[發明專利]一種雙面散熱高可靠功率模塊

有效

• 申請號: 201710449886.1
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107195623B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 牛利剛;徐文輝;王玉林;滕鶴松
• 申請（專利權）人: 揚州國揚電子有限公司
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07;H01L23/14;H01L23/48;H01L23/367
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 陳靜

技術領域

本發明涉及電力電子功率模塊，尤其是一種雙面散熱高可靠功率模塊。

背景技術

電力電子技術在當今快速發展的工業領域占有非常重要的地位，電力電子功率模塊作為電力電子技術的代表，已廣泛應用于電動汽車，光伏發電，風力發電，工業變頻等行業。隨著我國工業的崛起，電力電子功率模塊有著更加廣闊的市場前景。

現有電力電子功率模塊封裝體積大，重量重，不符合電動汽車、航空航天等領域的高功率密度、輕量化的要求。體積較大的電力電子功率模塊，其寄生電感往往也比較大，這會造成過沖電壓較大、損耗增加，而且也限制了在高開關頻率場合的應用。SiC電力電子器件具有高頻、高溫、高效的特性，但現有功率模塊的寄生電感較大，限制了SiC性能的發揮。另外，隨著應用端功率密度的不斷升級，現有功率模塊的封裝結構已經阻礙了功率密度的進一步提升，必須開發出更加有效的散熱結構才能滿足功率密度日益增長的需求。

現有的雙面散熱功率模塊如CN105161477A，由于芯片單層設置，電流的換流回路面積仍然較大，往往寄生電感也比較大，而且芯片單層設置，使得功率模塊的體積相對較大，另外功率端子與控制端子只與第一襯板連接，設置不夠靈活、襯板面積無法進一步減小，還會由于電流路徑較長造成損耗增加。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術存在的缺陷，本發明旨在提供一種體積小、重量輕、寄生電感小的雙面散熱功率模塊。

技術方案：一種雙面散熱高可靠功率模塊，包括正極功率端子、負極功率端子、輸出功率端子、底部金屬絕緣基板以及頂部金屬絕緣基板，所述底部金屬絕緣基板與頂部金屬絕緣基板疊層設置，底部金屬絕緣基板與頂部金屬絕緣基板在二者相對的面上均燒結有芯片，正極功率端子與底部金屬絕緣基板上的芯片電連接，負極功率端子與頂部金屬絕緣基板上的芯片電連接；底部金屬絕緣基板或頂部金屬絕緣基板上設有輸出局部金屬層，輸出功率端子通過輸出局部金屬層連接有芯片連接塊，芯片連接塊與底部金屬絕緣基板上的芯片和頂部金屬絕緣基板上的芯片電連接。

進一步的，所述底部金屬絕緣基板在面向頂部金屬絕緣基板的一面上燒結有上半橋開關芯片和上半橋二極管芯片，頂部金屬絕緣基板在面向底部金屬絕緣基板的一面上燒結有下半橋開關芯片和下半橋二極管芯片。

進一步的，所述正極功率端子燒結在底部金屬絕緣基板上，負極功率端子燒結在頂部金屬絕緣基板上，芯片連接塊在面向底部金屬絕緣基板的一面與上半橋開關芯片和上半橋二極管芯片燒結，在面向頂部金屬絕緣基板的一面與下半橋開關芯片和下半橋二極管芯片燒結。

進一步的，所述芯片連接塊分為第一芯片連接塊和第二芯片連接塊，第一芯片連接塊與第二芯片連接塊均與輸出局部金屬層燒結；第一芯片連接塊在面向頂部金屬絕緣基板的一面與下半橋二極管芯片燒結，在面向底部金屬絕緣基板的一面與上半橋開關芯片燒結；第二芯片連接塊在面向頂部金屬絕緣基板的一面與下半橋開關芯片燒結，在面向底部金屬絕緣基板的一面與上半橋二極管芯片燒結。

進一步的，所述上半橋開關芯片與下半橋二極管芯片疊層設置，下半橋開關芯片與上半橋二極管芯片疊層設置。

進一步的，所述底部金屬絕緣基板上設有上半橋表面金屬層和輸出局部金屬層，上半橋表面金屬層上燒結有上半橋開關芯片和上半橋二極管芯片，當所述上半橋開關芯片為IGBT時，正極功率端子與上半橋開關芯片的集電極以及上半橋二極管芯片的負極電連接，當所述上半橋開關芯片為MOSFET時，所述正極功率端子與上半橋開關芯片的漏極以及上半橋二極管芯片的負極電連接。

進一步的，所述輸出功率端子包括焊接部和位于塑封外殼外部的連接部，所述焊接部位于底部金屬絕緣基板與頂部金屬絕緣基板之間；所述頂部金屬絕緣基板上設有下半橋表面金屬層、下半橋驅動局部金屬層、第一上半橋驅動局部金屬層和第二上半橋驅動局部金屬層，下半橋表面金屬層上燒結有下半橋開關芯片和下半橋二極管芯片，下半橋表面金屬層和下半橋驅動局部金屬層分別連有一個下半橋驅動端子，第一上半橋驅動局部金屬層和第二上半橋驅動局部金屬層分別連有一個上半橋驅動端子；

當下半橋開關芯片為IGBT時，下半橋表面金屬層與IGBT芯片的發射極相連；當下半橋開關芯片為MOSFET時，下半橋表面金屬層與MOSFET芯片的源極相連，下半橋驅動局部金屬層與下半橋開關芯片的門極相連，第一上半橋驅動局部金屬層與上半橋開關芯片的門極相連，第二上半橋驅動局部金屬層與輸出功率端子的焊接部相連。

進一步的，所述底部金屬絕緣基板背面金屬層與頂部金屬絕緣基板背面金屬層上分別設有第一散熱裝置和第二散熱裝置。