【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于功率半導(dǎo)體器件，具體涉及一種雙面散熱半橋功率器件。
技術(shù)介紹
1、igbt功率器件作為電壓驅(qū)動(dòng)型器件廣泛應(yīng)用于電源、中大功率變流器中。傳統(tǒng)的igbt功率模塊主要由igbt芯片，陶瓷覆銅基板，封裝互連材料，鍵合線，電連接端子等組成，芯片焊接在陶瓷覆銅基板上。隨著功率電子器件向高密度化，大功率，小型化發(fā)展，電子器件的散熱問題愈發(fā)嚴(yán)重。傳統(tǒng)的焊接式igbt模塊一方面受焊接、灌封、引線鍵合等工藝的影響，很難大幅提升其功率等級(jí)，并且存在焊料疲勞和焊料層空洞、鍵合線脫落等多種引起失效的隱患。芯片產(chǎn)生的熱量主要通過熱傳導(dǎo)的方式從芯片、焊料、陶瓷覆銅基板、底板并通過自然冷卻、風(fēng)冷及液體等方式對(duì)功率模塊進(jìn)行散熱，這種芯片平面分布結(jié)構(gòu)導(dǎo)致模塊體積大、散熱效果差，只能單向傳熱，模塊熱阻較大，造成芯片與散熱面的溫差大，在長期使用過程中，芯片容易因溫度過高而失效。
2、相對(duì)于傳統(tǒng)單面散熱功率模塊，雙面冷卻功率模塊具有更強(qiáng)的散熱能力和更低的寄生參數(shù)。近年來，隨著車用電機(jī)控制器的效率、功率密度和可靠性要求進(jìn)一步提升，雙面散熱功率模塊在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用得到了越來越多的關(guān)注。
3、目前的雙面散熱模塊普遍采用兩層陶瓷覆銅基板、芯片、墊片和三層焊料的結(jié)構(gòu)如附圖1所示。igbt芯片的集電極和frd芯片的陰極焊接在陶瓷覆銅基板上，igbt芯片的發(fā)射極和frd芯片的陽極通過墊塊焊接在另外一個(gè)具有圖案面的陶瓷覆銅基板上，通過不同圖案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不同電路拓?fù)渑c電氣連接，其中墊塊實(shí)現(xiàn)igbt芯片與frd芯片高度匹配，同時(shí)具有導(dǎo)流作用，通過這種方
4、但是，現(xiàn)有的雙面散熱模塊存在以下缺陷：一方面，這種雙面散熱模塊內(nèi)igbt芯片與frd芯片焊接在同一個(gè)陶瓷覆銅基板上，基板面積有限，隨著電流等級(jí)進(jìn)一步增加，功率密度難以進(jìn)一步提升；另一方面，模塊間主回路寄生電感和模塊內(nèi)各芯片柵極回路寄生電感的不均勻，將導(dǎo)致模塊和芯片不均流，從而引發(fā)失效。目前的雙面散熱模塊上橋與下橋芯片焊接在第一陶瓷覆銅基板和第二覆銅基板之間，芯片位于同一平面內(nèi)，通過陶瓷覆銅基板上銅層圖形設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電氣連接，回流路徑長，且不同柵極回路和功率回路路徑不一致，導(dǎo)致各回路寄生電感大且各回路寄生電感存在較大差異，各芯片開關(guān)的一致性較差，芯片承受電應(yīng)力較大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)目的：本專利技術(shù)的目的在于提供一種雙面散熱半橋功率器件，能夠解決現(xiàn)有雙面散熱模塊存在的電流密度無法進(jìn)一步提升，以及各回路寄生電感不一致的問題。
2、技術(shù)方案：本專利技術(shù)的一種雙面散熱半橋功率器件，包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的上橋igbt芯片、一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的上橋frd芯片、一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的下橋igbt芯片、一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的下橋frd芯片；其中，所有上橋igbt芯片的集電極與所有上橋frd芯片的陰極分別通過一第一連接層與第一陶瓷覆銅基板的第一上銅層連接；所有下橋igbt芯片的發(fā)射極與所有下橋frd芯片的陰極分別通過一第二連接層與第二陶瓷覆銅基板的第二上銅層連接；
3、所有上橋igbt芯片的發(fā)射極與所有上橋frd芯片的陽極分別通過一第一墊片連接至導(dǎo)流柱下表面，所有下橋igbt芯片的集電極與所有下橋frd芯片的陰極分別通過一第二墊片連接至導(dǎo)流柱上表面，實(shí)現(xiàn)上橋與下橋的電氣連接。
4、進(jìn)一步的，所述上橋igbt芯片通過第一鍵合線與第一上銅層連接，從第一上銅層上引出上橋igbt芯片的上橋信號(hào)電極g1。
5、進(jìn)一步的，所述下橋igbt芯片通過第二鍵合線與第二上銅層連接，從第二上銅層上引出下橋igbt芯片的下橋信號(hào)電極g2。
6、進(jìn)一步的，所述第二上銅層上引出下橋信號(hào)電極sense?e2和發(fā)射極電極e2。
7、進(jìn)一步的，所述導(dǎo)流柱一端引出功率電極c2e1，其另一端引出上橋信號(hào)電極sensee1。
8、進(jìn)一步的，所述第一陶瓷覆銅基板底面通過第一焊接層連接上橋散熱器第二陶瓷覆銅基板頂面通過第二焊接層連接下橋散熱器。
9、進(jìn)一步的，所述上橋散熱器和下橋散熱器采用平面式或者帶有不同形狀凸臺(tái)的pin-fin底板。
10、進(jìn)一步的，所述上橋散熱器和下橋散熱器選用高熱導(dǎo)率材料的散熱器。
11、進(jìn)一步的，所述第一陶瓷覆銅基板還包括依次設(shè)置在第一上銅層下表面的第一陶瓷絕緣襯板和第一下銅層，第二陶瓷覆銅基板還包括依次設(shè)置在第二上銅層上表面的第二陶瓷絕緣襯板和第二下銅層。
12、進(jìn)一步的，所述第一墊片和第二墊片采用導(dǎo)電與導(dǎo)熱材料。
13、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的顯著技術(shù)效果為：
14、本專利技術(shù)通過第一陶瓷覆銅基板上連接上橋igbt與frd芯片，下橋陶瓷覆銅基板連接下橋igbt與frd芯片，變平面式為堆疊式，增加了同等面積下芯片布局?jǐn)?shù)量，提升了電流密度。
15、將各并聯(lián)igbt芯片與frd芯片路徑更為一致，可進(jìn)一步降低回路的寄生電感，有利于提升模塊內(nèi)各芯片開通的一致性，降低模塊開通關(guān)斷過程的電應(yīng)力，器件滿足高頻工作要求，提升器件可靠性。
16、本專利技術(shù)在器件頂部和底部均可進(jìn)行冷卻，提高了模塊散熱能力，降低了模塊熱阻，滿足更高功率應(yīng)用要求。
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1.一種雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的上橋IGBT芯片(1)、一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的上橋FRD芯片(2)、一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的下橋IGBT芯片(7)、一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的下橋FRD芯片(8)；其中，所有上橋IGBT芯片(1)的集電極與所有上橋FRD芯片(2)的陰極分別通過一第一連接層(31)與第一陶瓷覆銅基板(4)的第一上銅層(41)連接；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述上橋IGBT芯片(1)通過第一鍵合線(111)與第一上銅層(41)連接，從第一上銅層(41)上引出上橋IGBT芯片(1)的上橋信號(hào)電極G1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述下橋IGBT芯片(7)通過第二鍵合線(112)與第二上銅層(91)連接，從第二上銅層(91)上引出下橋IGBT芯片(7)的下橋信號(hào)電極G2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述第二上銅層(91)上引出下橋信號(hào)電極Sense?E2和發(fā)射極電極E2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述第一陶瓷覆銅基板(4)底面通過第一焊接層(12)連接上橋散熱器(13)，第二陶瓷覆銅基板(9)頂面通過第二焊接層(14)連接下橋散熱器(15)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述上橋散熱器(13)和下橋散熱器(15)采用平面式或者帶有不同形狀凸臺(tái)的Pin-Fin底板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述上橋散熱器(13)和下橋散熱器(15)選用高熱導(dǎo)率材料的散熱器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述第一陶瓷覆銅基板(4)還包括依次設(shè)置在第一上銅層(41)下表面的第一陶瓷絕緣襯板(42)和第一下銅層(43)，第二陶瓷覆銅基板(9)還包括依次設(shè)置在第二上銅層(91)上表面的第二陶瓷絕緣襯板(92)和第二下銅層(93)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述第一墊片(51)和第二墊片(52)采用導(dǎo)電與導(dǎo)熱材料。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的上橋igbt芯片(1)、一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的上橋frd芯片(2)、一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的下橋igbt芯片(7)、一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)設(shè)置的下橋frd芯片(8)；其中，所有上橋igbt芯片(1)的集電極與所有上橋frd芯片(2)的陰極分別通過一第一連接層(31)與第一陶瓷覆銅基板(4)的第一上銅層(41)連接；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述上橋igbt芯片(1)通過第一鍵合線(111)與第一上銅層(41)連接，從第一上銅層(41)上引出上橋igbt芯片(1)的上橋信號(hào)電極g1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述下橋igbt芯片(7)通過第二鍵合線(112)與第二上銅層(91)連接，從第二上銅層(91)上引出下橋igbt芯片(7)的下橋信號(hào)電極g2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述第二上銅層(91)上引出下橋信號(hào)電極sense?e2和發(fā)射極電極e2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱半橋功率器件，其特征在于：所述導(dǎo)流柱...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王蕤，董志意，劉旭光，張大華，童顏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京南瑞半導(dǎo)體有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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