[发明专利]一种功率模块的封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种功率模块的封装结构，属于电力电子的功率模块设计和封装技术领域。

背景技术

由于功率半导体芯片的热膨胀系数和键合线的热膨胀系数相差较大，功率模块在长期使用过程中最容易产生的失效是键合点与芯片表面脱离。同时IGBT功率芯片电流密度的不断增加，传统的铝线（带）已经不能满足电气连接的要求。

同一种材料通过超声波焊接可以有效的减少金属间化合物的产生，从而提高焊点的可靠性。铜的在各项指标都优于铝，在所有的金属中铜的导电性仅次于银，同时价格相对便宜。超声波焊接工艺在功率半导体封装行业已是较为成熟的技术，但是在芯片上使用较大功率的超声波进行焊接容易导致芯片破碎。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构合理，可靠性好,能满足现代电气连接要求的功率模块的封装结构。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种功率模块的封装结构，它包括一焊连有IGBT芯片的覆铜陶瓷基板，所述的IGBT芯片正面为门极和发射极，背面为集电极，在门极和发射极的四周有一圈绝缘结构的保护环；在所述在门极和发射极的表面通过焊料分别焊连有门极金属块和发射极金属块，且所述门极金属块和发射极金属块的厚度在0.1-1mm；所述的IGBT芯片通过焊料焊接到覆铜陶瓷基板的集电极铜层上。

所述IGBT芯片的门极金属块和发射极金属块各由铜、银、金、镍中的一种可焊接金属制成；所述的发射极金属块通过铜线用超声波键合与覆铜陶瓷基板上的发射极铜层相连；所述的门极金属块通过铜线用超声波键合与覆铜陶瓷基板上的门极铜层相连；覆铜陶瓷基板的背面铜层通过焊料焊接到散热基板上；覆铜陶瓷基板的背面铜层与覆铜陶瓷基板的集电极铜层、发射极铜层、门极铜层之间有一层陶瓷层。

所述IGBT芯片的发射极端子、集电极端子、门极端子注塑在塑料外壳中；所述塑料外壳与散热基板通过密封胶胶合；发射极端子与覆铜陶瓷基板的发射极铜层通过超声波焊接的方式连接，集电极端子与覆铜陶瓷基板的集电极铜层通过超声波焊接的方式连接，门极端子与覆铜陶瓷基板的门极铜层通过超声波焊接的方式连接。

本发明主要是在芯片上焊接一层金属块，在满足铜线键合的同时也可以缓冲半导体芯片热膨胀系数差异较大带来的影响；它具有结构合理，可靠性好,能满足现代电气连接要求等特点。

附图说明

图1是本发明所述芯片结构的正视图。

图2是本发明所述芯片结构的侧视图。

图3是本发明所述金属块的正视图。

图4是本发明所述模块的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1-4所示，所述的一种功率模块的封装结构，它包括一焊连有IGBT芯片的覆铜陶瓷基板，所述的IGBT芯片正面为门极G和发射极E，背面为集电极C，在门极和发射极的四周有一圈绝缘结构的保护环7；在所述在门极G和发射极E的表面通过焊料分别焊连有门极金属块4和发射极金属块3，且所述门极金属块4和发射极金属块3的厚度在0.1-1mm；所述的IGBT芯片8通过焊料9焊接到覆铜陶瓷基板DBC的集电极铜层10上。

所述IGBT芯片的门极金属块4和发射极金属块3各由铜、银、金、镍中的一种可焊接金属制成；所述的发射极金属块3通过铜线1用超声波键合与覆铜陶瓷基板DBC的发射极铜层11相连；所述的门极金属块3通过铜线2用超声波键合与覆铜陶瓷基板DBC门极铜层12相连；覆铜陶瓷基板DBC的背面铜层14通过焊料15焊接到散热基板18上；覆铜陶瓷基板DBC的背面铜层14与覆铜陶瓷基板DBC的集电极铜层10、发射极铜层11、门极铜层12之间有一层陶瓷层13。

所述IGBT芯片的发射极端子19、集电极端子20、门极端子21注塑在塑料外壳16中；所述塑料外壳16与散热基板18通过密封胶17胶合；发射极端子19与覆铜陶瓷基板DBC的发射极铜层8通过超声波焊接的方式连接，集电极端子20与覆铜陶瓷基板DBC的集电极铜层8通过超声波焊接的方式连接，门极端子21与覆铜陶瓷基板DBC的门极铜层12通过超声波焊接的方式连接。

实施例：图1、2所示为现有几种IGBT芯片的外观结构图，其正面为门极G和发射极E，背面为集电极C，在门极G和发射极E的四周有一圈绝缘结构称为保护环7。本发明中使用的IGBT芯片需要特殊定制，它在门极G和发射极E的表面焊连有由铜、银、金、镍等可焊接金属制成的金属块。

图2所示，本发明是根据门极G位置的不同制造不同的金属块，且门极金属块4和发射极金属块3之间相互独立。

图3所示，IGBT芯片8通过焊料9焊接到DBC集电极铜层10上。发射极金属块3通过焊料5焊接到IGBT发射极，门极金属块4通过焊料6焊接到IGBT门极，发射极和门极间的保护环7在焊接时起到阻焊作用，防止不同极间的焊料联通导致短路。使用超声波键合将DBC发射极铜层11通过铜线1和发射极金属块3相连，DBC门极铜层12通过铜线2和门极金属块3相连。DBC背面铜层14通过焊料15焊接到散热基板18上。DBC背面铜层14与DBC集电极铜层10、发射极铜层11、门极铜层12之间有一层陶瓷层13。发射极端子19、集电极端子20、门极端子21注塑在塑料外壳16中。塑料外壳16与散热基板18通过密封胶17胶合。发射极端子19与DBC发射极铜层8过超声波焊接的方式连接，集电极端子20与DBC的集电极铜层8通过超声波焊接的方式连接，门极端子21与DBC的门极铜层12通过超声波焊接的方式连接。