[發明專利]一種功率模塊的封裝結構

在審

• 申請號: 201710192425.0
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106997871A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 楊杰
• 申請（專利權）人: 楊杰
• 主分類號: H01L23/31
• 分類號: H01L23/31;H01L23/373;H01L23/485
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種功率模塊的封裝結構。

背景技術

模塊的封裝是功率模塊最基本的組成部分,對功率模塊的性能，體積和可靠性至關重要。目前功率模塊中對功率器件的互連主要有引線鍵合和壓接式。引線鍵合方式是在功率器件裸芯片的各電極上,以金線或鋁線進行各式打線結合，再牽線至模塊腳架的個內腳處續行打線以完成回路。引線鍵合技術是目前功率模塊封裝中主要采用的連接技術，對于大功率器件多采用鋁絲鍵合，工藝簡單、成本低。但是引線鍵合存在鍵合點面積小、寄生電感大、載流量有限、熱應力疲勞、高頻電流在引線中形成的機械應力易使其焊點撕裂或脫落等諸多問題。壓接式功率模塊內部中器件電極通過壓力直接連接，具有雙面散熱、更高的工作結溫、高可靠性等特點，在應用環境苛刻和可靠性要求高的應用領域很有競爭優勢。但是壓接式功率模塊結構復雜，成本高，對芯片厚度和壓力均勻性要求較高，需要對功率芯片做特殊的設計，壓接應力很容易造成芯片損傷甚至撕裂。

發明內容

本發明提供了一種功率模塊封裝結構用以彌補上述技術缺陷，改善功率模塊的可靠性，提高散熱效率，降低體積。

本發明所述功率模塊的封裝結構包括：下層金屬直接敷接陶瓷電路板，被封裝功率器件裸芯片，上層金屬直接敷接陶瓷電路版，上蓋板和絕緣外殼。

所述下層金屬直接敷接陶瓷電路板上下表面都具有直接敷接金屬層，放置于所述絕緣外殼底部內伸的托架上；其上表面金屬層通過焊料連接一個或多個半導體功率器件裸芯片的底面電極；其上表面金屬層通過蝕刻工藝生成底面電極連接電路布線。所述功率器件裸芯片為硅或碳化硅半導體材料的功率開關管和功率二極管裸芯片，包括絕緣柵雙極性晶體管，功率金氧半場效應晶體管，肖特基二極管，快恢復二極管等。

所述上層金屬直接敷接陶瓷基板通過刻蝕工藝在其金屬層上加工出所述半導體功率器件裸芯片上表面電極之間連接的電路布線；在金屬直接敷接陶瓷基板金屬層表面附著一層絕緣膜，絕緣膜與上述功率裸芯片上表面電極對齊的位置開有通孔，通孔尺寸略小于電極尺寸；在所述絕緣膜的通孔位置，通過電鍍或其它金屬沉積方式在直接敷接陶瓷基板的金屬層上生成凸起金屬觸點結構，高度略大于絕緣膜厚度，尺寸與所述絕緣膜通孔尺寸一致；當所述上層金屬直接敷接陶瓷基板金屬層朝下倒置于上述功率器件裸芯片之上，所述凸起觸點結構與所述功率器件裸芯片的上表面電極接觸實現電路連接。

所述上蓋板置于所述上層金屬直接敷接陶瓷電路板之上，通過多枚安裝螺栓固定于所述封裝外殼上表面；所述上蓋板下表面焊接有多個壓簧，對所述上層金屬直接敷接陶瓷電路板施加向下壓力。

所述下層金屬直接敷接陶瓷電路板和上層金屬直接敷接陶瓷電路板的金屬層部分延伸至陶瓷基板外構成外接端子。

本發明一種封裝結構由以下技術進一步解決上述技術缺陷：

優選的，所述下層金屬直接敷接陶瓷電路板和上層金屬直接敷接陶瓷電路板采用直接敷銅或直接敷鋁技術的氮化鋁或氧化鋁陶瓷基板，可以承載大電流并具有良好的導熱性能。

優選的，所述絕緣膜通過厚膜工藝將絕緣漿料透過絲網直接印刷至單層金屬敷接陶瓷基板的金屬層表面，再經過高溫燒結形成，并由絲網掩模生成通孔。

優選的，通過金屬沉積在所述上層金屬直接敷接陶瓷電路板的金屬層形成所述凸起金屬觸點后，對觸點進行打磨調整觸點高度并提高觸點平整度。

優選的，所述上蓋板為導熱性能良好的金屬材料如鋁等,并可采用集成散熱片的金屬板。

優選的，所述多個壓簧采用略微不同的彈性系數以對各位置的壓力進行微調。

優選的，所述上層金屬直接敷接陶瓷電路版和上蓋板之間灌注導熱膠提高以降低熱阻。

進一步的，所述上蓋板可以采用具有散熱片結構的金屬蓋板，或者在所述上蓋板的上表面和所述下層直接敷銅陶瓷電路板的下表面金屬層上貼裝散熱片或其它附加散熱裝置進一步提高所述功率封裝結構的散熱效果。

本發明一種功率模塊的封裝結構與傳統功率模塊的封裝結構相比，具有以下有益效果。

1. 本發明避免常規功率模塊封裝中的鍵合互連工藝，減小了鍵合連接線導致的寄生電感，提高電流承載能力，改善了功率模塊的性能及可靠性。

2. 本發明中器件上下表面的導熱通路都大為簡化，可以實現雙面導熱，提高散熱效果。

3. 本發明中功率模塊厚度降低，從而減小功率模塊封裝體積，提高了功率密度。