CN107369666B - 一种半桥模块和封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半桥模块和封装方法。所述半桥模块是以两个芯片为子单元的并联分组布设,所述半桥模块包括上半桥模块和下半桥模块;上半桥模块包括多个两芯片直接并联的上半桥子单元、一个辅助源极驱动信号端子、一个栅极驱动信号端子、一个漏极功率端子和一个源极功率端子,下半桥模块包括多个两芯片直接并联的下半桥子单元、一个辅助源极驱动信号端子、一个栅极驱动信号端子、一个漏极功率信号端子和一个源极功率信号端子,下半桥的漏极功率端子与上半桥的源极功率端子电气上是互连的。功率信号端子以及驱动信号端子的结构均为二叉树状结构。采用本发明的半桥模块或封装方法,可以降低电路杂散电感的分布差异,实现较好的碳化硅芯片的均流特性。
Description
技术领域
本发明涉及模块封装技术领域,特别是涉及一种半桥模块和封装方法。
背景技术
作为目前技术上最为成熟,结构上较稳定,产业化最好的第三代高温宽带隙半导体器件,碳化硅器件具有高阻断电压能力,高开关频率、更低的通态电阻,更低的开关损耗以及更高的热导率。最近几年里,尽管其材料性能和制作工艺在得到了极大的改善,但与同类的硅基器件相比,其芯片尺寸较小,电流等级较低。对于大电流应用场合,目前的芯片尺寸甚至将来技术上可能达到的芯片尺寸都不足以实现单芯片大电流开断能力。这是因为芯片尺寸过大会导致器件的成品率降低,产量减小,成本增加。因此,日益增强的大功率应用需求和现有碳化硅MOSFET电流密度的物理限制使得装备研发人员不得不采用多器件或多芯片模块并联作为一种替代的解决方案。目前的焊接模块内部均是采取多芯片并联从而实现更大电流等级,但是随着并联芯片数量的增多,很难实现对称化布局,从而使得杂散电感分布不均匀。
发明内容
本发明的目的是提供一种半桥模块和封装方法,用于降低电路杂散电感的分布差异,实现较好的碳化硅芯片的均流特性。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种半桥模块,其特征在于,所述半桥模块包括上半桥模块和下半桥模块;所述上半桥模块包括多个并联上半桥子单元、一个辅助源极驱动信号端子、一个栅极驱动信号端子、一个漏极功率信号端子和一个源极功率信号端子,每个所述上半桥子单元包括两个碳化硅芯片、一个覆铜陶瓷基板、一个栅极信号汇集区域、辅助源极信号汇集区域和漏极信号汇集区域,所述两个碳化硅芯片关于所述覆铜陶瓷基板的中轴线对称分布,所述辅助源极驱动信号端子与相邻的两个所述上半桥子单元的所述辅助源极信号汇集区域连接,所述栅极驱动信号端子与相邻的两个所述上半桥子单元的所述栅极信号汇集区域连接;所述漏极功率信号端子与相邻的两个所述上半桥子单元的所述漏极信号汇集区域连接;
所述下半桥模块包括多个并联下半桥子单元、一个所述辅助源极驱动信号端子、一个所述栅极驱动信号端子、一个所述漏极功率信号端子和一个所述源极功率信号端子,所述下半桥子单元包括两个碳化硅芯片、一个覆铜陶瓷基板、栅极信号汇集区域、辅助源极信号汇集区域、漏极信号汇集区域和源极信号汇集区域,所述两个碳化硅芯片关于所述覆铜陶瓷基板的中轴线对称分布,所述辅助源极驱动信号端子与相邻的两个所述下半桥子单元的所述辅助源极信号汇集区域连接,所述栅极驱动信号端子与相邻的两个所述下半桥子单元的所述栅极信号汇集区域连接;所述漏极功率信号端子与相邻的两个所述下半桥子单元的所述漏极信号汇集区域连接,所述源极功率信号端子与相邻的两个所述下半桥子单元的源极信号汇集区域连接;
所述功率信号端子和所述驱动信号端子的结构为二叉树状结构。
可选的,所述上半桥模块相邻的两个第一单元之间的距离相同,所述下半桥模块相邻的两个第二单元之间的距离大小相同。
可选的,所述驱动信号端子和所述功率信号端子结构的每一层分叉数量均为2个,所述驱动信号端子和所述功率信号端子结构的每一层分叉中轴线部分留有缺口,所述驱动信号端子和所述功率信号端子的材料为铜,每一层所述树枝结构端子的长度相同,每一层所述树枝结构端子的间隔相同,每一层所述树枝结构端子的厚度相同。
可选的,所述驱动信号端子和所述功率信号端子的结构边缘棱角为圆角形式,四周被硅胶灌封。
为实现上述目的,本发明还提供了如下方案:
在上半桥覆铜陶瓷基板单元上设置两个碳化硅芯片区域、栅极信号汇集区域、辅助源极信号汇集区域和漏极信号汇集区域;多个所述覆铜陶瓷基板单元组成上半桥模块;
在下半桥覆铜陶瓷基板单元设置两个碳化硅芯片、栅极信号汇集区域、辅助源极信号汇集区域、源极信号汇集区域和漏极信号汇集区域;多个所述覆铜陶瓷基板单元组成下半桥模块;
在所述碳化硅芯片区域内焊接碳化硅芯片;
在上半桥模块的所述栅极信号汇集区域和所述辅助源极信号汇集区域分别焊接驱动信号端子,在所述漏极信号汇集区域焊接功率信号端子;
在下半桥模块的所述栅极信号汇集区域和所述辅助源极信号汇集区域分别焊接驱动信号端子,在所述源极信号汇集区域和所述漏极信号汇集区域焊接功率信号端子;
将半桥模块的所述碳化硅芯片的栅极通过键合线连接到栅极信号汇集区域,将半桥模块的所述碳化硅芯片的源极通过键合线连接到辅助源极信号汇集区域,将上半桥模块所述碳化硅芯片的源极和下半桥模块的漏极相连;
将液态复合物用灌入半桥模块内,在常温或加热条件下将所述液态复合物固化成为热固性高分子绝缘材料。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明的半桥模块通过将碳化硅芯片设计为关于覆铜陶瓷基板的中轴线对称分布以及采用二叉树状结构的驱动信号端子和二叉树状结构的功率信号端子,保证了并联芯片功率回路和驱动回路布局的对称性,降低了芯片之间主功率回路杂散电感的分散性和不一致性,从而改善了电流分布的均匀性;采用树枝状结构的驱动信号端子提升了驱动回路杂散电感的一致性,减小了驱动信号的延时差异,保证了开关的同步性;同时在保证半桥模块对称布局和改善电流分布的前提下,能够避免回路寄生电感的增加。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明半桥模块的结构图;
图2为本发明上半桥模块上半桥子单元的结构图;
图3为本发明下半桥模块下半桥子单元的结构图;
图4为本发明驱动信号端子结构图;
图5为本发明功率信号端子结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种半桥模块和封装方法,用于降低电路杂散电感的分布差异,实现较好的碳化硅芯片的均流特性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明半桥模块的结构图,如图1所示,一种半桥模块,所述半桥模块包括上半桥模块和下半桥模块;所述上半桥模块包括多个并联上半桥子单元1、一个辅助源极驱动信号端子2、一个栅极驱动信号端子3和一个漏极功率信号端子4。图2为本发明上半桥的一个子单元结构图,如图2所示,所述子单元包括两个碳化硅芯片11、一个覆铜陶瓷基板12、一个栅极信号汇集区域13、一个辅助源极信号汇集区域14和一个漏极信号汇集区域15,所述两个碳化硅芯片11关于所述覆铜陶瓷基板12的中轴线对称分布,所述辅助源极驱动信号端子2与相邻的两个所述上半桥子单元的所述辅助源极信号汇集区域14连接,所述栅极驱动信号端子3与相邻的两个所述上半桥子单元的所述栅极信号汇集区域13连接;所述漏极功率信号端子4与相邻的两个所述上半桥子单元的所述漏极信号汇集区域15连接;
所述下半桥模块包括多个并联下半桥子单元6、一个所述辅助源极驱动信号端子2、一个所述栅极驱动信号端子3、一个所述漏极功率信号端子4和一个所述源极功率信号端子5。图3为本发明下半桥子单元结构图,如图3所示,所述下半桥子单元包括两个碳化硅芯片21、一个覆铜陶瓷基板22、栅极信号汇集区域23、辅助源极信号汇集区域24、漏极信号汇集区域25和源极信号汇集区域26,所述两个碳化硅芯片21关于所述覆铜陶瓷基板22的中轴线对称分布,所述辅助源极驱动信号端子2与相邻的两个所述下半桥子单元的所述辅助源极信号汇集区域21连接,所述栅极驱动信号端子3与相邻的两个所述下半桥子单元的所述栅极信号汇集区域23连接;所述漏极功率信号端子4与相邻的两个所述下半桥子单元的所述第二漏极信号汇集区域25连接,所述源极功率信号端子5与相邻的两个所述下半桥子单元的源极信号汇集区域26连接;所述功率信号端子和所述驱动信号端子的结构为二叉树状结构;通过将碳化硅芯片设计为关于覆铜陶瓷基板的中轴线对称分布以及采用二叉树状结构的驱动信号端子和二叉树状结构的功率信号端子,保证了并联芯片功率回路和驱动回路布局的对称性,降低了芯片之间主功率回路杂散电感的分散性和不一致性,从而改善了电流分布的均匀性;采用树枝状结构的驱动信号端子提升了驱动回路杂散电感的一致性,减小了驱动信号的延时差异,保证了开关的同步性;同时在保证半桥模块对称布局和改善电流分布的前提下,能够避免回路寄生电感的增加。
所述半桥模块在保证功率回路对称性的同时还采用了叠层母排的思想,将上桥臂的漏极和下桥臂的源极端子靠近布局,减小功率回路面积,从而减小了功率回路寄生电感。
所述半桥模块在保证栅极驱动回路对称性的同时还将栅极和源极端子叠层布置,减小了驱动回路面积,从而减小了驱动回路寄生电感。
所述上半桥模块相邻的两个第一单元之间的距离相同,所述下半桥模块相邻的两个子单元之间的距离大小相同。
图4为本发明驱动信号端子结构图,图5为本发明功率信号端子结构图,如图4和图5所示,所述驱动信号端子和所述功率信号端子结构的每一层分叉数量均为2个,所述驱动信号端子和所述功率信号端子结构的每一层分叉中轴线部分留有缺口,所述驱动信号端子和所述功率信号端子的材料为铜,每一层所述树枝结构端子的长度相同,每一层所述树枝结构端子的间隔相同,每一层所述树枝结构端子的厚度相同,从而使得每一层分叉的电流大小是相同的。
所述驱动信号端子和所述功率信号端子的结构边缘棱角为圆角形式,易于封装,所述驱动信号端子和所述功率信号端子的四周被硅胶灌封,保证了高强度的绝缘特性。
本发明还提供了一种封装方法,所述封装方法包括:
在上半桥覆铜陶瓷基板单元上设置两个碳化硅芯片区域、栅极信号汇集区域、辅助源极信号汇集区域和漏极信号汇集区域;多个所述上半桥覆铜陶瓷基板单元组成上半桥模块;
在下半桥覆铜陶瓷基板单元设置两个碳化硅芯片、栅极信号汇集区域、辅助源极信号汇集区域、源极信号汇集区域和漏极信号汇集区域;多个所述下半桥覆铜陶瓷基板单元组成下半桥模块;
在所述碳化硅芯片区域内焊接碳化硅芯片;
在上半桥模块的所述栅极信号汇集区域和所述辅助源极信号汇集区域分别焊接驱动信号端子,在所述漏极信号汇集区域焊接功率信号端子;
在下半桥模块的所述栅极信号汇集区域和所述辅助源极信号汇集区域分别焊接驱动信号端子,在所述源极信号汇集区域和所述漏极信号汇集区域焊接功率信号端子;
将半桥模块的所述碳化硅芯片的栅极通过键合线连接到栅极信号汇集区域,将半桥模块的所述碳化硅芯片的源极通过键合线连接到辅助源极信号汇集区域,将上半桥模块所述碳化硅芯片的源极和下半桥模块的漏极相连;
将液态复合物用灌入半桥模块内,在常温或加热条件下将所述液态复合物固化成为热固性高分子绝缘材料。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种半桥模块,其特征在于,所述半桥模块包括上半桥模块和下半桥模块;所述上半桥模块包括多个两芯片直接并联的上半桥子单元、一个上半桥辅助源极驱动信号端子、一个上半桥栅极驱动信号端子和一个上半桥漏极功率信号端子,所述上半桥子单元包括两个直接并联碳化硅芯片、一个上半桥覆铜陶瓷基板、上半桥并联芯片的栅极信号汇集区域、上半桥并联芯片的辅助源极信号汇集区域、上半桥并联芯片的漏极信号汇集区域,所述子单元内的两个碳化硅芯片关于所述上半桥覆铜陶瓷基板的中轴线对称分布,所述上半桥辅助源极驱动信号端子与相邻的两个所述上半桥子单元的所述上半桥辅助源极信号汇集区域连接,所述上半桥栅极驱动信号端子与相邻的两个所述上半桥子单元的所述上半桥栅极信号汇集区域连接;所述上半桥漏极功率信号端子与相邻的两个所述上半桥子单元的所述上半桥漏极信号汇集区域连接;
所述下半桥模块包括多个并联的下半桥子单元、一个下半桥辅助源极驱动信号端子、一个下半桥栅极驱动信号端子、一个下半桥漏极功率信号端子和一个下半桥源极功率信号端子,所述下半桥子单元包括两个并联碳化硅芯片、一个下半桥覆铜陶瓷基板、下半桥栅极信号汇集区域、下半桥辅助源极信号汇集区域、下半桥漏极信号汇集区域和下半桥源极信号汇集区域,所述两个碳化硅芯片关于所述下半桥覆铜陶瓷基板的中轴线对称分布,所述下半桥辅助源极驱动信号端子与相邻的两个所述下半桥子单元的所述下半桥辅助源极信号汇集区域连接,所述下半桥栅极驱动信号端子与相邻的两个所述下半桥子单元的所述下半桥栅极信号汇集区域连接;所述下半桥漏极功率信号端子与相邻的两个所述下半桥子单元的所述下半桥漏极信号汇集区域连接,所述下半桥源极功率信号端子与相邻的两个所述下半桥子单元的所述下半桥源极信号汇集区域连接;
所述各种功率信号端子和所述各种驱动信号端子的结构为二叉树状结构。
2.根据权利要求1所述的半桥模块,其特征在于,所述上半桥模块相邻的两个子单元之间的距离相同,所述下半桥模块相邻的两个子单元之间的距离大小相同。
3.根据权利要求1所述的半桥模块,其特征在于,所述各种驱动信号端子和所述各种功率信号端子结构为树枝结构端子,所述树枝结构端子每一层分叉数量均为两个,所述驱动信号端子和所述功率信号端子结构的每一层分叉中轴线部分留有缺口,所述驱动信号端子和所述功率信号端子的材料为铜,每一层所述树枝结构端子的长度相同,每一层所述树枝结构端子的间隔相同,每一层所述树枝结构端子的厚度相同。
4.根据权利要求1所述的半桥模块,其特征在于,所述各种驱动信号端子和所述各种功率信号端子的结构边缘棱角为圆角形式,四周被硅胶灌封。
5.一种封装方法,其特征在于,
在上半桥覆铜陶瓷基板单元上设置两个碳化硅芯片区域、栅极信号汇集区域、辅助源极信号汇集区域和漏极信号汇集区域;多个所述上半桥覆铜陶瓷基板单元组成上半桥模块;
在下半桥覆铜陶瓷基板单元设置两个碳化硅芯片、栅极信号汇集区域、辅助源极信号汇集区域、源极信号汇集区域和漏极信号汇集区域;多个所述下半桥覆铜陶瓷基板单元组成下半桥模块;
在所述碳化硅芯片区域内焊接碳化硅芯片;
在上半桥模块的所述栅极信号汇集区域和所述辅助源极信号汇集区域分别焊接驱动信号端子,在所述漏极信号汇集区域焊接功率信号端子;
在下半桥模块的所述栅极信号汇集区域和所述辅助源极信号汇集区域分别焊接驱动信号端子,在所述源极信号汇集区域和所述漏极信号汇集区域焊接功率信号端子;
将上半桥模块和下半桥模块各自的所述碳化硅芯片的栅极通过键合线连接到各自的栅极信号汇集区域,将上半桥模块和下半桥模块各自的所述碳化硅芯片的源极通过键合线连接到各自的辅助源极信号汇集区域,将上半桥模块所述碳化硅芯片的源极和下半桥模块的漏极相连;
将液态复合物灌入所述上半桥模块和所述下半桥模块内,在常温或加热条件下将所述液态复合物固化成为热固性高分子绝缘材料。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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