[發明專利]一種改善焊接型碳化硅功率模塊電熱性能的封裝結構

在審

• 申請號: 201910191808.5
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109817612A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 柯俊吉;蔡雨萌;孫鵬;趙志斌;崔翔
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L25/18
• 分類號: H01L25/18;H01L23/367;H01L23/495;H01L23/498
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

本發明公開了一種改善焊接型碳化硅功率模塊電熱性能的封裝結構，該封裝結構包括銅底板，DBC板，碳化硅芯片，驅動信號端子和功率回路端子；所述碳化硅芯片，以每兩個為一個單元進行并聯，長邊沿著所述銅底板的長邊平行排列放置，每兩個單元共用一塊DBC板，所述兩個單元為串聯結構，所述DBC板固定在所述銅底板上；所述驅動信號端子采用頂針方式直接引出；所述功率回路端子采用帶有螺紋的銅塊引出。本發明通過優化碳化硅芯片放置方式、DBC分布方式和端子的引出方式，減小了電流路徑長度，增大了電流路徑寬度，提高了DBC板的底板面積利用率，增大了散熱面積，減小了散熱熱阻，從而提高封裝的電熱性能。

技術領域

本發明涉及功率模塊封裝技術領域，具體涉及一種改善焊接型碳化硅功率模塊電熱性能的封裝結構。

背景技術

隨著功率半導體器件應用場合日益豐富與多變，目前碳化硅功率半導體器件已初步在光伏逆變器、風力發電、電動汽車等領域進行了應用嘗試。然而，新的封裝方法和技術是目前制約碳化硅器件規模應用的主要因素之一。與硅基功率半導體器件相比，碳化硅器件開關速度更快，在相同寄生電感下，碳化硅器件在開關瞬態過程中承受更高的電壓和電流應力，由此帶來開關損耗增加，電磁干擾等問題，嚴重時會導致器件損壞或失效。因此，碳化硅功率模塊對封裝寄生參數的要求更加苛刻。另一方面，碳化硅芯片尺寸更小，相同電流等級下功率密度更高，這使得功率模塊的散熱面臨更高的挑戰。因此，焊接型功率模塊封裝的電熱性能優化對于充分發揮碳化硅器件優異性能顯得尤為重要。

現有的商業化碳化硅封裝模塊基本是沿用傳統的硅基模塊的封裝結構，封裝內部的寄生電感較大。盡管學術界和工業界也提出了很多新型的封裝技術，例如混合封裝，平面封裝，3D封裝等結構上的優化以及焊接球、納米銀燒結等互連技術，但這些新型封裝技術存在工藝較復雜，成本較高，技術成熟度不高，可靠性尚待驗證等諸多問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種改善焊接型碳化硅功率模塊電熱性能的封裝結構，在不改變傳統封裝工藝的前提下，通過優化芯片放置方式、DBC板分布方式、封裝布局、互連結構來實現更好的模塊電熱性能。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種改善焊接型碳化硅功率模塊電熱性能的封裝結構，包括銅底板，DBC板和碳化硅芯片；

所述碳化硅芯片，以每兩個為一個單元進行并聯，長邊沿著所述銅底板的長邊平行排列放置，每兩個單元共用一塊DBC板，所述兩個單元為串聯結構，所述DBC板固定在所述銅底板上。

優選的，所述封裝結構還包括驅動信號端子，所述驅動信號端子采用頂針方式直接引出，與外部進行電氣互連。

優選的，所述驅動信號端子包括柵極信號端子和輔助源極信號端子，所述柵極信號端子和輔助源極信號端子通過鍵合線引出到DBC板，而后由頂針直接引出。

優選的，所述封裝結構還包括功率回路端子，所述功率回路端子采用銅塊引出。

優選的，所述功率回路端子包括正極引出端子、負極引出端子和交流輸出端子，所述正極引出端子、負極引出端子和交流輸出端子采用銅塊引出；所述銅塊為一個下底板和一個方體的一體結構，所述下底板和所述方體寬相同，所述下底板的長比所述方體長，所述方體位于所述下底板中心位置。

優選的，所述銅塊的方體上表面設有一個螺紋孔，用于與封裝外殼螺紋連接，所述下底板與所述方體接觸的面為所述下底板的第一表面，所述第一表面未與所述方體重疊的部分為第二表面和第三表面，所述第二表面和第三表面上設有小孔，用于端子焊接。

優選的，所述封裝結構還包括鍵合線，用于連接碳化硅功率模塊上橋臂源極與下橋臂漏極。

優選的，所述封裝結構還包括鍵合線，用于碳化硅芯片的柵極、源極和輔助源極的引出。

優選的，所述封裝結構還包括可拆卸式封裝外殼。