功率器件封装结构及功率变换器制造技术

本申请公开了一种功率器件封装结构及功率变换器，该功率器件封装结构包括壳体和位于壳体内的封装结构，该封装结构以电力电子拓扑最基本的电路原胞形式

【技术实现步骤摘要】
功率器件封装结构及功率变换器


[0001]本申请涉及功率半导体器件的封装
，尤其涉及一种功率器件封装结构及功率变换器。

技术介绍

[0002]功率半导体器件，也就是我们常说的电力电子器件，是一种广泛应用于电力电子系统的电能变换和控制电路方面的半导体元件。随着电力电子系统对功率器件在开关频率等方面的新要求，第三代宽禁带功率半导体器件（如SiC功率器件）应运而生，宽禁带功率器件具有卓越的开关特性，其开关频率往往会达到几十kHz乃至上百kHz，较高的开关频率导致了宽禁带功率器件在应用时，对电路内的寄生电感，尤其是开关过程的电流换流路径的寄生电感尤为敏感，过大的寄生电感会导致宽禁带功率器件在关断过程中承受较大的尖峰电压，严重时可能会损坏器件。
[0003]同时，宽禁带功率器件的芯片面积相对于传统硅器件的芯片面积要小很多，这就使得在实际的功率器件封装结构中，芯片产生的热量过于集中，因此，需要增大芯片排布的空间尺寸，以满足芯片散热的需求，但这样会导致电气回路增大，进而增大功率器件所在换流路径的物理尺寸，进一步导致寄生电感的增大。
[0004]因此，非常有必要提出一种功率器件封装结构，以降低功率器件封装结构的寄生电感。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种功率器件封装结构及功率变换器，以降低功率器件封装结构的寄生电感。
[0006]为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：一种功率器件封装结构，包括壳体和位于所述壳体内的封装结构，所述封装结构包括：基板，所述基板包括彼此绝缘的多个导电部，所述多个导电部包括连通至所述基板第一侧的第一导电部、连通至所述基板第二侧的第二导电部以及贯穿所述基板的第三导电部，所述第一导电部和所述第二导电部延伸方向平行，且所述第一导电部和所述第二导电部电流方向相反；位于所述基板第一侧层叠的第一芯片和第一金属层，所述第一芯片分别与所述第一导电部和所述第一金属层电连接，所述第一金属层还与所述第三导电部电连接，且所述第一金属层背离所述基板的表面裸露在所述壳体外；位于所述基板第二侧层叠的第二芯片和第二金属层，所述第二芯片分别与所述第三导电部和所述第二金属层电连接，所述第二金属层还与所述第二导电部电连接，且所述第二金属层背离所述基板的表面裸露在所述壳体外；其中，依次电连接的所述第一导电部、所述第一芯片、所述第一金属层、所述第三
导电部、所述第二芯片、所述第二金属层和所述第二导电部构成半桥电路的换流路径，所述第一导电部和所述第二导电部由直流功率端子引出。
[0007]可选的，还包括：位于所述第一芯片和所述第一金属层之间的第一中介层，所述第一中介层分别与所述第一芯片和所述第一金属层通过烧结层电连接；位于所述第二芯片和所述第二金属层之间的第二中介层，所述第二中介层分别与所述第二芯片和所述第二金属层通过烧结层电连接。
[0008]可选的，还包括：位于所述第一导电部和所述第一芯片之间的第三金属层，所述第三金属层与所述第一导电部通过焊接层电连接；位于所述第三导电部和所述第二芯片之间的第四金属层，所述第四金属层与所述第三导电部通过焊接层电连接。
[0009]可选的，还包括：位于所述第三导电部和所述第一金属层之间，沿背离所述基板的方向依次排布的第五金属层和第三中介层，所述第五金属层与所述第三导电部之间通过焊接层电连接，所述第三中介层分别与所述第五金属层和所述第一金属层通过烧结层电连接。
[0010]可选的，还包括：位于所述第二导电部和所述第二金属层之间，沿背离所述基板的方向依次排布的第六金属层和第四中介层，所述第六金属层与所述第二导电部之间通过焊接层电连接，所述第四中介层分别与所述第六金属层和所述第二金属层通过烧结层电连接。
[0011]可选的，还包括：位于所述基板第一侧的第一门级驱动电路和第一门级端子，所述第一门级驱动电路与所述第一芯片通过第一绑定线电连接，且所述第一门级驱动电路由所述第一门级端子引出；位于所述基板第二侧的第二门级驱动电路和第二门级端子，所述第二门级驱动电路与所述第二芯片通过第二绑定线电连接，且所述第二门级驱动电路由所述第二门级端子引出。
[0012]可选的，还包括：高频解耦电容，所述高频解耦电容位于所述直流功率端子处。
[0013]可选的，所述多个导电部还包括第四导电部，所述第四导电部与所述第三导电部电连接，且由交流功率端子引出。
[0014]一种功率变换器，包括：多个功率器件封装结构和外部门级驱动电路，每个所述功率器件封装结构为上述任意一项所述的功率器件封装结构，所述外部门级驱动电路为各个所述功率器件封装结构中的第一芯片和第二芯片发送驱动信号。
[0015]可选的，还包括：第一散热器和第二散热器，所述第一散热器与各个所述功率器件封装结构中的第一金属层相贴合，所述第二散热器与各个所述功率器件封装结构中的第二金属层相贴合。
[0016]与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：本申请实施例所提供的功率器件封装结构，包括壳体和位于壳体内的封装结构，
该封装结构以电力电子拓扑最基本的电路原胞形式
‑
半桥电路为基础，将半桥电路中的一个功率器件
‑
第一芯片通过基板中的第一导电部设置在基板的第一侧，且第一芯片通过第一金属层又和贯穿基板的第三导电部电连接，同时将半桥电路中的另一个功率器件
‑
第二芯片通过贯穿基板的第三导电部设置在基板的第二侧，且第二芯片通过第二金属层又和基板中的第二导电部电连接，使得依次电连接的第一导电部、第一芯片、第一金属层、第三导电部、第二芯片、第二金属层和第二导电部构成半桥电路的3D换流路径，从而在功率器件封装结构的内部实现电流换流路径，大大减小换流路径的物理尺寸，从而降低寄生电感，同时，第一导电部与第二导电部延伸方向平行，且电流方向相反，而且，电流从基板的第一导电部经第一芯片到第一金属层，再从第一金属层到基板的第三导电部，电流方向也相反，同理，电流从基板的第三导电层经第二芯片到第二金属层，再从第二金属层到基板的第二导电层，电流方向也相反，可见，电流路径采用叠层的方式，利用反向电流产生的磁场相互抵消，从而进一步降低寄生电感。
[0017]并且，本申请实施例所提供的功率器件封装结构，将传统的在芯片底部散热的方式更改为在芯片的顶部散热，具体通过第一芯片背离基板一侧的第一金属层裸露在封装壳体外，来对第一芯片产生的热量进行散热，并通过第二芯片背离基板一侧的第二金属层裸露在封装壳体外，来对第二芯片产生的热量进行散热，且第一芯片和第二芯片分别位于基板的两侧，使得第一金属层和第二金属层分别从基板的两侧进行散热，从而提升散热性能，大大降低芯片发热对基板的要求，这样一方面无需使用较大体积的基板来对芯片进行散热，使得功率器件封装结构的物理尺寸可以较小，那么换流路径的物理尺寸也可以较小，从而进一步降低寄生电感，另一方面使得基板可采用常规的PCB材料，而无需采用耐高温的PCB材料，从而不需要增加额外的系统成本，使得成本较低。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率器件封装结构，其特征在于，包括壳体和位于所述壳体内的封装结构，所述封装结构包括：基板，所述基板包括彼此绝缘的多个导电部，所述多个导电部包括连通至所述基板第一侧的第一导电部、连通至所述基板第二侧的第二导电部以及贯穿所述基板的第三导电部，所述第一导电部和所述第二导电部延伸方向平行，且所述第一导电部和所述第二导电部电流方向相反；位于所述基板第一侧层叠的第一芯片和第一金属层，所述第一芯片分别与所述第一导电部和所述第一金属层电连接，所述第一金属层还与所述第三导电部电连接，且所述第一金属层背离所述基板的表面裸露在所述壳体外；位于所述基板第二侧层叠的第二芯片和第二金属层，所述第二芯片分别与所述第三导电部和所述第二金属层电连接，所述第二金属层还与所述第二导电部电连接，且所述第二金属层背离所述基板的表面裸露在所述壳体外；其中，依次电连接的所述第一导电部、所述第一芯片、所述第一金属层、所述第三导电部、所述第二芯片、所述第二金属层和所述第二导电部构成半桥电路的换流路径，所述第一导电部和所述第二导电部由直流功率端子引出。2.根据权利要求1所述的功率器件封装结构，其特征在于，还包括：位于所述第一芯片和所述第一金属层之间的第一中介层，所述第一中介层分别与所述第一芯片和所述第一金属层通过烧结层电连接；位于所述第二芯片和所述第二金属层之间的第二中介层，所述第二中介层分别与所述第二芯片和所述第二金属层通过烧结层电连接。3.根据权利要求2所述的功率器件封装结构，其特征在于，还包括：位于所述第一导电部和所述第一芯片之间的第三金属层，所述第三金属层与所述第一导电部通过焊接层电连接；位于所述第三导电部和所述第二芯片之间的第四金属层，所述第四金属层与所述第三导电部通过焊接层电连接。4.根据权利要求3所述的功率器件封装结构，其特征在于，还包括：位于所述第三导电部和所述第一金属层之间，沿背离所述基板的方向依次排布的第五金属层和第三中介层，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，
申请(专利权)人：杭州飞仕得科技有限公司，
类型：发明
国别省市：