极竖向连接部，所述正极竖向连接部下侧依次连接有正极第二弯折部、正极水平连接部以及正极底部引脚部，所述正极底部引脚部连接在第一衬板上；所述负极功率端子包括负极安装部，所述负极安装部一侧连接有负极第一弯折部，所述负极第一弯折部下侧连接有向左延伸的负极竖向连接部，所述负极竖向连接部下侧依次连接有负极第二弯折部、负极水平连接部、负极第三弯折部以及负极底部引脚部，所述负极底部引脚部连接在第二衬板上；所述正极第二弯折部与所述负极第二弯折部的弯折方向相同，所述正极竖向连接部与所述负极竖向连接部重叠设置但不接触，所述正极水平连接部与所述负极水平连接部重叠设置但不接触。6.根据权利要求5所述的功率半导体模块低电感封装结构，其特征在于，所述双开关电路结构包括上开关电路结构和下开关电路结构，所述上开关电路结构和所述下开关电路结构形成主电流回路，所述辅助端子组包括两组分别连接所述第一衬板和所述第二衬板的子辅助端子，两组所述子辅助端子分别与所述上开关电路结构和所述下开关电路结构形成上开关控制回路与下开关控制回路。7.根据权利要求6所述的功率半导体模块低电感封装结构，其特征在于，所述子辅助端子包括栅极辅助端子、发射极辅助端子和集电极辅助端子。8.根据权利要求7所述的功率半导体模块低电感封装结构，其特征在于，所述上开关控
制回路包括：第一金属层，其构造为L型结构并设置在所述第一衬板上，所述第一金属层的一边靠近所述第一衬板的第一周向边缘侧，所述第一金属层的另一边靠近所述第一衬板的第二周向边缘侧；辅助衬板，其设置在所述第一衬板外并靠近所述第一衬板的第二周向边缘侧，所述辅助衬板上设置有辅助金属层组；第二金属层，其设置在所述第一衬板上并靠近所述第一衬板的第四周向边缘侧；以及第三金属层，其设置在所述第一衬板上除所述第一金属层和所述第二金属层之外的区域，所述第一衬板上的所述芯片组设置在所述第三金属层上；所述第一金属层、第二金属层和第三金属层相互间隔设置；所述第一金属层、所述辅助金属层组和设置在所述第一衬板上的所述功率芯片的控制栅极依次通过第二键合线连接，设置在所述第一衬板上的所述芯片组设置在第三金属层上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国友，李道会，齐放，李想，王彦刚，罗海辉，
申请(专利权)人：株洲中车时代半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：