[發(fā)明專利]基于導電金屬夾扣互連的多芯片寬禁帶功率模塊封裝結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010324003.6
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111540730B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發(fā)明（設計）人: 王來利;張彤宇;楊奉濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L25/065
• 分類號: H01L25/065;H01L23/48;H01L23/14;H01L23/367
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.基于導電金屬夾扣互連的多芯片寬禁帶功率模塊封裝結構，其特征在于，包括功率基板（100），功率基板（100）上設置有功率端子、驅動端子以及若干電力電子功率半導體芯片，電力電子功率半導體芯片與功率基板（100）的功率回路之間通過導電金屬夾扣（200）電氣連接，導電金屬夾扣（200）與電力電子功率半導體芯片的連接處開有用于降低功率模塊工作時在粘接層產(chǎn)生熱-機械應力的槽；電力電子功率半導體芯片采用寬禁帶功率半導體器件，若干電力電子功率半導體芯片包括六個芯片，三個芯片并聯(lián)構成半橋結構的上下橋臂；

功率基板（100）從上至下依次包括上表面導電金屬基板、下表面導電金屬基板（108）與絕緣介質基板（109），上表面導電金屬基板包括依次平行設置的第一上表面導電金屬基板（101）、第二上表面導電金屬基板（102）、第三上表面導電金屬基板（103）、第四上表面導電金屬基板（104）、第五上表面導電金屬基板（105）、第六上表面導電金屬基板（106）和第七上表面導電金屬基板（107），第一上表面導電金屬基板（101）、第二上表面導電金屬基板（102）、第六上表面導電金屬基板（106）和第七上表面導電金屬基板（107）的寬度小于第三上表面導電金屬基板（103）、第四上表面導電金屬基板（104）和第五上表面導電金屬基板（105）的寬度，第一上表面導電金屬基板（101）上設置有使用開爾文連接方式連接的上橋臂源級驅動端子（131），第二上表面導電金屬基板（102）上設置有上橋臂柵極驅動端子（132），第六上表面導電金屬基板（106）上設置有下橋臂柵極驅動端子（133），第七上表面導電金屬基板（107）上設置有使用開爾文連接方式連接的下橋臂源級驅動端子（134）；第三上表面導電金屬基板（103）上設置有直流功率端子正極（121），第四上表面導電金屬基板（104）上設置有直流功率端子負極（122），第五上表面導電金屬基板（105）上設置有交流功率端子（123），直流功率端子正極（121）和直流功率端子負極（122）之間分別通過第一解耦電容（161）和第二解耦電容（162）連接，電力電子功率半導體芯片包括若干設置于第三上表面導電金屬基板（103）上的第一上橋臂半導體芯片（111）、第二上橋臂半導體芯片（112）、第三上橋臂半導體芯片（113）和若干設置于第五上表面導電金屬基板（105）的第一下橋臂半導體芯片（114）、第二下橋臂半導體芯片（115）、第三下橋臂半導體芯片（116），兩組半導體芯片數(shù)量相同，同一組相鄰的半導體芯片間距相同；

第一上橋臂半導體芯片（111）的電流流通路徑從直流功率端子正極（121）出發(fā)，經(jīng)過第一流通路徑（301）后，流經(jīng)第一上橋臂半導體芯片（111）與導電金屬夾扣上的第二流通路徑（321），經(jīng)由第三流通路徑（311）流向交流功率端子（123）；第二上橋臂半導體芯片（112）的電流流通路徑從直流功率端子正極（121）出發(fā)，經(jīng)過第一流通路徑（301）與第四流通路徑（302）后，流經(jīng)第二上橋臂半導體芯片（112）與導電金屬夾扣上的第五流通路徑（322），經(jīng)由第六流通路徑（312）流向交流功率端子（123）；第三上橋臂半導體芯片（113）的電流流通路徑從直流功率端子正極（121）出發(fā)，經(jīng)過第一流通路徑（301）、第四流通路徑（302）與第七流通路徑（303）后，流經(jīng)第三上橋臂半導體芯片（113）與導電金屬夾扣上的第八流通路徑（323），經(jīng)由第九流通路徑（313）流向交流功率端子（123）；

第一下橋臂半導體芯片（114）的電流流通路徑從交流功率端子（123）出發(fā)，經(jīng)過第十流通路徑（304）后，流經(jīng)第一下橋臂半導體芯片（114）與導電金屬夾扣上的第十一流通路徑（324），經(jīng)由第十二流通路徑（314）流向直流功率端子負極（122）；第二下橋臂半導體芯片（115）的電流流通路徑從交流功率端子（123）出發(fā)，經(jīng)過第十流通路徑（304）與第十三流通路徑（305）后，流經(jīng)第二下橋臂半導體芯片（115）與導電金屬夾扣上的第十四流通路徑（325），經(jīng)由第十五流通路徑（315）、第十二流通路徑（314）流向直流功率端子負極（122）；第三下橋臂半導體芯片（116）的電流流通路徑從交流功率端子（123）出發(fā)，經(jīng)過第十流通路徑（304）、第十三流通路徑（305）與第十六流通路徑（306）后，流經(jīng)第三下橋臂半導體芯片（116）與導電金屬夾扣上的第十七流通路徑（326），經(jīng)由第十八流通路徑（316）、第十五流通路徑（315）、第十二流通路徑（314）流向直流功率端子負極（122）；

第一流通路徑（301）為從直流功率端子正極（121）到第一上橋臂半導體芯片（111），第二流通路徑（321）為從第一上橋臂半導體芯片（111）到第一下橋臂半導體芯片（114），第三流通路徑（311）為從第一下橋臂半導體芯片（114）到交流功率端子（123）；

第四流通路徑（302）為從第一上橋臂半導體芯片（111）到第二上橋臂半導體芯片（112），第五流通路徑（322）為從第二上橋臂半導體芯片（112）到第二下橋臂半導體芯片（115），第六流通路徑（312）為從第二下橋臂半導體芯片（115）到交流功率端子（123）；

第七流通路徑（303）為從第二上橋臂半導體芯片（112）到第三上橋臂半導體芯片（113），第八流通路徑（323）為從第三上橋臂半導體芯片（113）到第三下橋臂半導體芯片（116），第九流通路徑（313）為從第三下橋臂半導體芯片（116）到交流功率端子（123）；

第十流通路徑（304）為從交流功率端子（123）到第一下橋臂半導體芯片（114），第十一流通路徑（324）為從第一下橋臂半導體芯片（114）到第四上表面導電金屬基板（104），第十二流通路徑（314）為從第四上表面導電金屬基板（ 104）到直流功率端子負極（122）；

第十三流通路徑（305）為從第一下橋臂半導體芯片（114）到第二下橋臂半導體芯片（115），第十四流通路徑（325）為從第二下橋臂半導體芯片（115）到第四上表面導電金屬基板（104），第十五流通路徑（315）為從第四上表面導電金屬基板（104）到直流功率端子負極（122）；

第十六流通路徑（306）為從第二下橋臂半導體芯片（ 115）到第三下橋臂半導體芯片（116），第十七流通路徑（326）為從第三下橋臂半導體芯片（116）到第四上表面導電金屬基板（104），第十八流通路徑（316）為從第四上表面導電金屬基板（104）到直流功率端子負極（122）；

導電金屬夾扣包括芯片接頭夾扣和金屬接頭夾扣，芯片接頭夾扣與上橋臂半導體芯片上表面連接；金屬接頭夾扣與上表面導電金屬基板連接；芯片接頭夾扣和金屬接頭夾扣之間通過接頭互連夾扣連接；相鄰導電金屬夾扣之間通過并聯(lián)夾扣互連，并聯(lián)夾扣與接頭互連夾扣設置在同一高度，將上橋臂與下橋臂上三個并聯(lián)的半導體芯片所使用的導電金屬夾扣連接成一個整體，芯片接頭夾扣包括拱形結構（215），金屬接頭夾扣和芯片接頭夾與導電金屬基板接觸的部位開有凹槽，接頭互連夾扣所在的平面根據(jù)電壓等級以及功率模塊中絕緣材料承受電壓的能力高于功率基板上表面的高度。