一种功率半导体模块制造技术

本发明专利技术提供了一种功率半导体模块，所述功率半导体模块从下至上依次包括金属板、功率半导体芯片和电极引出片；所述金属板用于承载功率半导体芯片，并为功率半导体芯片提供电流通路；所述电极引出片为复合母排或多层印制电路板，电极引出片上设有连接端子，用于与功率半导体芯片连接以实现功率半导体芯片的互连。本发明专利技术提供的功率半导体模块，为压接式封装结构，芯片直接设置于金属板上，然后通过电极引出片直接压在功率半导体芯片表面，实现芯片间互连，简化封装工艺，同时模块的可靠性得到保证。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，尤其涉及一种功率半导体模块。
技术介绍
绝缘栅双极晶体管(IGBT )具有通态压降低、电流容量大、输入阻抗高、响应速度快和控制简单的特点，被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。对于焊接式IGBT模块而言，功率半导体芯片2’通过锡银焊层、衬板设置于基板 1’上，芯片正面电极之间的互连普遍采用引线3’(粗铝线或粗铜线)键合的方式，如图1所示。因此，焊接式IGBT模块内部有很多引线键合点。即使随着模块封装技术的持续进步和引线键合参数的不断优化，键合点的可靠性仍不能得到保障。这是由于引线线长较大，引线电感较大，且承受振动能力较差，容易发生断裂。因此，IGBT模块的可靠性仍属于较薄弱的环节。另外，焊接式IGBT模块中，还需灌注硅胶4’，用于保护功率半导体芯片2，，但是硅胶4’会降低模块的散热性能，降低功率密度，导致模块体积难以缩小。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术中存在IGBT模块中散热性能差、体积难以缩小以及可靠性难以保障的技术问题。本专利技术提供了一种功率半导体模块，所述功率半导体模块从下至上依次包括金属板、功率半导体芯片和电极引出片；所述金属板用于承载功率半导体芯片，并为功率半导体芯片提供电流通路；电极引出片上设有连接端子，用于与功率半导体芯片连接实现功率半导体芯片的互连。作为本专利技术的进一步改进，所述电极引出片为复合母排或多层印制电路板。作为本专利技术的进一步改进，金属板与功率半导体芯片之间设有第一弹性板，第一弹性板上设有芯片窗口，用于对功率半导体芯片进行定位和固定。作为本专利技术的进一步改进，功率半导体芯片与电极引出片之间设有第二弹性板， 第二弹性板上穿设有带状线，用于将功率半导体芯片与电极引出片相连。所述第二弹性板的下表面设有第一定位口，用于对功率半导体芯片进行定位。或者，电极引出片的下表面设有第二定位口，用于对功率半导体芯片进行定位。作为本专利技术的进一步改进，金属板的下表面设有散热器。本专利技术提供的功率半导体模块，芯片直接设置于金属板上，然后通过将电极引出片直接压到功率半导体芯片表面，实现芯片间互连，封装工艺简化，能有效缩小模块的体积，降低引线电感，模块的可靠性得到保证。另外，本专利技术的功率半导体模块为压接式封装结构，无需灌入保护胶，且能同时通过金属板进行散热，因此其散热性能也得到提高。附图说明图1为现有技术中焊接式IGBT模块的结构示意图。图2为本专利技术实施例一的功率半导体模块的结构示意图。图3为本专利技术功率半导体模块中IGBT芯片的结构示意图。图4为图3中A-A剖面图。图5为本专利技术功率半导体模块中FRD芯片的结构示意图。图6为图5中B-B剖面图。图7为第一弹性板的结构示意图。图8为本专利技术实施例二的功率半导体模块中第一弹性板与功率半导体芯片的结构示意图。图9为图8中C-C剖面图。图10为本专利技术实施例二的功率半导体模块的结构示意图。图11为本专利技术实施例三的功率半导体模块的结构示意图。图12为本专利技术实施例四的功率半导体模块的结构示意图。图13为本专利技术实施例五的功率半导体模块的结构示意图。图14为本专利技术实施例六的功率半导体模块的结构示意图。图15为本专利技术实施例七的功率半导体模块中金属板、第一弹性板与功率半导体芯片的结构示意图。图中1’ -焊接式IGBT模块中的基板，2’ _焊接式IGBT模块中的功率半导体芯片，3’ -焊接式IGBT模块中的引线，4’ -硅胶；1-金属板，2-功率半导体芯片，3-电极弓丨出片，4-第一弹性板，5-第二弹性板，6-带状线，21-IGBT芯片，210-集电极，211-第一发射极，212-第一栅极，22-FRD芯片，220-阴极， 221-阳极，31-第二发射极，32-第二栅极，33-第二定位口 ；41-芯片窗口，51-第一定位口。具体实施例方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一功率半导体芯片2中各芯片的厚度若相同，则可直接采用平面的电极引出片3压接于芯片表面，实现芯片间互连。如图2所示，本专利技术提供了一种功率半导体模块，功率半导体模块从下至上依次包括金属板1、功率半导体芯片2和电极引出片3。金属板1用于承载功率半导体芯片2，并为功率半导体芯片2提供电流通路。电极引出片3上设有连接端子，用于与功率半导体芯片2连接以实现功率半导体芯片2之间的互连。本专利技术中，电极引出片 3可采用复合母排或多层印制电路板。本专利技术中，功率半导体芯片2为若干IGBT芯片21和FRD芯片22。IGBT芯片21 的结构如图3和图4所示，IGBT芯片21的上表面设有第一发射极211和第一栅极212，下表面设有集电极210。FRD芯片22的结构如图5和图6所示，FRD芯片22的上表面设有阳极221，下表面设有阴极220。IGBT芯片21的集电极210与FRD芯片22的阴极220相连， IGBT芯片21的第一发射极211与FRD芯片22的阳极221相连。如图2所示，IGBT芯片21和FRD芯片22均位于金属板1上。IGBT芯片21的集电极210与金属板1接触，FRD芯片22的阴极220与金属板1接触。从而，通过金属板1使得IGBT芯片21的集电极210与FRD芯片22的阴极220相连。电极引出片3上的连接端子包括第二发射极31和第二栅极32。电极引出片3上的连接端子的一端延伸至电极引出片3的下表面，用于与功率半导体芯片2连接；连接端子的另一端延伸至电极引出片3的上表面，实现本专利技术的功率半导体模块电极的引出。具体地，IGBT芯片21的第一发射极211与电极引出片3的第二发射极31相连，IGBT芯片21的第一栅极212与电极引出片3的第二栅极32相连，FRD芯片22的阳极221与电极引出片 3的第二发射极31相连。从而，通过电极引出片3使得IGBT芯片21的第一发射极211与 FRD芯片22的阳极221相连。因此，本专利技术中金属板1作为模块的集电极C，电极引出片3对功率半导体芯片2 进行互连并实现电极引出，作为模块的栅极G和发射极E。具体地，IGBT芯片21的集电极 210与FRD芯片22的阴极220通过金属板1上表面连接(即反并联)，通过金属板1引出至模块的集电极C ；IGBT芯片21的第一栅极212通过电极引出片3的第二栅极32进行互连并引出至模块的栅极G ；IGBT芯片21的第一发射极211与FRD芯片22的阳极221通过电极引出片3的第二发射极31进行互连并引出至模块的发射极E。由于功率半导体芯片2之间通过电极引出片3压接方式实现互连和电极引出，大大提高模块可靠性；同时不存在线长较大的引线，引线电感也相应降低、承受振动能力增强。另外，本专利技术提供的压接式功率半导体模块内，无需再灌注保护胶，能保证模块良好的散热性。本专利技术中，金属板1既为本专利技术的功率半导体模块提供电流通路，也提供散热通路。优选情况下，金属板1的下表面还可设有散热器(附图中未示出)，对金属板1进行散热， 从而进一步提高本专利技术的功率半导体模块的散热性能。因此，本专利技术的功率半导体模块通过双面散热、双面通电流，能减小模块的热阻，增加模块的功率密度，同时还可减小模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体模块从下至上依次包括金属板、功率半导体芯片和电极引出片；所述金属板用于承载功率半导体芯片，并为功率半导体芯片提供电流通路；电极引出片上设有连接端子，用于与功率半导体芯片连接以实现功率半导体芯片的互连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国友，覃荣震，黄建伟，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：43