一种高频大功率封装模组及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高频大功率封装模组及其制作方法，包括至少一个功率变换桥臂、至少一个高频电容、多层线路板、绝缘导热板以及塑封体，半导体功率器件的正面与多层线路板的第一表面电连接，半导体功率器件的背面与绝缘导热板的下表面热连接或电热连接，高频电容与多层线路板的第一表面或多层线路板的第二表面或绝缘导热板的下表面电连接，高频电容的至少一个电极通过内层电连接层与至少一个半导体功率器件的至少一个电极电连接。本发明专利技术保障散热能力的同时，大幅减小了回路电感，使得大功率高频得以实现，充分发挥了第三代半导体的优势，并为其性能的更新换代提供了应用基础。并为其性能的更新换代提供了应用基础。并为其性能的更新换代提供了应用基础。

【技术实现步骤摘要】
一种高频大功率封装模组及其制作方法


[0001]本专利技术属于半导体封装
，尤其涉及一种高频大功率封装模组及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着第三代半导体GaN/SiC的逐步成熟，其应用也越来越广泛。相对传统硅器件，其等效内阻大幅度下降，使得单一半导体功率器件的适用功率大幅度增加。同时，第三代半导体，也具备更优秀的开关特性，其开关损耗大为下降，更易工作在高频之下。但由于现有封装技术的不足，上述两个优势，较难同时得到。
[0003]如图1所示，由于其半导体功率器件Q1、Q2的面积小，热密度很高，需要厚铜陶瓷基板实现绝缘导热，而厚铜导致陶瓷基板的布线精度较差，不能实现小间距SMD作业。因此，通常是将半导体功率器件背面焊接到陶瓷板上进行散热，半导体功率器件正面通过wirebond打线，将半导体功率器件上的高精度电性排布引出。由于wirebond的存在，回路电感大幅度增加，限制了开关速度的提升，也就限制了频率的提升。
[0004]因此，如何在保障散热能力的同时，大幅减小回路电感，使得大功率高频得以实现，以充分发挥第三代半导体的优势是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种高频大功率封装模组，保障散热能力的同时，大幅减小了回路电感，使得大功率高频得以实现，充分发挥了第三代半导体的优势，并为其性能的更新换代提供了应用基础。
[0006]本专利技术的另一目的还在于提供一种能够实现上述高频大功率封装模组的制作方法。
[0007]本专利技术所述的高频大功率封装模组中的高频大功率是指：应用该模组的变换器的功率超过10KW，且工作频率高于100KHZ；或应用该模组的变换器的工作频率高于300KHZ，且功率超过1KW；其中，应用该模组的变换器以功率超过10KW，工作频率超过300KHZ为佳。当然，这只是优选应用场景，并非本专利技术之限制。
[0008]为实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种高频大功率封装模组，包括：
[0009]至少一个功率变换桥臂，所述功率变换桥臂包括至少两个串联连接的半导体功率器件；本专利技术所述的半导体功率器件包括但不限于第三代半导体功率器件；
[0010]至少一个高频电容，所述高频电容与功率变换桥臂并联；
[0011]多层线路板，所述多层线路板包括第一表面、内层电连接层、第二表面及垂直电连接通路，所述内层电连接层通过至少一个垂直电连接通路与第一表面电连接；
[0012]绝缘导热板，所述绝缘导热板包括陶瓷绝缘层，以及分别设置在陶瓷绝缘层上下表面的上金属层和下金属层；
[0013]塑封体，所述塑封体填充多层线路板的第二表面与绝缘导热板的上表面之间的间
隙区域，所述绝缘导热板的上表面外露，所述多层线路板的第二表面及侧缘外露，所述多层线路板的第二表面或侧缘上设置有外部电极，所述外部电极与功率变换桥臂电连接；
[0014]所述半导体功率器件的正面与多层线路板的第一表面电连接，所述半导体功率器件的背面与绝缘导热板的下表面热连接或电热连接；需要注意的是，本专利技术中所指的半导体功率器件的正面和背面只是一个相对的概念，并不是特指某一个面是正面或背面。
[0015]所述高频电容与多层线路板的第一表面或多层线路板的第二表面或绝缘导热板的下表面电连接，所述高频电容的至少一个电极通过内层电连接层与至少一个半导体功率器件的至少一个电极电连接。
[0016]优选的，所述半导体功率器件通过一热阻电连接层与多层线路板的第一表面电连接。
[0017]优选的，所述热阻电连接层的热阻值Rth_DietoPCB满足以下公式：
[0018](Tcase+(TdieMAX
‑
Tcase)
×
Rth_PCBtoCase/(Rth_PCBtoCase+Rth_DietoPCB))≤TpcbMax；
[0019]其中，Tcase为高频大功率封装模组工作时的周围环境温度，TdieMAX为半导体功率器件的最高工作温度，Rth_PCBtoCase为多层线路板到绝缘导热板上表面的总等效热阻值，TpcbMax为多层线路板的最高工作温度。
[0020]优选的，所述热阻电连接层的热阻值至少为3K/W。
[0021]优选的，所述绝缘导热板的上表面与一散热器热连接，所述塑封体的上表面与散热器之间具有气隙。
[0022]优选的，所述绝缘导热板的上表面与一散热器热连接，所述塑封体的上表面与散热器之间设置有电绝缘片。
[0023]优选的，所述高频电容与多层线路板的第一表面电连接时，且高频电容的高度Hc满足以下条件：
[0024]H1≤Hc＜H2；
[0025]其中，H1为多层线路板的第一表面至半导体功率器件的背面的距离，H2为多层线路板的第一表面至陶瓷绝缘层的下表面的距离；
[0026]绝缘导热板延伸至高频电容的上方，位于高频电容与陶瓷绝缘层之间的下金属层通过减薄或去除的方式与高频电容隔离。
[0027]优选的，所述高频电容与多层线路板的第一表面电连接时，且高频电容的高度Hc满足以下条件：
[0028]H2≤Hc＜H3；
[0029]其中，H2为多层线路板的第一表面至陶瓷绝缘层的下表面的距离，H3为多层线路板的第一表面至陶瓷绝缘层的上表面的距离；
[0030]绝缘导热板位于多层线路板的第二表面上除高频电容以外的器件的上方。
[0031]优选的，所述高频电容与多层线路板的第二表面电连接时，所述高频电容的两个电极分别通过垂直电连接通路与内层电连接层及多层线路板的第一表面电连接。
[0032]优选的，所述高频电容与绝缘导热板的下表面电连接时，所述高频电容的至少一个电极通过一电连接件与内层电连接层电连接，且高频电容的高度Hc满足以下条件：
[0033]H1≤Hc＜H4；
[0034]其中，H1为多层线路板的第一表面至半导体功率器件的背面的距离，H4为多层线路板的第二表面至陶瓷绝缘层的下表面的距离；
[0035]位于高频电容下方的多层线路板通过减薄或去除的方式与高频电容隔离。
[0036]优选的，所述半导体功率器件的功率电极均位于其正面。
[0037]优选的，所述半导体功率器件的背面电极依次通过绝缘导热板的下金属层及导电组件电连接至多层线路板的第一表面。
[0038]优选的，所述半导体功率器件的背面电极通过设置在其内部的导电通孔电连接至其正面。
[0039]优选的，所述半导体功率器件的至少一个功率电极为背面功率电极，所述背面功率电极通过绝缘导热板的下金属层及导电组件电连接至多层线路板的第一表面，所述下金属层为厚铜层。
[0040]优选的，所述多层线路板的内部设置有高热容元件，所述高热容元件与内层电连接层热连接或电热连接。
[0041]优选的，还包括缓冲外引脚，所述缓冲外引脚用于将高频大功率封装模组与客户主板电连接。
[0042]优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频大功率封装模组，其特征在于，包括：至少一个功率变换桥臂，所述功率变换桥臂包括至少两个串联连接的半导体功率器件；至少一个高频电容，所述高频电容与功率变换桥臂并联；多层线路板，所述多层线路板包括第一表面、内层电连接层、第二表面及垂直电连接通路，所述内层电连接层通过至少一个垂直电连接通路与第一表面电连接；绝缘导热板，所述绝缘导热板包括陶瓷绝缘层，以及分别设置在陶瓷绝缘层上下表面的上金属层和下金属层；塑封体，所述塑封体填充多层线路板的第二表面与绝缘导热板的上表面之间的间隙区域，所述多层线路板的第二表面或侧缘上设置有外部电极，所述外部电极与功率变换桥臂电连接；所述半导体功率器件的正面与多层线路板的第一表面电连接，所述半导体功率器件的背面与绝缘导热板的下表面热连接或电热连接；所述高频电容与多层线路板的第一表面或多层线路板的第二表面或绝缘导热板的下表面电连接，所述高频电容的至少一个电极通过内层电连接层与至少一个半导体功率器件的至少一个电极电连接。2.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述半导体功率器件通过一热阻电连接层与多层线路板的第一表面电连接。3.根据权利要求2所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述热阻电连接层的热阻值Rth_DietoPCB满足以下公式：(Tcase+(TdieMAX
‑
Tcase)
×
Rth_PCBtoCase/(Rth_PCBtoCase+Rth_DietoPCB))≤TpcbMa x；其中，Tcase为高频大功率封装模组工作时的周围环境温度，TdieMAX为半导体功率器件的最高工作温度，Rth_PCBtoCase为多层线路板到绝缘导热板上表面的总等效热阻值，TpcbMax为多层线路板的最高工作温度。4.根据权利要求2所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述热阻电连接层的热阻值至少为3K/W。5.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述绝缘导热板的上表面与一散热器热连接，所述塑封体的上表面与散热器之间具有气隙。6.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述高频电容与多层线路板的第一表面电连接时，且高频电容的高度Hc满足以下条件：H1≤Hc＜H2；其中，H1为多层线路板的第一表面至半导体功率器件的背面的距离，H2为多层线路板的第一表面至陶瓷绝缘层的下表面的距离；绝缘导热板延伸至高频电容的上方，位于高频电容与陶瓷绝缘层之间的下金属层通过减薄或去除的方式与高频电容隔离。7.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述高频电容与多层线路板的第一表面电连接时，且高频电容的高度Hc满足以下条件：H2≤Hc＜H3；
其中，H2为多层线路板的第一表面至陶瓷绝缘层的下表面的距离，H3为多层线路板的第一表面至陶瓷绝缘层的上表面的距离；绝缘导热板位于多层线路板的第二表面上除高频电容以外的器件的上方。8.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述高频电容与多层线路板的第二表面电连接时，所述高频电容的两个电极分别通过垂直电连接通路与内层电连接层及多层线路板的第一表面电连接。9.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述高频电容与绝缘导热板的下表面电连接时，所述高频电容的至少一个电极通过一电连接件与内层电连接层电连接，且高频电容的高度Hc满足以下条件：H1≤Hc＜H4；其中，H1为多层线路板的第一表面至半导体功率器件的背面的距离，H4为多层线路板的第二表面至陶瓷绝缘层的下表面的距离；位于高频电容下方的多层线路板通过减薄或去除的方式与高频电容隔离。10.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述半导体功率器件的功率电极均位于其正面。11.根据权利要求10所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述半导体功率器件的背面电极依次通过绝缘导热板的下金属层及导电组件电连接至多层线路板的第一表面。12.根据权利要求10所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述半导体功率器件的背面电极通过设置在其内部的导电通孔电连接至其正面。13.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述半导体功率器件的至少一个功率电极为背面功率电极，所述背面功率电极通过绝缘导热板的下金属层及导电组件电连接至多层线路板的第一表面，所述下金属层为厚铜层。14.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述多层线路板的内部设置有高热容元件，所述高热容元件与内层电连接层热连接或电热连接。15.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，还包括缓冲外引脚，所述缓冲外引脚用于将高频大功率封装模组与客户主板电连接。16.根据权利要求15所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述缓冲外引脚设置在多层线路板的第二表面上。17.根据权利要求15所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述缓冲外引脚设置在多层线路板的侧缘。18.根据权利要求17所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述缓冲外引脚的内侧焊接在多层线路板的侧缘，所述缓冲外引脚的外侧设置有绝缘加固框架。19.根据权利要求15所述的高频大功率封装模组，其特征在于，还包括弹性绝缘固定框架，所述弹性绝缘固定框架用于使高频大功率封装模组与设置在绝缘导热板上表面的散热器紧贴。20.根据权利要求19所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述弹性绝缘固定框架包括弹片及绝缘加固框架，所述弹片的一端与散热器连接，所述弹片的另一端插接在绝缘加固框架中，所述绝缘加固框架通过边缘限位结构对高频大功率封装模组进行限位。21.根据权利要求19所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述弹性绝缘固定框架
包括具有弹性的绝缘加固框架，所述绝缘加固框架通过边缘限位结构对高频大功率封装模组进行限位，所述绝缘加固框架通过贯穿式固定组件分别与客户主板、散热器连接。22.根据权利要求15所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述多层线路板的第二表面与客户主板之间形成有安装区域，所述安装区域设置有至少一个电路元件。23.根据权利要求15所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述缓冲外引脚通过重布线结构引出。24.根据权利要求15所述的高频大功率封装模组，其特征在于，还包括硅胶填充组件，所述硅胶填充组件包括壳体、密封胶以及硅胶填充体，所述壳体通过密封胶固定并覆盖在多层线路板的第二表面上，所述壳体与多层线路板的第二表面之间填充有硅胶填充体；所述壳体上设置有供缓冲外引脚伸出的外引脚通孔。25.根据权利要求24所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述壳体的一端与设置在绝缘导热板上表面的散热器固定连接。26.根据权利要求24所述的高频大功率封装模组，其特征在于，在水平方向上所述高频大功率封装模组上具有未被硅胶填充组件覆盖的延伸区域，所述延伸区域上设置有供固定用的固定孔。27.根据权利要求15至26任一项所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述缓冲外引脚为直插焊接引脚、直插压接引脚、表面触点压接引脚、表面触点焊接引脚中的一种。28.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述半导体功率器件的正面电极下方设置有铜柱，所述铜柱的高度至少为30μm。29.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述半导体功率器件的正面电极为通过封装形成的厚铜电极，所述厚铜电极的高度至少为30μm。30.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述半导体功率器件的背面电极上方设置有覆铜层。31.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，所述半导体功率器件的背面电极为通过封装形成的覆铜层状电极。32.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，至少一个所述半导体功率器件包括一常开式第三代半导体子功率器件及一低压常闭式半导体子功率器件，所述常开式第三代半导体子功率器件与低压常闭式半导体子功率器件级联，所述常开式第三代半导体子功率器件与低压常闭式半导体子功率器件通过叠层封装的形式形成半导体功率器件。33.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于，至少一个所述半导体功率器件为一常开式功率器件，所述常开式功率器件配合设置有一低压常闭式半导体功率器件，所述常开式功率器件与低压常闭式半导体功率器件级联，所述低压常闭式半导体功率器件设置在多层线路板的第二表面上，所述低压常闭式半导体功率器件的设置位置与常开式功率器件的位置相对应。34.根据权利要求1所述的高频大功率封装模组，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾剑鸿，
申请(专利权)人：上海晓本技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：