[實用新型]高壓功率模塊封裝結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201822148973.6
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN209199924U
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊英杰;梁琳;顏輝;陳雪筠
• 申請（專利權(quán)）人: 常州瑞華新能源科技有限公司
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07;H01L23/14
• 代理公司: 南京中高專利代理有限公司 32333
• 代理人: 呂波

本實用新型涉及封裝技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高壓功率模塊封裝結(jié)構(gòu)，包括若干芯片、輸出端子和基板，所述芯片通過焊料層焊接固定在覆銅陶瓷板上；所述芯片之間通過鍵合引線相連，所述芯片通過鍵合引線與輸出端子相連接；所述覆銅陶瓷板固定在基板上，所述芯片、輸出端子、覆銅陶瓷板和基板外側(cè)設(shè)置通過樹脂密封層灌封。采用上述結(jié)構(gòu)后，本實用新型摒棄了原先單層陶瓷層的結(jié)構(gòu)，將其二等分并加入金屬銅層，金屬銅層的引入使原先在頂層和底層銅與陶瓷層的交接面處電場強度減弱，同時減小了由陶瓷層帶來的寄生電容。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及封裝技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高壓功率模塊封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著數(shù)十兆瓦功率變換器實現(xiàn)兆伏電機調(diào)速，固態(tài)變壓器實現(xiàn)配電網(wǎng)及輸電線路潮流控制等現(xiàn)代電力電子技術(shù)的興起，高壓全控器件開始進入人們的視野。但是，功率器件不斷升高的額定電壓以及更輕薄的芯片結(jié)構(gòu)對器件封裝提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)硅器件的功率封裝結(jié)構(gòu)解決方案已無法承載新興器件的各種優(yōu)點，封裝技術(shù)成為了限制其優(yōu)點的短板之一。

高壓功率模塊封裝的設(shè)計除了涉及到電、熱、機械性能的綜合考慮外，還要考慮模塊封裝的最高耐壓。早在2004年，ABB公司就推出了針對6.5kV IGBT的高壓工業(yè)標準封裝，隨后英飛凌、中國中車等公司也相繼推出了6.5kV電壓等級的功率模塊。隨著碳化硅功率器件的興起，富士電機、美國科銳公司在近兩年也推出了相同甚至更高電壓等級的碳化硅功率模塊。由于高壓碳化硅芯片仍未商業(yè)化，對模塊規(guī)格和技術(shù)性能了解十分有限，導(dǎo)致國內(nèi)外關(guān)于高壓碳化硅功率模塊的研究都較少。

在高壓領(lǐng)域，模塊封裝的設(shè)計更多考慮電場擊穿現(xiàn)象。首先，封裝內(nèi)部無法避免電場不均勻分布帶來的電場集中現(xiàn)象，當電場強度超過絕緣介質(zhì)擊穿場強，介質(zhì)就會發(fā)生擊穿，產(chǎn)生局部放電的現(xiàn)象甚至損壞整個器件；其次，若各接觸面的熱匹配系數(shù)相差較大，在較大的熱應(yīng)力下產(chǎn)生變形就會形成空洞，空洞里的空氣擊穿場強僅有3kV/mm，很容易發(fā)生局部放電，另外，密封材料在灌封過程中也會產(chǎn)生空洞。

中國實用新型專利CN 207354068 U公開了一種IGBT功率模塊及包含其的功率模組，包括多個IGBT功率模塊子模塊和兩個冷卻基板，多個IGBT功率模塊子模塊沿冷卻基板的長度方向按照預(yù)定間隔布置并通過封裝體封裝在兩個冷卻基板之間，冷卻基板包括第一冷卻基板和第二冷卻基板，第一冷卻基板和第二冷卻基板在不與 IGBT功率模塊子模塊接觸的表面上形成有由多個突起構(gòu)成的冷卻部，并且第一冷卻基板和第二冷卻基板分別在兩端開設(shè)有相互連通以分別構(gòu)成第一導(dǎo)水口和第二導(dǎo)水口的開口。雖然，對比文件能夠提高散熱效率，但是無法減少電場集中現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型需要解決的技術(shù)問題是提供一種能有效減少電場集中現(xiàn)象使其分布均勻的高壓功率模塊封裝結(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的高壓功率模塊封裝結(jié)構(gòu)，包括若干芯片、輸出端子和基板，所述芯片通過焊料層焊接固定在覆銅陶瓷板上；所述芯片之間通過鍵合引線相連，所述芯片通過鍵合引線與輸出端子相連接；所述覆銅陶瓷板固定在基板上，所述芯片、輸出端子、覆銅陶瓷板和基板外側(cè)設(shè)置通過樹脂密封層灌封。

優(yōu)選的，所述覆銅陶瓷板包括從上至下依次連接的頂部銅層、上部陶瓷層、中間銅層、下部陶瓷層和底部銅層，所述中間銅層厚度分別小于頂部銅層和底部銅層的厚度；所述頂部銅層為芯片提供流通路徑，所述底部銅層與基板固定連接。

優(yōu)選的，所述中間銅層切割為若干等分。

優(yōu)選的，所述下部陶瓷層和上部陶瓷層厚度相同。

優(yōu)選的，所述上部陶瓷層和下部陶瓷層的材料為氧化鋁或氮化鋁。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本實用新型摒棄了原先單層陶瓷層的結(jié)構(gòu)，將其二等分并加入金屬銅層，金屬銅層的引入使原先在頂層和底層銅與陶瓷層的交接面處電場強度減弱，同時減小了由陶瓷層帶來的寄生電容。

附圖說明