一种具有极低寄生电感的双面散热SiC半桥模块封装结构制造技术

本发明专利技术公开了一种具有极低寄生电感的双面散热SiC半桥模块封装结构。所述封装结构包括顶部DBC、底部DBC、直流端子、输出端子、SiC芯片、垫片及驱动引针。直流端子由正、负端子叠层组成，叠层减小寄生电感。正端子与底部DBC连接，有两个焊接点和两个螺孔，这有利于保持回路对称；负端子与顶部DBC连接，有两个焊接点和一个居中螺孔，有利于保持回路对称。垫片分为缓冲垫片和连接垫片，缓冲垫片焊接在芯片与顶部DBC之间，起缓冲与连接作用，缓冲垫片的材料是金属钼，能缓解芯片热应力，防止芯片开裂。本发明专利技术能有效降低器件开关过程中的电压尖峰，并保证多芯片并联具有良好的均流性。另外，标准化模块设计，使该模块具有极好的拓展性。使该模块具有极好的拓展性。使该模块具有极好的拓展性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有极低寄生电感的双面散热SiC半桥模块封装结构


[0001]本专利技术涉及到一种半导体器件，特别是涉及到一种具有极低寄生电感的双面散热SiC半桥模块封装结构。

技术介绍

[0002]功率半导体器件是电力电子变流器的核心部件。近年来，随着电力电子技术在新能源发电和电动汽车等领域的快速发展以及SiC等宽禁带半导体的开发，对功率半导体器件也提出了新的需求。
[0003]虽然SiC等宽禁带半导体比Si基半导体具有更高的工作温度、更高的击穿电压强度、更高的热导率以及更高的开关频率。然而，将基于Si功率器件的传统的封装技术用来对宽禁带半导体功率器件进行封装时，会带来两个较大的问题。一是传统封装技术采用引线键合来实现结构中复杂的内部互联，这会带来较大的寄生电感，在功率半导体器件关断时，较大寄生电感中存储的能最会造成电压尖峰和振荡，并可能增加损耗，随着近年来功率半导体器件开关速度越来越快，封装的寄生电感问题更为突出。因此为了保障功率器件和电力电子系统的性能和安全运行，在功率模块封装设计时需注意减小封装寄生电感。二是传统封装技术的散热方式多为单面散热，因此，散热效率差。而SiC器件可以工作在更高的温度下，因此在散热方面具有更高的要求，若没有高效的散热方式，会影响模块可靠性。
[0004]因此，开发具有低寄生电感和高效散热方式的封装结构已经成为研究的热点问题，这既有学术论文对此做了深入的理论分析，也有实际应用的工程方法，如专利技术申请专利《双面散热IPM混合模块的封装结构及加工工艺》(CNl09920785A)和《带固定装置双面水冷的半导体器件三维堆叠封装结构》(CN103367278A)。
[0005]中国专利技术专利申请公开说明书公开的《双面散热IPM混合模块的封装结构及加工工艺》，以上下双基板且芯片倒装的封装形式，将IGBT芯片的发射极和SBD芯片的阳极通过覆铜陶瓷板连接到引线框架，减少键合引线，提升模块可靠性；再以纳米银互连层替代芯片与基板之间的焊料层，有助于发挥SiC材料的高温特性，同时提高热量从芯片到基板的纵向传导能力，从而降低IPM混合模块的最高温度，提升模块使用寿命。但是，该结构存在以下不足：
[0006]1、该结构并未考虑降低功率端子方法，而封装结构大部分电感来自于功率端子：
[0007]2、该结构并不是使用水冷散热，无法满足大功率器件的要求。
[0008]中国专利技术专利申请公开说明书书公开的《带固定装置双面水冷的半导体器件三维堆叠封装结构》，实现了半导体器件的立体封装，无引线键合，降低引线键合所产生的线路电阻和自身电感，采用双面水冷散热，具有体积小，可集成的功率大，散热系数大。同时，每个叠压板可以封装任意个数的以及尺寸相同或各异的半导体元件，并且预置的固定结构有效的防止半导体元件在受到外部冲击时产生滑移，可变性的连接件防止器件在工作时受到冲击、震动、热胀冷缩等而产生变形甚至SiC半导体芯片受损，每个叠压板都具有温度和压力检测装置用以防止因使用环境不当而造成的SiC半导体芯片寿命损耗。但是，该结构存在
以下不足：
[0009]1、该结构并未考虑每个SiC半导体芯片的均衡散热；
[0010]2、该结构并未考虑各支路寄生电感分布的一致性。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提供一种具有极低寄生电感的双面散热SiC半桥模块封装结构。针对目前封装技术寄生电感大的问题，提出一种采用上下双层DBC结构，并且直流正、负端子采用叠层技术的方法来减少寄生电感。顶部与底部双DBC结构可以实现双层散热，提高模块的可靠性。另外，正端子与底部DBC连接，有两个焊接点和两个螺孔；负端子与顶部DBC连接，有两个焊接点和一个居中螺孔，这种布局结构有利于封装结构对称，因此获得良好的均流效果。
[0012]为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0013]一种具有极低寄生电感的双面散热SiC半桥模块封装结构，所述封装结构包括DBC、直流端子、输出端子、SiC芯片、垫片及驱动引针；
[0014]所述DBC包括顶部DBC和底部DBC；
[0015]所述直流端子由正端子和负端子叠层形成；其中正端子与底部DBC连接，且为了保持回路对称，正端子具有两个焊接点和两个螺孔，负端子与顶部DBC连接，且为了保持回路对称，负端子具有两个焊接点和一个居中的螺孔，所述输出端子与底部DBC连接；
[0016]所述顶部DBC上设置有连接垫片连接区和两组缓冲垫片连接区，每组缓冲垫片连接区均包括多个缓冲垫片连接区；其中一组缓冲垫片连接区到所述负端子的距离相等，另外一组缓冲垫片连接区到所述连接垫片连接区的距离相等；所述底部DBC上设置有两组芯片连接区，每组芯片连接区均包括多个芯片连接区，其中一组芯片连接区到正端子的距离相等，另外一组芯片连接区到输出端子的距离相等；
[0017]所述芯片设置在所述芯片连接区上，所述底部DBC上还设有每一个芯片的驱动回路；
[0018]所述垫片包括缓冲垫片、连接垫片和陶瓷垫片，所述缓冲垫片焊接在芯片与顶部DBC的缓冲垫片连接区之间，起到缓冲和连接的作用，所述连接垫片焊接在顶部DBC的连接垫片连接区和底部DBC之间，起连接作用，所述陶瓷垫片置于正端子与负端子之间，起绝缘隔离的作用。
[0019]进一步的，每组芯片为并联芯片，且每组并联芯片成直线排布，两组所述并联芯片平行排布。
[0020]进一步的，所述缓冲垫片材料采用金属钼，能缓解芯片热应力，防止芯片开裂。
[0021]进一步的，所述底部DBC上各个芯片的驱动回路完全相同，芯片与驱动回路采用键合线连接。
[0022]进一步的，芯片与DBC、芯片与垫片，垫片与DBC的焊接采用真空回流焊接。
[0023]进一步的，直流端子、输出端子以及驱动引针采用金属超声键合连接到DBC上。
[0024]进一步的，所述封装结构采用标准模块设计，具有很好的拓展性。
[0025]进一步的，所述封装结构采用平面封装结构，可以实现双面散热。
[0026]本专利技术的优点在于：本专利技术能有效降低器件开关过程中的电压尖峰，并保证多芯
片并联具有良好的均流性。另外，标准化的模块设计，使该模块具有极好的拓展性。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的封装电路拓扑；
[0028]图2为整体结构示意图；
[0029]图3为底部DBC结构示意图；
[0030]图4为顶部DBC结构示意图；
[0031]图5为底部DBC基板上键合线的示意图；
[0032]图6为顶部DBC基板上缓冲垫片与连接垫片的示意图；
[0033]图7为本专利技术顶部与底部DBC基板上焊接点与连接区示意图；
[0034]图8为焊接到芯片连接区上的芯片结构示意图；
[0035]图9为整体结构的侧面示意图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图对本专利技术的具体实施例进行说明。
[0037]图1为本专利技术封装结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有极低寄生电感的双面散热SiC半桥模块封装结构，其特征在于，所述封装结构包括DBC、直流端子、输出端子、SiC芯片、垫片及驱动引针；所述DBC包括顶部DBC和底部DBC；所述直流端子由正端子和负端子叠层形成；其中正端子与底部DBC连接，且正端子具有两个焊接点和两个螺孔，负端子与顶部DBC连接，且负端子具有两个焊接点和一个居中的螺孔，所述输出端子与底部DBC连接；所述顶部DBC上设置有连接垫片连接区和两组缓冲垫片连接区，每组缓冲垫片连接区均包括多个缓冲垫片连接区；其中一组缓冲垫片连接区到所述负端子的距离相等，另外一组缓冲垫片连接区到所述连接垫片连接区的距离相等；所述底部DBC上设置有两组芯片连接区，每组芯片连接区均包括多个芯片连接区，其中一组芯片连接区到正端子的距离相等，另外一组芯片连接区到输出端子的距离相等；所述芯片设置在所述芯片连接区上，所述底部DBC上还设有每一个芯片的驱动回路；所述垫片包括缓冲垫片、连接垫片和陶瓷垫片，所述缓冲垫片焊接在芯片与顶部DBC的缓冲垫片连接区之间，所述连接垫片焊接在顶部DBC的连接垫片连接区和底部DBC之间，所述陶瓷垫片置于正端子与负端子之间。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳宁，於少林，周伟男，刘元剑，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：