CN110634817A - 一种由igbt和mosfet构成的混合功率模块的封装结构 - Google Patents

一种由igbt和mosfet构成的混合功率模块的封装结构 Download PDF

Info

Publication number
CN110634817A
CN110634817A CN201910912563.0A CN201910912563A CN110634817A CN 110634817 A CN110634817 A CN 110634817A CN 201910912563 A CN201910912563 A CN 201910912563A CN 110634817 A CN110634817 A CN 110634817A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
copper
clad
mosfet
igbt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910912563.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110634817B (zh
Inventor
王俊
付启卉
曾重
刘轶哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN201910912563.0A priority Critical patent/CN110634817B/zh
Publication of CN110634817A publication Critical patent/CN110634817A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110634817B publication Critical patent/CN110634817B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/481—Internal lead connections, e.g. via connections, feedthrough structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191—Disposition
    • H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及电力电子器件技术领域，尤其涉及一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，包括底部金属板和顶部金属板，所述底部金属板和顶部金属板上分别隔离设置有两块DBC板；所述顶部DBC板上并联设置有MOSFET，所述底部DBC板上并联设置有Si IGBT和二极管芯片；所述顶部金属板与底部金属板上DBC板通过排针和排母连接。与传统的单面散热的封装结构相比，本发明能够遏制空间分布参数对MOSFET高速开关工作性能的影响，可双面散热以提高功率密度，并具有空间紧凑、装配简单快捷等特点；同时，本发明提供的封装结构能够以较低的成本获得较好的模块性能。

Description

一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构
技术领域
本发明涉及电力电子器件技术领域，尤其涉及一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构。
背景技术
基于硅（Si）材料的绝缘栅双极型晶体管（IGBT，Insulated gate bipolartransistor）是一种结合了金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET， Metal-oxide-semiconductor field effect transistor）和双极结型晶体管（BJT，Bipolar junctiontransistor）优点的电力电子器件。Si IGBT作为新型电力半导体场控自关断器件，集SiMOSFET的高速性能与双极型器件的低电阻于一体，具有输入阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，以其优异的性能得到了广泛的应用，极大地提升了电力电子装置和系统的性能，在各种电力变换中获得极广泛的应用。
Si IGBT在关断时有一个重要特征是：集电极电流缓慢衰减，即拖尾电流明显。集电极拖尾电流会引起开关损耗增大、发热加剧的问题，特别是用作高频开关时。因而，随着Si IGBT功率等级的提升，其开关工作频率明显受制于其拖尾电流，已很难进一步提升。
Si MOSFET具有驱动功率小、开关速度快、工作频率高、成本低的优点，其开关损耗较小，但导通电阻引起的动态损耗较高，为降低Si MOSFET的动态损耗，必须减小其导通电阻。由于Si MOSFET的击穿电压（B v）和导通电阻（R on）具有
Figure DEST_PATH_IMAGE002
的极限关系（人们称为“硅极限”），其载流耐压能力弱，通常用于低压场合。
具有新型PN交替结构的CoolMOS可以同时的到较低的动态损耗和较高的开关速度，其导通电阻约为普通Si MOSFET的五分之一，改善了导通电阻与器件耐压的矛盾，能够做到更高的耐压等级。但其体二极管反向恢复特性不佳，且制造工艺难度大。
硅材料因其本身物理特性的限制不适用于一些高压、高温、高效率及高功率密度等特殊应用场合。二十世纪九十年代以来，碳化硅（SiC）材料及其器件等相关技术得到了迅速发展。与Si 材料相比，SiC材料较高的热导率决定了SiC器件具有高电流密度的特性，较大的禁带宽度决定了器件具有耐高压和耐高温的特点。与Si MOSFET相比，SiC MOSFET 具有更小的导通电阻和更高的击穿电压；与相同功率等级Si IGBT相比，二者阻断电压水平相当，但得益于SiC材料的优异性能，SiC MOSFET开关损耗显著低于拖尾电流明显的Si IGBT，除此之外，SiC MOSFET的工作温度远高于Si器件，具有更好的高温工作性能。
当前，SiC MOSFET面临的问题是：碳化硅材料成本高昂，相应的器件成本是同等功率等级Si器件的5倍以上；SiC材料的缺陷密度仍高于Si材料，受到生产良品率的限制，其单个SiC MOSFET芯片的尺寸仍明显小于现有Si IGBT芯片；SiC MOSFET可工作的最高开关频率显著高于Si IGBT，但受制于传统封装技术和结构带来的寄生参数，SiC MOSFET高速开关工作性能未能得到充分发挥。因此，在一定程度上，较高的器件成本、较小的芯片尺寸和传统封装的不足限制了SiC MOSFET向更大功率等级、更高开关频率电能变换装置的推广应用。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，将同等阻断电压等级的MOSFET与Si IGBT并联组合。在电压等级较低的情况下，可选用Si MOSFET或CoolMOS与Si IGBT并联组合，借助封装结构与相应的开关优化技术，使MOSFET充分发挥其开关损耗低的显著优势，从而弥补Si IGBT开关损耗较大的不足；在电压等级较高的情况下，可选用SiC MOSFET与Si IGBT并联组合，在开关优化技术的配合下，使两种器件同时工作，从而在总体上使复合器件的功率输出能力达到两种器件之和，而成本远小于同等功率输出能力的全SiC MOSFET。此外，通过封装结构的进一步优化，降低封装引起的寄生电感等空间分布参数对MOSFET高速开关工作性能的影响，最大化发挥MOSFET的高速开关性能。因此，该复合器件封装结构配合对应的开关优化技术，在无大幅度成本增加的前提下，可发挥出MOSFET高速开关工作能力，解决Si IGBT开关损耗大的问题，帮助Si IGBT提高其开关工作频率，进而为电能变换装置的高功率密度带来技术支撑。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，包括底部金属板和顶部金属板，所述底部金属板和顶部金属板上分别隔离设置有两块DBC板，分别第一DBC板和第二DBC板；所述底部第一DBC板和所述底部第二DBC板间隔固定设置于所述底部金属板的上方，所述顶部第一DBC板和所述顶部第二DBC板间隔固定设置于所述顶部金属板的下方；所述顶部DBC板上并联设置有两个MOSFET，所述底部DBC板上并联设置有两个Si IGBT和二极管芯片；所述顶部金属板与底部金属板上的DBC板通过排插和排母连接。
进一步的，所述底部第一DBC板上设置有第一Si IGBT、第二Si IGBT和第一二极管芯片，所述顶部第一DBC板上设置有第一 MOSFET和第二MOSFET，所述底部第二DBC板上设置有第三Si IGBT、第四Si IGBT和第二二极管芯片，所述顶部第二DBC板上设置有第三MOSFET和第四MOSFET。
更进一步的，所述第一Si IGBT、第二Si IGBT、第一二极管芯片、第一 MOSFET和第二MOSFET通过键合线、排针和排母并联连接；所述第三Si IGBT、第四Si IGBT、第二二极管芯片、第三MOSFET和第四MOSFET通过键合线、排针和排母并联连接。
作为一种改进，所述第一Si IGBT芯片的上表面设有G1电极和E1电极，下表面设有C1电极，所述第二Si IGBT芯片的上表面设有G2电极和E2电极，下表面设有C2电极，所述第一二极管芯片的上表面设有A1电极，下表面设有K1电极，所述底部第一DBC板的上表面设有与C1电极、C2电极和K1电极连接的C1/C2敷铜区、与G1电极和G2电极连接的G1/G2敷铜区、与E1电极和E2电极连接的第一E1/E2敷铜区、第一G5/G6敷铜区、第一S1/S2敷铜区、负极敷铜区、与E1电极、E2电极和A1电极连接的第二E1/E2敷铜区；类似地，所述第三、第四Si IGBT和第二二极管芯片设于所述底部第二DBC板上，所述第三Si IGBT芯片的上表面设有G3电极和E3电极，下表面设有C3电极，所述第四Si IGBT芯片的上表面设有G4电极和E4电极，下表面设有C4电极，所述第二二极管芯片的上表面设有A2电极，下表面设有K2电极，所述底部第二DBC板的上表面设有与C3电极、C4电极和K2电极连接的C3/C4敷铜区、与G3电极和G4电极连接的G3/G4敷铜区、与E3电极和E4电极连接的第一E3/E4敷铜区、第一G7/G8敷铜区、第一S3/S4敷铜区、与E3电极、E4电极和A2电极连接的第二E3/E4敷铜区。
作为进一步的改进，所述第一、第二MOSFET芯片设于所述顶部第一DBC板上，所述第一MOSFET芯片的上表面设有G5电极和S1电极，下表面设有D1电极，所述第二MOSFET芯片的上表面设有G6电极和S2电极，下表面设有D2电极，所述顶部第一DBC板的上表面设有与D1电极和D2电极连接的D1/D2敷铜区、与G5电极和G6电极连接的第二G5/G6敷铜区、与S1电极和S2电极连接的第二S1/S2敷铜区和第三S1/S2敷铜区；类似地，所述第三、第四MOSFET芯片设于所述顶部第二DBC板上，所述第三MOSFET芯片的上表面设有G7电极和S3电极，下表面设有D3电极，所述第四MOSFET芯片的上表面设有G8电极和S4电极，下表面设有D4电极，所述顶部第二DBC板的上表面设有与D3电极和D4电极连接的D3/D4敷铜区、与G7电极和G8电极连接的第二G7/G8敷铜区、与S3电极和S4电极连接的第二S3/S4敷铜区和第三S3/S4敷铜区。
具体的，所述C1电极、C2电极和K1电极与C1/C2敷铜区通过焊接或烧结固定，所述G1电极和G2电极与G1/G2敷铜区、所述E1电极和E2电极与第一E1/E2敷铜区、所述E1电极、E2电极和A1电极与第二E1/E2敷铜区通过金属键合线连接；类似地，所述C3电极、C4电极和K2电极与C3/C4敷铜区通过焊接或烧结固定，所述G3电极和G4电极与G3/G4敷铜区、所述E3电极和E4电极与第一E3/E4敷铜区、所述E3电极、E4电极和A2电极与第二E3/E4敷铜区通过金属键合线连接；所述D1电极和D2电极与D1/D2敷铜区通过焊接或烧结固定，所述G5电极和G6电极与第二G5/G6敷铜区、所述S1电极和S2电极与第二S1/S2敷铜区和第三S1/S2敷铜区通过金属键合线连接；类似地，所述D3电极和D4电极与D3/D4敷铜区通过焊接或烧结固定，所述G7电极和G8电极与第二G7/G8敷铜区、所述S3电极和S4电极与第二S3/S4敷铜区和第三S3/S4敷铜区通过金属键合线连接；
再者，所述C1/C2敷铜区和D1/D2敷铜区、第一G5/G6敷铜区和第二G5/G6敷铜区、第一S1/S2敷铜区和第二S1/S2敷铜区、第二E1/E2敷铜区和第三S1/S2敷铜区、C3/C4敷铜区和D3/D4敷铜区、第一G7/G8敷铜区和第二G7/G8敷铜区、第一S3/S4敷铜区和第二S3/S4敷铜区、第二E3/E4敷铜区和第三S3/S4敷铜区通过排针和排母连接。
作为一种改进方式，通过所述C1/C2敷铜区和第二E1/E2敷铜区实现所述第一SiIGBT、第二Si IGBT及第一二极管芯片的并联，通过所述C3/C4敷铜区和第二E3/E4敷铜区实现所述第三Si IGBT、第四Si IGBT及第二二极管芯片的并联，通过所述D1/D2敷铜区和第二S1/S2敷铜区实现所述第一MOSFET和第二MOSFET芯片的并联，通过所述D3/D4敷铜区和第二S3/S4敷铜区实现所述第三MOSFET和第四MOSFET芯片的并联，通过排针和排母实现第一SiIGBT、第二Si IGBT、第一MOSFET、第二MOSFET及第一二极管芯片的并联，形成半桥电路的上桥臂，类似地，通过排针和排母实现第三Si IGBT、第四Si IGBT、第三MOSFET、第四MOSFET及第二二极管芯片的并联，形成半桥电路的下桥臂，通过金属键合线连接第二E1/E2敷铜区和C3/C4敷铜区、负极敷铜区和第二E3/E4敷铜区实现上桥臂与下桥臂的串联，通过金属键合线按需求将各敷铜区与各外部引脚连接。
作为进一步改进方式，所述顶部金属板、底部金属板和外壳构成一个密闭空间，所述顶部DBC板、底部DBC板、顶部MOSFET、底部Si IGBT、底部二极管芯片、排针和排母位于所述密闭空间内，各引脚通过键合线与对应敷铜区连接，从外壳侧方穿出以便与外部电路连接。
（三）有益效果
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明提供的一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，通过将Si IGBT与MOSFET并联，采用优化开关的方式，解决了IGBT的开关损耗大、开关频率不高的问题；同时，本发明提供的封装结构能够以较低的成本获得较好的模块性能，使复合器件的整体性能逼近同等功率等级的单一类型器件，但价格较后者具有显著优势；不仅如此，本发明提供的封装结构，能够降低寄生参数，遏制空间分布参数对MOSFET高速开关工作性能的影响；此外，该封装结构具有双面散热能力，提高了模块的功率密度，并具有空间紧凑、装配简单快捷等特点。
附图说明
图1是本发明一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的电气原理图；
图2是本发明一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的立体示意图；
图3是本发明一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的底部金属板的俯视图；
图4是本发明一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的中顶部金属板的仰视图；
图中：11：底部金属板；12：顶部金属板；21：底部第一DBC板；22：底部第二DBC板；23：顶部第一DBC板；24：顶部第二DBC板；311：第一Si IGBT芯片；312：第二Si IGBT芯片；313：第三Si IGBT芯片；314：第四Si IGBT芯片；321：第一MOSFET芯片；322：第二MOSFET芯片；323：第三MOSFET芯片；324：第四MOSFET芯片；331：第一二极管芯片；332：第二二极管芯片；411：C1/C2敷铜区；412：G1/G2敷铜区；413：第一E1/E2敷铜区；414：第二E1/E2敷铜区；415：第一G5/G6敷铜区；416：第一S1/S2敷铜区；417：负极敷铜区；421：C3/C4敷铜区；422：G3/G4敷铜区；423：第一E3/E4敷铜区；424：第二E3/E4敷铜区；425：第一G7/G8敷铜区；426：第一S3/S4敷铜区；431：D1/D2敷铜区；432：第二G5/G6敷铜区；433：第二S1/S2敷铜区；434：第三S1/S2敷铜区；441：D3/D4敷铜区；442：第二G7/G8敷铜区；443：第二S3/S4敷铜区；444：第三S3/S4敷铜区；501：排针1；502：排针2；503：排针3；504：排针4；505：排针5；506：排针6；511：排母1；512：排母2；513：排母3；514：排母4；515：排母5；516：排母6；601：外部引脚1；602：外部引脚2；603：外部引脚3；604：外部引脚4；605：外部引脚5；606：外部引脚6；607：外部引脚7；608：外部引脚8；609：外部引脚9；610：外部引脚10；611：外部引脚11；612：外部引脚12；613：外部引脚13；614：外部引脚14；70：外壳。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一种实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。还需说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连。也可以通过中间媒介物间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供的一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，包括底部金属板11、顶部金属板12、底部第一DBC板21、底部第二DBC板22、顶部第一DBC板23、顶部第二DBC板24、第一Si IGBT芯片311、第二Si IGBT芯片312、第三Si IGBT芯片313、第四SiIGBT芯片314、第一MOSFET芯片321、第二MOSFET芯片322、第三MOSFET芯片323、第四MOSFET芯片324、第一二极管芯片331和第二二极管芯片332、排针1 501、排针2 502、排针3 503、排针4 504、排针5 505、排针6 506、排母1 511、排母2 512、排母3 513、排母4 514、排母5515、排母6 516和外壳70；底部第一DBC板21和底部第二DBC板22平铺于底部金属板11的上方，并相互保持一定间距，且与底部金属板11的上表面固定连接，顶部第一DBC板23和顶部第二DBC板24平铺于顶部金属板12的下方，并相互保持一定间距，且与顶部金属板12的下表面固定连接，外壳70沿DBC板的外围设置，与底部第一DBC板21、底部第二DBC板22、顶部第一DBC板23、顶部第二DBC板24围成封闭结构；第一Si IGBT芯片311、第二Si IGBT芯片312和第一二极管芯片331设于底部第一DBC板21上，第一Si IGBT芯片311的上表面设有G1电极和E1电极，下表面设有C1电极，第二Si IGBT芯片的上表面设有G2电极和E2电极，下表面设有C2电极，第一二极管芯片的上表面设有A1电极，下表面设有K1电极，底部第一DBC板21的上表面设有与C1电极、C2电极和K1电极连接的C1/C2敷铜区411、与G1电极和G2电极连接的G1/G2敷铜区412、与E1电极和E2电极连接的第一E1/E2敷铜区413、第一G5/G6敷铜区415、第一S1/S2敷铜区416、负极敷铜区417、与E1电极、E2电极和A1电极连接的第二E1/E2敷铜区414；类似地，第三Si IGBT芯片313、第四Si IGBT芯片314和第二二极管芯片332设于底部第二DBC板22上，第三Si IGBT芯片313的上表面设有G3电极和E3电极，下表面设有C3电极，第四SiIGBT芯片314的上表面设有G4电极和E4电极，下表面设有C4电极，第二二极管芯片332的上表面设有A2电极，下表面设有K2电极，底部第二DBC板22的上表面设有与C3电极、C4电极和K2电极连接的C3/C4敷铜区421、与G3电极和G4电极连接的G3/G4敷铜区422、与E3电极和E4电极连接的第一E3/E4敷铜区423、第一G7/G8敷铜区425、第一S3/S4敷铜区426、与E3电极、E4电极和A2电极连接的第二E3/E4敷铜区424；第一MOSFET芯片321、第二MOSFET芯片322设于顶部第一DBC板23上，第一MOSFET芯片321的上表面设有G5电极和S1电极，下表面设有D1电极，第二MOSFET芯片322的上表面设有G6电极和S2电极，下表面设有D2电极，顶部第一DBC板23的上表面设有与D1电极和D2电极连接的D1/D2敷铜区431、与G5电极和G6电极连接的第二G5/G6敷铜区432、与S1电极和S2电极连接的第二S1/S2敷铜区433和第三S1/S2敷铜区434；类似地，第三MOSFET芯片323、第四MOSFET芯片324设于顶部第二DBC板24上，第三MOSFET芯片323的上表面设有G7电极和S3电极，下表面设有D3电极，第四MOSFET芯片324的上表面设有G8电极和S4电极，下表面设有D4电极，顶部第二DBC板24的上表面设有与D3电极和D4电极连接的D3/D4敷铜区441、与G7电极和G8电极连接的第二G7/G8敷铜区442、与S3电极和S4电极连接的第二S3/S4敷铜区443和第三S3/S4敷铜区444。
进一步地，进行如下实施操作：
a.C1电极、C2电极和K1电极与C1/C2敷铜区411通过焊接或烧结固定；
b.G1电极和G2电极与G1/G2敷铜区412通过金属键合线连接；
c.E1电极和E2电极与第一E1/E2敷铜区413通过金属键合线连接；
d.E1电极、E2电极和A1电极与第二E1/E2敷铜区414通过金属键合线连接；
e.C3电极、C4电极和K2电极与C3/C4敷铜区421通过焊接或烧结固定；
f.G3电极和G4电极与G3/G4敷铜区422通过金属键合线连接；
g.E3电极和E4电极与第一E3/E4敷铜区423通过金属键合线连接；
h.E3电极、E4电极和A2电极与第二E3/E4敷铜区424通过金属键合线连接；
进一步地，进行如下实施操作：
a.D1电极和D2电极与D1/D2敷铜区431通过焊接或烧结固定；
b. G5电极和G6电极与第二G5/G6敷铜区432通过金属键合线连接；
c.S1电极和S2电极与第二S1/S2敷铜区433和第三S1/S2敷铜区434通过金属键合线连接；
d.D3电极和D4电极与D3/D4敷铜区441通过焊接或烧结固定；
e.G7电极和G8电极与第二G7/G8敷铜区442通过金属键合线连接；
f.S3电极和S4电极与第二S3/S4敷铜区443和第三S3/S4敷铜区444通过金属键合线连接；
进一步地，进行如下实施操作：
a.C1/C2敷铜区411和D1/D2敷铜区431通过排针1 501和排母1 511连接；
b.第一G5/G6敷铜区415和第二G5/G6敷铜区432、第一S1/S2敷铜区416和第二S1/S2敷铜区433通过排针2 502和排母2 512连接；
c.第二E1/E2敷铜区414和第三S1/S2敷铜区434通过排针3 503和排母3 503连接；
d.C3/C4敷铜区421和D3/D4敷铜区441通过排针4 504和排母4 514连接；
e. 第一G7/G8敷铜区425和第二G7/G8敷铜区442、第一S3/S4敷铜区426和第二S3/S4敷铜区443通过排针5 505和排母5 515连接；
f.第二E3/E4敷铜区424和第三S3/S4敷铜区444通过排针6 506和排母6 516连接。
进一步地，通过C1/C2敷铜区411和第二E1/E2敷铜区414实现第一Si IGBT芯片311、第二Si IGBT芯片312及第一二极管芯片331的并联，通过C3/C4敷铜区421和第二E3/E4敷铜区424实现第三Si IGBT芯片313、第四Si IGBT芯片314及第二二极管芯片332的并联，通过D1/D2敷铜区431和第二S1/S2敷铜区433实现第一MOSFET芯片321和第二MOSFET芯片322的并联，通过D3/D4敷铜区441和第二S3/S4敷铜区443实现第三MOSFET芯片323和第四MOSFET芯片324的并联，通过排针1 501、排针3 503、排母1 511和排母3 513实现第一SiIGBT芯片311、第二Si IGBT芯片312、第一MOSFET芯片321、第二MOSFET芯片322及第一二极管芯片331的并联，形成半桥电路的上桥臂，类似地，通过排针4 504、排针6 506、排母4 514和排母5 515实现第三Si IGBT芯片313、第四Si IGBT芯片314、第三MOSFET芯片323、第四MOSFET芯片324及第二二极管芯片331的并联，形成半桥电路的下桥臂，通过金属键合线连接第二E1/E2敷铜区414和C3/C4敷铜区421、负极敷铜区417和第二E3/E4敷铜区424实现上桥臂与下桥臂的串联，通过金属键合线连接C1/C2敷铜区411与外部引脚1 601、G1/G2敷铜区412与外部引脚2 602、第一E1/E2敷铜区413与外部引脚3 603、第一G5/G6敷铜区415与外部引脚4 604、第一S1/S2敷铜区416与外部引脚5 605、C3/C4敷铜区421与外部引脚6 606、G3/G4敷铜区422与外部引脚7 607、第一E3/E4敷铜区423与外部引脚8 608、第一G7/G8敷铜区425与外部引脚9 609、第一S3/S4敷铜区426与外部引脚10 610、C3/C4敷铜区421与外部引脚11 611和外部引脚12 612、负极敷铜区417与外部引脚13 613、C1/C2敷铜区411与外部引脚14 614，各引脚从外壳70侧方穿出以便与外部电路连接。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，其特征在于，包括底部金属板和顶部金属板，所述底部金属板和顶部金属板上分别隔离设置有两块DBC板，分别第一DBC板和第二DBC板；所述底部第一DBC板和所述底部第二DBC板间隔固定设置于所述底部金属板的上方，所述顶部第一DBC板和所述顶部第二DBC板间隔固定设置于所述顶部金属板的下方；所述顶部DBC板上并联设置有两个MOSFET，所述底部DBC板上并联设置有两个Si IGBT和二极管芯片；所述顶部金属板与底部金属板上的DBC板通过排插和排母连接。
2.如权利要求1所述的由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，其特征在于，所述底部第一DBC板上设置有第一Si IGBT、第二Si IGBT和第一二极管芯片，所述顶部第一DBC板上设置有第一 MOSFET和第二MOSFET，所述底部第二DBC板上设置有第三Si IGBT、第四Si IGBT和第二二极管芯片，所述顶部第二DBC板上设置有第三 MOSFET和第四MOSFET。
3.如权利要求2所述的由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，其特征在于，所述第一Si IGBT、第二Si IGBT、第一二极管芯片、第一 MOSFET和第二MOSFET通过键合线、排针和排母并联连接；所述第三Si IGBT、第四Si IGBT、第二二极管芯片、第三MOSFET和第四MOSFET通过键合线、排针和排母并联连接。
4.如权利要求3所述的由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，其特征在于，所述第一Si IGBT芯片的上表面设有G1电极和E1电极，下表面设有C1电极，所述第二SiIGBT芯片的上表面设有G2电极和E2电极，下表面设有C2电极，所述第一二极管芯片的上表面设有A1电极，下表面设有K1电极，所述底部第一DBC板的上表面设有与C1电极、C2电极和K1电极连接的C1/C2敷铜区、与G1电极和G2电极连接的G1/G2敷铜区、与E1电极和E2电极连接的第一E1/E2敷铜区、第一G5/G6敷铜区、第一S1/S2敷铜区、负极敷铜区、与E1电极、E2电极和A1电极连接的第二E1/E2敷铜区；类似地，所述第三、第四Si IGBT和第二二极管芯片设于所述底部第二DBC板上，所述第三Si IGBT芯片的上表面设有G3电极和E3电极，下表面设有C3电极，所述第四Si IGBT芯片的上表面设有G4电极和E4电极，下表面设有C4电极，所述第二二极管芯片的上表面设有A2电极，下表面设有K2电极，所述底部第二DBC板的上表面设有与C3电极、C4电极和K2电极连接的C3/C4敷铜区、与G3电极和G4电极连接的G3/G4敷铜区、与E3电极和E4电极连接的第一E3/E4敷铜区、第一G7/G8敷铜区、第一S3/S4敷铜区、与E3电极、E4电极和A2电极连接的第二E3/E4敷铜区。
5.如权利要求4所述的由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，其特征在于，所述第一、第二MOSFET芯片设于所述顶部第一DBC板上，所述第一MOSFET芯片的上表面设有G5电极和S1电极，下表面设有D1电极，所述第二MOSFET芯片的上表面设有G6电极和S2电极，下表面设有D2电极，所述顶部第一DBC板的上表面设有与D1电极和D2电极连接的D1/D2敷铜区、与G5电极和G6电极连接的第二G5/G6敷铜区、与S1电极和S2电极连接的第二S1/S2敷铜区和第三S1/S2敷铜区；类似地，所述第三、第四MOSFET芯片设于所述顶部第二DBC板上，所述第三MOSFET芯片的上表面设有G7电极和S3电极，下表面设有D3电极，所述第四MOSFET芯片的上表面设有G8电极和S4电极，下表面设有D4电极，所述顶部第二DBC板的上表面设有与D3电极和D4电极连接的D3/D4敷铜区、与G7电极和G8电极连接的第二G7/G8敷铜区、与S3电极和S4电极连接的第二S3/S4敷铜区和第三S3/S4敷铜区。
6.如权利要求5所述的由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，其特征在于，所述C1电极、C2电极和K1电极与C1/C2敷铜区通过焊接或烧结固定，所述G1电极和G2电极与G1/G2敷铜区、所述E1电极和E2电极与第一E1/E2敷铜区、所述E1电极、E2电极和A1电极与第二E1/E2敷铜区通过金属键合线连接；类似地，所述C3电极、C4电极和K2电极与C3/C4敷铜区通过焊接或烧结固定，所述G3电极和G4电极与G3/G4敷铜区、所述E3电极和E4电极与第一E3/E4敷铜区、所述E3电极、E4电极和A2电极与第二E3/E4敷铜区通过金属键合线连接；所述D1电极和D2电极与D1/D2敷铜区通过焊接或烧结固定，所述G5电极和G6电极与第二G5/G6敷铜区、所述S1电极和S2电极与第二S1/S2敷铜区和第三S1/S2敷铜区通过金属键合线连接；类似地，所述D3电极和D4电极与D3/D4敷铜区通过焊接或烧结固定，所述G7电极和G8电极与第二G7/G8敷铜区、所述S3电极和S4电极与第二S3/S4敷铜区和第三S3/S4敷铜区通过金属键合线连接。
7.如权利要求6所述的由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，其特征在于，所述C1/C2敷铜区和D1/D2敷铜区、第一G5/G6敷铜区和第二G5/G6敷铜区、第一S1/S2敷铜区和第二S1/S2敷铜区、第二E1/E2敷铜区和第三S1/S2敷铜区、C3/C4敷铜区和D3/D4敷铜区、第一G7/G8敷铜区和第二G7/G8敷铜区、第一S3/S4敷铜区和第二S3/S4敷铜区、第二E3/E4敷铜区和第三S3/S4敷铜区通过排针和排母连接。
8.如权利要求7所述的由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，其特征在于，通过所述C1/C2敷铜区和第二E1/E2敷铜区实现所述第一Si IGBT、第二Si IGBT及第一二极管芯片的并联，通过所述C3/C4敷铜区和第二E3/E4敷铜区实现所述第三Si IGBT、第四SiIGBT及第二二极管芯片的并联，通过所述D1/D2敷铜区和第二S1/S2敷铜区实现所述第一MOSFET和第二MOSFET芯片的并联，通过所述D3/D4敷铜区和第二S3/S4敷铜区实现所述第三MOSFET和第四MOSFET芯片的并联，通过排针和排母实现第一Si IGBT、第二Si IGBT、第一MOSFET、第二MOSFET及第一二极管芯片的并联，形成半桥电路的上桥臂，类似地，通过排针和排母实现第三Si IGBT、第四Si IGBT、第三MOSFET、第四MOSFET及第二二极管芯片的并联，形成半桥电路的下桥臂，通过金属键合线连接第二E1/E2敷铜区和C3/C4敷铜区、负极敷铜区和第二E3/E4敷铜区实现上桥臂与下桥臂的串联，通过金属键合线按需求将各敷铜区与各外部引脚连接。
9.如权利要求8所述的由IGBT和MOSFET构成的混合功率模块的封装结构，其特征在于，所述顶部金属板、底部金属板和外壳构成一个密闭空间，所述顶部DBC板、底部DBC板、顶部MOSFET、底部Si IGBT、底部二极管芯片、排针和排母位于所述密闭空间内，各引脚通过键合线与对应敷铜区连接，从外壳侧方穿出以便与外部电路连接。
CN201910912563.0A 2019-09-25 2019-09-25 一种由igbt和mosfet构成的混合功率模块的封装结构 Active CN110634817B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910912563.0A CN110634817B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 一种由igbt和mosfet构成的混合功率模块的封装结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910912563.0A CN110634817B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 一种由igbt和mosfet构成的混合功率模块的封装结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110634817A true CN110634817A (zh) 2019-12-31
CN110634817B CN110634817B (zh) 2023-04-18

Family

ID=68974038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910912563.0A Active CN110634817B (zh) 2019-09-25 2019-09-25 一种由igbt和mosfet构成的混合功率模块的封装结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110634817B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111898281A (zh) * 2020-08-14 2020-11-06 华中科技大学 一种SiC IGBT器件行为模型建立方法
CN116599512A (zh) * 2023-07-12 2023-08-15 深圳平创半导体有限公司 一种SiC MOSFET、Si IGBT和Si MOSFET的混合开关结构

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002203941A (ja) * 2001-01-04 2002-07-19 Nissan Motor Co Ltd 半導体実装構造
CN103166615A (zh) * 2011-12-14 2013-06-19 三菱电机株式会社 功率半导体装置
JP2015149508A (ja) * 2015-05-11 2015-08-20 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
CN105470249A (zh) * 2015-11-23 2016-04-06 扬州国扬电子有限公司 一种功率模块
CN105789293A (zh) * 2016-05-05 2016-07-20 湖南大学 一种单芯片双向igbt模块的封装结构
CN105895681A (zh) * 2016-05-05 2016-08-24 江西中能电气科技股份有限公司 一种单芯片双向igbt模块的封装结构
CN106133907A (zh) * 2014-03-26 2016-11-16 株式会社电装 半导体装置
CN106997871A (zh) * 2016-12-23 2017-08-01 杨杰 一种功率模块的封装结构
CN107195623A (zh) * 2017-06-14 2017-09-22 扬州国扬电子有限公司 一种双面散热高可靠功率模块
CN107305889A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 株式会社电装 半导体模块和电力转换装置
CN107305888A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 株式会社电装 半导体模块
CN107534035A (zh) * 2015-06-18 2018-01-02 株式会社电装 半导体装置
CN107710407A (zh) * 2015-06-09 2018-02-16 株式会社电装 半导体装置
CN107910324A (zh) * 2017-10-13 2018-04-13 天津大学 一种基于纳米银焊膏双面互连碳化硅mos器件的模块化封装方法
CN108631552A (zh) * 2017-03-20 2018-10-09 株式会社电装 电力转换装置
CN108649772A (zh) * 2018-03-27 2018-10-12 中国科学院电工研究所 一种Si IGBT和SiC MOSFET的混合电力电子模块
CN208819876U (zh) * 2018-11-28 2019-05-03 烟台台芯电子科技有限公司 一种新型igbt半桥模块结构

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002203941A (ja) * 2001-01-04 2002-07-19 Nissan Motor Co Ltd 半導体実装構造
CN103166615A (zh) * 2011-12-14 2013-06-19 三菱电机株式会社 功率半导体装置
CN106133907A (zh) * 2014-03-26 2016-11-16 株式会社电装 半导体装置
JP2015149508A (ja) * 2015-05-11 2015-08-20 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
CN107710407A (zh) * 2015-06-09 2018-02-16 株式会社电装 半导体装置
CN107534035A (zh) * 2015-06-18 2018-01-02 株式会社电装 半导体装置
CN105470249A (zh) * 2015-11-23 2016-04-06 扬州国扬电子有限公司 一种功率模块
CN107305889A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 株式会社电装 半导体模块和电力转换装置
CN107305888A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 株式会社电装 半导体模块
CN105789293A (zh) * 2016-05-05 2016-07-20 湖南大学 一种单芯片双向igbt模块的封装结构
CN105895681A (zh) * 2016-05-05 2016-08-24 江西中能电气科技股份有限公司 一种单芯片双向igbt模块的封装结构
CN106997871A (zh) * 2016-12-23 2017-08-01 杨杰 一种功率模块的封装结构
CN108631552A (zh) * 2017-03-20 2018-10-09 株式会社电装 电力转换装置
CN107195623A (zh) * 2017-06-14 2017-09-22 扬州国扬电子有限公司 一种双面散热高可靠功率模块
CN107910324A (zh) * 2017-10-13 2018-04-13 天津大学 一种基于纳米银焊膏双面互连碳化硅mos器件的模块化封装方法
CN108649772A (zh) * 2018-03-27 2018-10-12 中国科学院电工研究所 一种Si IGBT和SiC MOSFET的混合电力电子模块
CN208819876U (zh) * 2018-11-28 2019-05-03 烟台台芯电子科技有限公司 一种新型igbt半桥模块结构

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111898281A (zh) * 2020-08-14 2020-11-06 华中科技大学 一种SiC IGBT器件行为模型建立方法
CN111898281B (zh) * 2020-08-14 2021-04-30 华中科技大学 一种SiC IGBT器件行为模型建立方法
CN116599512A (zh) * 2023-07-12 2023-08-15 深圳平创半导体有限公司 一种SiC MOSFET、Si IGBT和Si MOSFET的混合开关结构
CN116599512B (zh) * 2023-07-12 2024-03-01 深圳平创半导体有限公司 一种SiC MOSFET、Si IGBT和Si MOSFET的混合开关结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN110634817B (zh) 2023-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016084241A1 (ja) ハーフブリッジパワー半導体モジュール及びその製造方法
CN104716128A (zh) 功率模块、电源变换器以及功率模块的制造方法
JP3941728B2 (ja) 電力用半導体装置
CN106489203A (zh) 半桥式功率半导体模块及其制造方法
CN107210290B (zh) 半桥式功率半导体模块及其制造方法
CN111106098B (zh) 一种低寄生电感布局的功率模块
CN111554645B (zh) 集成叠层母排的双面水冷SiC半桥模块封装结构
US20210407875A1 (en) Semiconductor device
CN110634817B (zh) 一种由igbt和mosfet构成的混合功率模块的封装结构
CN114649279A (zh) 基于导电金属带的宽禁带半导体双面散热模块封装结构
CN116314170A (zh) 一种低寄生电感高散热性能的SiC双面冷却模块
CN115692399A (zh) 功率模块及电子设备
CN110634818B (zh) 一种由igbt和mosfet构成的混合功率模块的封装结构
CN110071079A (zh) 一种功率器件封装结构及其方法
JP2018186302A (ja) 半導体装置およびそれを備える半導体モジュール
CN117080195A (zh) 级联型GaN HEMT器件封装结构
CN208861980U (zh) 功率模块组件、功率半导体模块和车辆
CN111696976A (zh) 功率半导体模块衬底及其所应用的电动机车
CN216354202U (zh) 功率器件
KR102339135B1 (ko) 브리지 레그 회로 조립체 및 풀-브리지 회로 조립체
CN113035787B (zh) 一种逆导型功率半导体模块封装结构及其封装方法
CN114664810A (zh) 一种基于旁路铜柱散热的宽禁带功率半导体模块
CN210129508U (zh) 多路供电布局布线的功率模块及功率模组
CN114121923A (zh) 一种功率半导体模块封装结构
CN111640717A (zh) 一种导通均匀性高的半导体功率器件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant