[发明专利]一种功率模块的封装结构

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种功率模块的封装结构。

背景技术

模块的封装是功率模块最基本的组成部分,对功率模块的性能，体积和可靠性至关重要。目前功率模块中对功率器件的互连主要有引线键合和压接式。引线键合方式是在功率器件裸芯片的各电极上,以金线或铝线进行各式打线结合，再牵线至模块脚架的个内脚处续行打线以完成回路。引线键合技术是目前功率模块封装中主要采用的连接技术，对于大功率器件多采用铝丝键合，工艺简单、成本低。但是引线键合存在键合点面积小、寄生电感大、载流量有限、热应力疲劳、高频电流在引线中形成的机械应力易使其焊点撕裂或脱落等诸多问题。压接式功率模块内部中器件电极通过压力直接连接，具有双面散热、更高的工作结温、高可靠性等特点，在应用环境苛刻和可靠性要求高的应用领域很有竞争优势。但是压接式功率模块结构复杂，成本高，对芯片厚度和压力均匀性要求较高，需要对功率芯片做特殊的设计，压接应力很容易造成芯片损伤甚至撕裂。

发明内容

本发明提供了一种功率模块封装结构用以弥补上述技术缺陷，改善功率模块的可靠性，提高散热效率，降低体积。

本发明所述功率模块的封装结构包括：下层金属直接敷接陶瓷电路板，被封装功率器件裸芯片，上层金属直接敷接陶瓷电路版，上盖板和绝缘外壳。

所述下层金属直接敷接陶瓷电路板上下表面都具有直接敷接金属层，放置于所述绝缘外壳底部内伸的托架上；其上表面金属层通过焊料连接一个或多个半导体功率器件裸芯片的底面电极；其上表面金属层通过蚀刻工艺生成底面电极连接电路布线。所述功率器件裸芯片为硅或碳化硅半导体材料的功率开关管和功率二极管裸芯片，包括绝缘栅双极性晶体管，功率金氧半场效应晶体管，肖特基二极管，快恢复二极管等。

所述上层金属直接敷接陶瓷基板通过刻蚀工艺在其金属层上加工出所述半导体功率器件裸芯片上表面电极之间连接的电路布线；在金属直接敷接陶瓷基板金属层表面附着一层绝缘膜，绝缘膜与上述功率裸芯片上表面电极对齐的位置开有通孔，通孔尺寸略小于电极尺寸；在所述绝缘膜的通孔位置，通过电镀或其它金属沉积方式在直接敷接陶瓷基板的金属层上生成凸起金属触点结构，高度略大于绝缘膜厚度，尺寸与所述绝缘膜通孔尺寸一致；当所述上层金属直接敷接陶瓷基板金属层朝下倒置于上述功率器件裸芯片之上，所述凸起触点结构与所述功率器件裸芯片的上表面电极接触实现电路连接。

所述上盖板置于所述上层金属直接敷接陶瓷电路板之上，通过多枚安装螺栓固定于所述封装外壳上表面；所述上盖板下表面焊接有多个压簧，对所述上层金属直接敷接陶瓷电路板施加向下压力。

所述下层金属直接敷接陶瓷电路板和上层金属直接敷接陶瓷电路板的金属层部分延伸至陶瓷基板外构成外接端子。

本发明一种封装结构由以下技术进一步解决上述技术缺陷：

优选的，所述下层金属直接敷接陶瓷电路板和上层金属直接敷接陶瓷电路板采用直接敷铜或直接敷铝技术的氮化铝或氧化铝陶瓷基板，可以承载大电流并具有良好的导热性能。

优选的，所述绝缘膜通过厚膜工艺将绝缘浆料透过丝网直接印刷至单层金属敷接陶瓷基板的金属层表面，再经过高温烧结形成，并由丝网掩模生成通孔。

优选的，通过金属沉积在所述上层金属直接敷接陶瓷电路板的金属层形成所述凸起金属触点后，对触点进行打磨调整触点高度并提高触点平整度。

优选的，所述上盖板为导热性能良好的金属材料如铝等,并可采用集成散热片的金属板。

优选的，所述多个压簧采用略微不同的弹性系数以对各位置的压力进行微调。

优选的，所述上层金属直接敷接陶瓷电路版和上盖板之间灌注导热胶提高以降低热阻。

进一步的，所述上盖板可以采用具有散热片结构的金属盖板，或者在所述上盖板的上表面和所述下层直接敷铜陶瓷电路板的下表面金属层上贴装散热片或其它附加散热装置进一步提高所述功率封装结构的散热效果。

本发明一种功率模块的封装结构与传统功率模块的封装结构相比，具有以下有益效果。

1. 本发明避免常规功率模块封装中的键合互连工艺，减小了键合连接线导致的寄生电感，提高电流承载能力，改善了功率模块的性能及可靠性。

2. 本发明中器件上下表面的导热通路都大为简化，可以实现双面导热，提高散热效果。

3. 本发明中功率模块厚度降低，从而减小功率模块封装体积，提高了功率密度。