一种电源变换器、内埋集成器件单元、高散热高频功率模组及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高散热高频功率模组及其制作方法，包括：嵌入式电路板、至少一个高频电容和绝缘导热材料，至少两个半导体功率器件的功率电极串联连接，以形成至少一功率变换桥臂；嵌入式电路板表面引出的半导体功率器件的功率电极布线与半导体功率器件投影重叠的面积相对半导体功率器件的面积比超过60％；功率变换桥臂就近与高频电容并联连接，以实现低回路电感互联。本发明专利技术可以实现高频大电流特性，具有单面高散热能力以及近乎理想的双面高散热能力。由于本发明专利技术极佳的回路处理，由两个每10平方毫米半导体功率器件组成的桥臂回路电感有机会小于2nH甚至1nH以下，适合频率MHz需求，远高于当下低于100KHz的主流频率。远高于当下低于100KHz的主流频率。远高于当下低于100KHz的主流频率。

【技术实现步骤摘要】
一种电源变换器、内埋集成器件单元、高散热高频功率模组及其制作方法


[0001]本专利技术属于半导体
，尤其涉及一种电源变换器、内埋集成器件单元、高散热高频功率模组及其制作方法。

技术介绍

[0002]就电能功率变换领域而言，对节能减排的贡献来自于两点：高效率以减少直接能耗，高功率密度减少材料使用以减少间接能耗。高功率密度要高频来实现，但是高频和高效往往是矛盾的。那么，为了实现高频下的高效，就需要大幅度降低回路电感，如图1A中的桥臂回路电感Lloop要随着频率的提升等比例下降。
[0003]作为补充，半导体桥臂是功率变换器的基本单元和核心，通常是至少两个半导体功率开关Q1和Q2串联后再与一直流电压并联，为了减小回路电感，直流电压处就近桥臂并联一退耦电容Cbus。这样在开关过程中，由于di/dt电流突变，在Lloop上产生的电压尖峰被限制，以保证正常工作。
[0004]在大功率变换器场合，功率密度的提升，还在于如何处理散热，特别是半导体功率器件的散热，能处理的热越多，就可以工作在更大的功率下，功率密度也就提高了。因此，高散热能力的提升是该领域技术精进的代表方向，如图1B，为现有技术双面散热的典型代表。这里要说明的是，本专利技术所揭露的技术特征都以双面散热实施例作为示例说明，但本专利技术所揭露的技术特征都可以应用到单面散热实施例中；并且通常双面散热都应用在对散热密度要求极高的应用中，因此，常常采用液体冷却散热装置。
[0005]现有技术将引脚铜框架焊接在绝缘导热层上(通常是陶瓷基板，下称DBC)，再将半导体功率器件(如MOSFET，IGBT，SiC，GaN)焊接在铜框架上，再通过键合线，将电极引出到引脚。为了给键合线的高度留出足够空间，在半导体功率器件的上表面功率电极焊接一导热垫片(通常是铜合金)，再将一绝缘热导层焊接到该导热垫片的上表面。最后在上述组合体的上下表面焊接、粘结液冷散热部件的鳍片，这样就实现了很好的双面散热效果。
[0006]但是，由于导热垫片的介入，以及铜框架布线的精度较差，所述桥臂回路较大，通常很难小于10nH，做到很极致的也通常在5nH以上，限制了电流和频率的上升。
[0007]由于导热垫片是通过焊接工艺放置在半导体功率器件上方的，为保障公差，该导热垫片的面积通常明显小于半导体功率器件面积，又由于垫片较厚，通常至少1mm以上，因此该垫片的热阻也不可忽视，限制了半导体功率器件向上散热的热阻下降，因此，不能实现较为理想的高散热效果。
[0008]综上，现有的高散热技术，无论在高频性能还是在热阻上都有所不足。因此，如何同时实现高频大电流特性以及近乎理想的高散热能力是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高散热高频功率模组及其制作方法，可以
实现高频大电流特性以及近乎理想的高散热能力。
[0010]本专利技术一方面提供了一种高散热高频功率模组，包括：嵌入式电路板、至少两个半导体功率器件、至少一个高频电容和绝缘导热载板；
[0011]所述嵌入式电路板包括相对的上表面和下表面、内层、至少一个电连接通路和至少一个高密度高导热导电通路；所述上表面或者下表面包括至少一个布线层；
[0012]所述至少两个半导体功率器件水平排列放置于所述嵌入式电路板内，每一所述半导体功率器件包括一个功率电极，所述至少两个半导体器件的功率电极通过所述电连接通路电连接所述布线层，所述至少两个半导体器件的功率电极(通过所述布线层)电连接，以形成至少一功率变换桥臂；
[0013]所述半导体功率器件包括相对的两个器件表面，所述至少一个器件表面通过所述高密度高导热导电通路连接所述布线层，与所述高密度高导热导电通路连接的所述布线层可作为散热面；
[0014]所述高频电容邻近所述功率变换桥臂设置，且与所述功率变换桥臂并联电连接，以实现低回路电性互联；
[0015]所述绝缘导热载板包括相对的导热上表面和导热下表面，所述导热下表面与所述散热面贴合设置。
[0016]优选的，还包括封装体，所述封装体至少包覆部分嵌入式电路板和绝缘导热载板，所述嵌入式电路板的至少一端直接或者间接电延伸至绝缘导热载板在所述嵌入式电路板上的投影之外，所述绝缘导热载板的导热上表面外露。
[0017]优选的，还包括散热部件，所述散热部件贴合设置在绝缘导热载板的表面，所述散热部件为换热翅片，所述换热翅片与绝缘导热载板一体成型。
[0018]优选的，所述电连接通路包括金属过孔通路。
[0019]优选的，所述电连接通路还包括内层重布线层。
[0020]优选的，所述电连接通路包括键合层，所述键合层将半导体功率器件的一表面键合至布线层，所述键合层为导电材料或绝缘材料。
[0021]优选的，至少两个所述半导体功率器件的连线方向为第一方向，在同一水平面内，与所述第一方向垂直的方向为第二方向；
[0022]所述高频电容设置在第二方向上。
[0023]优选的，所述嵌入式电路板还包括一个互联金属层，设置在所述嵌入式电路内，且与所述半导体功率器件同高度，至少两个所述半导体功率器件通过互联金属层实现串联连接；
[0024]在所述互联金属层的竖直截面上，所述与高频电容的两个电极相连的布线层的投影重叠。
[0025]优选的，所述高频电容设置在嵌入式电路板的上表面或下表面，且位于一功率变换桥臂的两个半导体功率器件之间；
[0026]所述绝缘导热载板和/或散热部件上设置有容纳高频电容的空间避让结构。
[0027]优选的，所述嵌入式电路板上开设有开孔结构，所述开孔结构位于一个所述功率变换桥臂的两个半导体功率器件之间，所述高频电容设置在所述开孔结构处。
[0028]优选的，所述高频电容内埋于嵌入式电路板内，所述高频电容位于一个所述功率
变换桥臂的两个半导体功率器件之间。
[0029]优选的，所述封装体由灌封胶水封装形成。
[0030]优选的，所述散热部件包括上散热部件和下散热部件，所述上散热部件和下散热部件分别位于嵌入式电路板的上下两侧；
[0031]所述上散热部件和下散热部件于嵌入式电路板的一侧密封连接，以形成一个空腔结构，所述空腔结构内填充满液态灌封胶水。
[0032]优选的，所述嵌入式电路板在至少两个方向上延伸出所述空腔结构。
[0033]优选的，所述高散热高频功率模组还包括一个液冷盖板和密封件，设置于所述散热部件的外部，所述密封件设置于所述液冷盖板与散热部件的连接处。
[0034]优选的，所述高散热高频功率模组还包括一外壳，所述外壳的一端开口，所述外壳的另一端封闭，所述外壳的中部开设有容纳散热部件的开口，所述外壳与散热部件密封连接以形成一空腔结构，所述空腔结构内填充满液态灌封胶水。
[0035]优选的，所述高散热高频功率模组还包括一个薄壁结构，所述薄壁结构设置于所述外壳与散热部件之间，所述薄壁结构用于弥补装配公差。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高散热高频功率模组，其特征在于，包括：嵌入式电路板、至少两个半导体功率器件、至少一个高频电容和绝缘导热载板；所述嵌入式电路板包括相对的上表面和下表面、内层、至少一个电连接通路和至少一个高密度高导热导电通路；所述上表面或者下表面包括至少一个布线层；所述至少两个半导体功率器件水平排列放置于所述嵌入式电路板内，每一所述半导体功率器件包括一个功率电极，所述至少两个半导体器件的功率电极通过所述电连接通路电连接所述布线层，所述至少两个半导体器件的功率电极电连接，以形成至少一功率变换桥臂；所述半导体功率器件包括相对的两个器件表面，所述至少一个器件表面通过所述高密度高导热导电通路连接所述布线层，与所述高密度高导热导电通路连接的所述布线层可作为散热面；所述高频电容邻近所述功率变换桥臂设置，且与所述功率变换桥臂并联电连接，以实现低回路电性互联；所述绝缘导热载板包括相对的导热上表面和导热下表面，所述导热下表面与所述散热面贴合设置。2.根据权利要求1所述的高散热高频功率模组，其特征在于，还包括封装体，所述封装体至少包覆部分嵌入式电路板和绝缘导热载板，所述嵌入式电路板的至少一端直接或者间接电延伸至绝缘导热载板在所述嵌入式电路板上的投影之外，所述绝缘导热载板的导热上表面外露。3.根据权利要求1所述的高散热高频功率模组，其特征在于，还包括散热部件，所述散热部件贴合设置在绝缘导热载板的表面，所述散热部件为换热翅片，所述换热翅片与绝缘导热载板一体成型。4.根据权利要求1所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述电连接通路包括金属过孔通路。5.根据权利要求4所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述电连接通路还包括内层重布线层。6.根据权利要求1所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述电连接通路包括键合层，所述键合层将半导体功率器件的一表面键合至布线层，所述键合层为导电材料或绝缘材料。7.根据权利要求1所述的高散热高频功率模组，其特征在于，至少两个所述半导体功率器件的连线方向为第一方向，在同一水平面内，与所述第一方向垂直的方向为第二方向；所述高频电容设置在第二方向上。8.根据权利要求7所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述嵌入式电路板还包括一个互联金属层，设置在所述嵌入式电路内，且与所述半导体功率器件同高度，至少两个所述半导体功率器件通过互联金属层实现串联连接；在所述互联金属层的竖直截面上，所述与高频电容的两个电极相连的布线层的投影重叠。9.根据权利要求3所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述高频电容设置在嵌入式电路板的上表面或下表面，且位于一功率变换桥臂的两个半导体功率器件之间；
所述绝缘导热载板和/或散热部件上设置有容纳高频电容的空间避让结构。10.根据权利要求1所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述嵌入式电路板上开设有开孔结构，所述开孔结构位于一个所述功率变换桥臂的两个半导体功率器件之间，所述高频电容设置在所述开孔结构处。11.根据权利要求1所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述高频电容内埋于嵌入式电路板内，所述高频电容位于一个所述功率变换桥臂的两个半导体功率器件之间。12.根据权利要求2所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述封装体由灌封胶水封装形成。13.根据权利要求12所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述散热部件包括上散热部件和下散热部件，所述上散热部件和下散热部件分别位于嵌入式电路板的上下两侧；所述上散热部件和下散热部件于嵌入式电路板的一侧密封连接，以形成一个空腔结构，所述空腔结构内填充满液态灌封胶水。14.根据权利要求13所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述嵌入式电路板在至少两个方向上延伸出所述空腔结构。15.根据权利要求13所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述高散热高频功率模组还包括一个液冷盖板和密封件，设置于所述散热部件的外部，所述密封件设置于所述液冷盖板与散热部件的连接处。16.根据权利要求12所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述高散热高频功率模组还包括一外壳，所述外壳的一端开口，所述外壳的另一端封闭，所述外壳的中部开设有容纳散热部件的开口，所述外壳与散热部件密封连接以形成一空腔结构，所述空腔结构内填充满液态灌封胶水。17.根据权利要求16所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述高散热高频功率模组还包括一个薄壁结构，所述薄壁结构设置于所述外壳与散热部件之间，所述薄壁结构用于弥补装配公差。18.根据权利要求12所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述高散热高频功率模组还包括密封挡板，所述密封挡板设置于所述散热部件的两侧，一个所述密封挡板上开设有注胶开口，所述密封挡板与散热部件密封连接以形成一空腔结构，所述空腔结构内填充满液态灌封胶水。19.根据权利要求18所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述密封挡板为异型挡板，以包络形成更大的空腔结构。20.根据权利要求2所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述封装体由塑封材料封装形成。21.根据权利要求20所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述绝缘导热载板与布线层之间的缝隙处预填充有点状胶，所述绝缘导热载板的侧壁具有台阶状结构。22.根据权利要求1所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述半导体功率器件为垂直型开关器件，所述上散热面或者下散热面对应的器件表面为MOSFET的漏电极或者IGBT的集电极。23.根据权利要求1所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述半导体功率器件为平面型开关器件，所述上散热面或者下散热面对应的半导体功率器件表面为半导体功率器
件的衬底。24.根据权利要求1所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述绝缘导热载板为高导热绝缘膜，所述高导热绝缘膜的导热系数>5W/m.K。25.根据权利要求1所述的高散热高频功率模组，其特征在于，还包括系统主板，所述嵌入式电路板与系统主板电连接。26.根据权利要求25所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述嵌入式电路板焊接在系统主板上。27.根据权利要求25所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述嵌入式电路板植入在系统主板内。28.根据权利要求27所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述嵌入式电路板的一侧与系统主板的一侧齐平，所述嵌入式电路板与系统主板之间通过通孔电连接结构和/或表层布线层实现电连接。29.根据权利要求27所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述嵌入式电路板的表面位于系统主板内部，所述嵌入式电路板与系统主板之间通过通孔电连接结构实现电连接。30.根据权利要求25至29任一项所述的高散热高频功率模组，其特征在于，所述高频...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾剑鸿，
申请(专利权)人：上海沛塬电子有限公司，
类型：发明
国别省市：