CN115910950A - 功率半导体器件封装结构和功率半导体器件模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率半导体器件封装结构和功率半导体器件模块，功率半导体器件封装结构包括：下导电散热板，所述下导电散热板的一侧的部分表面具有沉槽；功率芯片，位于所述沉槽中，所述功率芯片与所述下导电散热板电连接。所述功率半导体器件封装结构的散热效果好、功率密度大且寄生电感低。

Description

功率半导体器件封装结构和功率半导体器件模块

技术领域

本发明涉及芯片封装技术领域，具体涉及一种功率半导体器件封装结构和功率半导体器件模块。

背景技术

为满足高压大电流新型电力系统的发展需求，以电力电子技术应用为代表的功率半导体器件封装结构在新型电力系统发展中发挥着越来越重要的作用。尤其是当前电网规模越来越大，电力系统朝着越来越智能化方向发展，高压、大功率和高开关速度要求电力系统功率器件承担的功能也越来越多样化，工作条件也越来越恶劣，在面对高压大电流和高功率环境下，除功率芯片自身的处理能力外，功率半导体器件封装结构已成为限制整体性能的关键，因此对功率半导体器件封装结构提出了更高的要求。而传统的封装采用的是覆铜陶瓷基板(DBC基板)，DBC基板包括陶瓷基层以及在所述陶瓷基层上下表面的铜金属层，因此DBC基板的厚度较大不利于功率半导体器件封装结构的散热，导致功率半导体器件封装结构的寄生电感较大和功率密度小，因此，为保证功率芯片在高压高功率情况下的工作性能，急需开发具一种有低寄生电感、功率密度大和高效散热能力的功率半导体器件封装结构。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中功率半导体器件封装结构的寄生电感高、功率密度小且散热效果较差的缺陷，从而提供一种功率半导体器件封装结构和功率半导体器件模块。

本发明提供一种功率半导体器件封装结构，包括：下导电散热板，所述下导电散热板的一侧的部分表面具有沉槽；功率芯片，位于所述沉槽中，所述功率芯片与所述下导电散热板电连接。

可选的，所述下导电散热板中具有第一冷却通道，所述第一冷却通道至少部分位于所述沉槽底部，所述第一冷却通道用于流通介电流体。

可选的，所述第一冷却通道包括依次连通的第一进口通道、第一过渡通道和第一出口通道，所述第一进口通道远离所述第一过渡通道的一端位于所述下导电散热板的边缘区域，所述第一进口通道与所述第一过渡通道连接的一端位于所述下导电散热板的中心区域。

可选的，所述第一进口通道远离所述第一过渡通道的一端为第一端，所述第一进口通道与所述第一过渡通道连接的一端为第二端，所述第一进口通道的宽度方向上具有相对的第一侧和第二侧；所述第一过渡通道包括依次连通的第一子下过渡通道至第N子下过渡通道；任意的第k₁子下过渡通道自第二侧经过第二端背离第一端的一侧延伸至第一侧；k₁为大于或等于1且小于或等于N的奇数；任意的第k₂子下过渡通道自第一侧经过第二端背离第一端的一侧延伸至第二侧；k₂为大于或等于2且小于或等于N的偶数；第一子下过渡通道与所述第二端连通；第N子下过渡通道与所述第一出口通道连通。

可选的，第一冷却通道的宽度为0.1mm－1mm。

可选的，沿着第一过渡通道的宽度方向上第k子下过渡通道与第k+1子下过渡通道之间的距离为0.1mm－0.5mm，k为大于或等于1且小于N的整数。

可选的，所述功率芯片具有朝向所述沉槽一侧的集电极；所述功率半导体器件封装结构还包括：位于所述集电极和所述沉槽的底面之间的第一导电烧结层。

可选的，还包括：绝缘上散热板，所述功率芯片位于所述绝缘上散热板和所述下导电散热板之间；所述绝缘上散热板中具有第二冷却通道，所述第二冷却通道至少部分位于所述功率芯片的上方，所述第二冷却通道用于流通介电流体。

可选的，所述第二冷却通道包括依次连通的第二进口通道、第二过渡通道和第二出口通道，所述第二进口通道远离所述第二过渡通道的一端位于所述上散热板的边缘区域，所述第二进口通道与所述第二过渡通道连接的一端位于所述上散热板的中心区域。

可选的，所述第二进口通道远离所述第二过渡通道的一端为第三端，所述第二进口通道与所述第二过渡通道连接的一端为第四端，所述第二进口通道的宽度方向上具有相对的第三侧和第四侧；所述第二过渡通道包括依次连通的第一子上过渡通道至第M子上过渡通道；任意的第j₁子上过渡通道自第三侧经过第四端背离第三端的一侧延伸至第四侧；j₁为大于或等于1且小于或等于M的奇数；任意的第j₂子上过渡通道自第四侧经过第四端背离第三端的一侧延伸至第三侧；j₂为大于或等于2且小于或等于M的偶数；第一子上过渡通道与所述第四端连通；第M子上过渡通道与所述第二出口通道连通。

可选的，所述第二冷却通道的宽度为0.1mm－2mm。

可选的，沿着第二过渡通道的宽度方向上第j子上过渡通道与第j+1子上过渡通道之间的距离为0.1mm－0.5mm，j为大于或等于1且小于M的整数。

可选的，所述沉槽的侧壁表面至所述功率芯片侧壁的距离为1mm－2mm。

可选的，所述沉槽的深度和所述功率芯片的高度之比为1－2。

可选的，所述功率芯片朝向所述绝缘上散热板的一侧表面设置有源极、开尔文源极和栅极；所述功率半导体器件封装结构还包括：第一导电块、第二导电块和导电柱，位于所述绝缘上散热板朝向所述功率芯片一侧表面；第一导电块与所述源极连接，所述第二导电块与所述开尔文源极连接，所述导电柱与所述栅极连接。

可选的，所述功率半导体器件封装结构还包括：所述功率半导体器件封装结构还包括：第一导电端子、第二导电端子和第三导电端子，第一导电端子的一端与所述第一导电块连接，第二导电端子的一端与所述第二导电块连接，第三导电端子的一端与所述导电柱连接；所述第一导电端子、第二导电端子和第三导电端子延伸出所述绝缘上散热板的边缘。

可选的，还包括：第二导电烧结层，位于所述功率芯片朝向所述绝缘上散热板的一侧表面。

可选的，所述下导电散热板的材料包括：铜、铝、铝金刚石、铝碳化硅、钼铜合金、钨铜合金、钼和金属基复合材料中的至少一种。

可选的，所述绝缘上散热板的材料包括导热陶瓷。本发明还提供一种功率半导体器件模块，包括多个功率半导体器件子模块，各功率半导体器件子模块设置于PCB板上，由PCB板上的线路各自引出并联；其中各功率半导体器件子模块均包括本发明提供的功率半导体器件封装结构。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的功率半导体器件封装结构，所述下导电散热板的一侧的部分表面具有沉槽，所述功率芯片位于所述沉槽中，这样使得功率芯片至所述下导电散热板底部的纵向距离变小，缩短了功率芯片的散热路径，功率芯片的散热路径的缩短有利于使所述功率芯片产生的热量快速的通过所述下导电散热板进行散热。所述功率芯片位于所述沉槽中，所述功率芯片的集电极通过所述下导电散热板直接引出，不仅使电流传递路程缩短，减小了功率半导体器件封装结构的厚度和体积，且集电极的电流路径为大面积输出，有利于降低功率半导体器件封装结构的寄生电感，使得功率芯片处理的电流变大，因此，提高了所述功率半导体器件封装结构的功率密度。综上，所述功率半导体器件封装结构的散热效果好、功率密度大且寄生电感低。

进一步，所述下导电散热板中具有第一冷却通道，所述第一冷却通道至少部分位于所述沉槽底部，所述第一冷却通道用于流通介电流体，所述第一冷却通道中的介电流体有利于实现最大程度换热将所述功率芯片的产生的热量及时导出，提高功率芯片的散热效果，降低功率芯片的温度。

进一步，所述功率半导体器件封装结构还包括：位于所述集电极和所述沉槽的底面之间的第一导电烧结层，一方面，第一导电烧结层具有低电阻率、高导热性能，因此第一导电烧结层降低了功率芯片接触电阻和接触热阻，进一步降低了功率半导体器件封装结构的损耗；另一方面，第一导电烧结层也提高了功率芯片与下导电散热板的连接的可靠性。因此，所述功率半导体器件封装结构的可靠性高。

进一步，所述功率半导体器件封装结构还包括：绝缘上散热板，所述功率芯片位于所述绝缘上散热板和所述下导电散热板之间；所述绝缘上散热板中具有第二冷却通道，所述第二冷却通道至少部分位于所述功率芯片的上方，所述第二冷却通道用于流通介电流体。所述绝缘上散热板也可以对所述功率芯片产生的热量进行散热，同时所述第二冷却通道中的介电流体可以将所述功率芯片的产生的热量及时导出，进一步提高功率芯片的散热效果，降低功率芯片的温度。因此，所述功率半导体器件封装结构的散热效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的功率半导体器件封装结构的爆炸图；

图2为本发明一实施例提供的下导电散热板的剖面图；

图3为本发明一实施例提供的下导电散热板的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的绝缘上散热板的结构示意图；

图5为本发明一实施例的功率半导体器件模块的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明提供一种功率半导体器件封装结构，结合参考图1和图2，包括：

下导电散热板1，所述下导电散热板1的一侧的部分表面具有沉槽2；

功率芯片3，位于所述沉槽2中，所述功率芯片3与所述下导电散热板1电连接。

本实施例提供的功率半导体器件封装结构，所述下导电散热板1的一侧的部分表面具有沉槽2，所述功率芯片3位于所述沉槽2中，这样使得功率芯片3至所述下导电散热板1底部的纵向距离变小，缩短了功率芯片3的散热路径，功率芯片3的散热路径的缩短有利于使所述功率芯片3产生的热量快速的通过所述下导电散热板1进行散热。所述功率芯片3位于所述沉槽2中，所述功率芯片3的集电极通过所述下导电散热板1直接引出，不仅使电流传递路程缩短，减小了功率半导体器件封装结构的厚度和体积，且集电极的电流路径为大面积输出，有利于降低功率半导体器件封装结构的寄生电感，使得功率芯片处理的电流变大，因此，提高了所述功率半导体器件封装结构的功率密度。综上，所述功率半导体器件封装结构的散热效果好、功率密度大且寄生电感低。

在一个实施例中，所述下导电散热板1的材料包括：铜、铝、铝金刚石、铝碳化硅、钼铜合金、钨铜合金、钼和金属基复合材料中的至少一种。所述下导电散热板的材料可以根据功率芯片的电压等级或者电流等级以及结合导电和导热要求进行选择。

在一个实施例中，参考图3，所述下导电散热板1中具有第一冷却通道4，所述第一冷却通道4至少部分位于所述沉槽2底部，所述第一冷却通道4用于流通介电流体。所述第一冷却通道4中的介电流体有利于实现最大程度换热将所述功率芯片3的产生的热量及时导出，提高功率芯片3的散热效果，降低功率芯片3的温度。

在一个实施例中，继续参考图3，所述第一冷却通道4包括依次连通的第一进口通道41、第一过渡通道和第一出口通道42，所述第一进口通道41远离所述第一过渡通道的一端位于所述下导电散热板1的边缘区域，所述第二端相对于第一端靠近所述下导电散热板1的中心区域；所述第一进口通道41与所述第一过渡通道连接的一端位于所述下导电散热板1的中心区域。

在一个实施例中，所述第一进口通道41远离所述第一过渡通道的一端为第一端，第一进口通道41与所述第一过渡通道连接的一端为第二端，所述第一进口通道41的宽度方向上具有相对的第一侧和第二侧；所述第一过渡通道包括依次连通的第一子下过渡通道至第N子下过渡通道；任意的第k₁子下过渡通道自第二侧经过第二端背离第一端的一侧延伸至第一侧；k₁为大于或等于1且小于或等于N的奇数；任意的第k₂子下过渡通道自第一侧经过第二端背离第一端的一侧延伸至第二侧；k₂为大于或等于2且小于或等于N的偶数；第一子下过渡通道与所述第二端连通；第N子下过渡通道与所述第一出口通道连通。

在一个实施例中，所述第一冷却通道4的宽度为0.1mm－1mm，例如0.5mm；若所述第一冷却通道的宽度小于0.1mm，所述第一冷却通道的宽度过小，容易使得第一冷却通道内的介电流体流动阻力较大，且所述第一冷却通道的宽度过小，也容易使得所述第一冷却通道容纳的介电流体过少，提高所述功率半导体器件封装结构的散热效果的程度较小；若所述第一冷却通道的宽度大于1mm，由于所述功率芯片的面积较小，若所述第一冷却通道的宽度过大，会使得所述第一冷却通道的表面与功率芯片的下表面区域的接触面积会比较小，则提高所述功率半导体器件封装结构的散热效果的程度较小。

在一个实施例中，沿着第一过渡通道4的宽度方向上第k子下过渡通道与第k+1子下过渡通道之间的距离为0.1mm－0.5mm，例如0.2mm；k为大于或等于1且小于N的整数；若沿着第一过渡通道的宽度方向上第k子下过渡通道与第k+1子下过渡通道之间的距离小于0.1mm，则沿着第一过渡通道的宽度方向上第k子下过渡通道与第k+1子下过渡通道之间的距离过小，增大了制备第一冷却通道的难度；若沿着第一过渡通道的宽度方向上第k子下过渡通道与第k+1子下过渡通道之间的距离大于0.5mm，则第k子下过渡通道与第k+1子下过渡通道之间的距离过大，则形成的第一冷却通道的总长度过短，所述第一冷却通道容纳的介电流体过少，也会使得所述第一冷却通道的表面与功率芯片的下表面区域的接触面积会比较小，提高所述功率半导体器件封装结构的散热效果的程度较小。

在一个实施例中，所述功率芯片3具有朝向所述沉槽2一侧的集电极。所述功率半导体器件封装结构还包括：位于所述集电极和所述沉槽2的底面之间的第一导电烧结层。一方面，第一导电烧结层具有低电阻率、高导热性能，因此第一导电烧结层降低了功率芯片接触电阻和接触热阻，进一步降低了功率半导体器件封装结构的损耗；另一方面，第一导电烧结层也提高了功率芯片与下导电散热板的连接的可靠性。因此，所述功率半导体器件封装结构的可靠性高。

在一个实施例中，所述第一导电烧结层的形成是在所述功率芯片朝向所述沉槽的一侧涂覆纳米银或者纳米铜，之后采用烧结工艺在集电极和所述沉槽的底面之间形成第一导电烧结层。

所述功率芯片与所述下导电散热板电连接，具体的，所述功率芯片3的集电极与所述沉槽下方的下导电散热板电连接。

在一个实施例中，继续参考图1，所述功率半导体器件封装结构还包括：绝缘上散热板5，所述功率芯片3位于所述绝缘上散热板5和所述下导电散热板1之间；所述绝缘上散热板5中具有第二冷却通道，所述第二冷却通道至少部分位于所述功率芯片3的上方，所述第二冷却通道用于流通介电流体。所述绝缘上散热板也可以对所述功率芯片产生的热量进行散热，同时所述第二冷却通道中的介电流体可以将所述功率芯片的产生的热量及时导出，进一步提高功率芯片的散热效果，降低功率芯片的温度。因此，所述功率半导体器件封装结构的散热效果好。

在一个实施例中，所述绝缘上散热板5的材料包括导热陶瓷。

在一个实施例中，所述第二冷却通道包括依次连通的第二进口通道61、第二过渡通道和第二出口通道62，所述第二进口通道61远离所述第二过渡通道的一端位于所述上散热板5的边缘区域，所述第二进口通道61与所述第二过渡通道连接的一端位于所述上散热板5的中心区域。

在一个实施例中，所述第二进口通道61远离所述第二过渡通道的一端为第三端，所述第二进口通道61与所述第二过渡通道连接的一端为第四端，所述第二进口通道61的宽度方向上具有相对的第三侧和第四侧；所述第二过渡通道包括依次连通的第一子上过渡通道至第M子上过渡通道；任意的第j₁子上过渡通道自第三侧经过第四端背离第三端的一侧延伸至第四侧；j₁为大于或等于1且小于或等于M的奇数；任意的第j₂子上过渡通道自第四侧经过第四端背离第三端的一侧延伸至第三侧；j₂为大于或等于2且小于或等于M的偶数；第一子上过渡通道与所述第四端连通；第M子上过渡通道与所述第二出口通道连通。

在一个实施例中，所述第二冷却通道的宽度为0.1mm－2mm，例如0.5mm；若所述第二冷却通道的宽度小于0.1mm，所述第二冷却通道的宽度过小，容易使得第二冷却通道内的介电流体流动受到的阻力较大，且所述第二冷却通道容纳的介电流体过少，提高所述功率半导体器件封装结构的散热效果的程度较小；若所述第二冷却通道的宽度大于2mm，由于所述功率芯片的面积较小，若所述第二冷却通道的宽度过大，会使得所述第二冷却通道的表面与功率芯片的上表面区域的接触面积会比较小，提高对功率芯片的散热效果的程度较小。

在一个实施例中，沿着第二过渡通道的宽度方向上第j子上过渡通道与第j+1子上过渡通道之间的距离为0.1mm－0.5mm，例如0.3mm；j为大于或等于1且小于M的整数。若沿着第二过渡通道的宽度方向上第j子上过渡通道与第j+1子上过渡通道之间的距离小于0.1mm，则沿着第二过渡通道的宽度方向上第j子上过渡通道与第j+1上过渡通道之间的距离过小，增大了制备第二冷却通道的难度；若沿着第二过渡通道的宽度方向上第j子上过渡通道与第j+1子上过渡通道之间的距离大于0.5mm，则第j子上过渡通道与第j+1子上过渡通道之间的距离过大，则形成的第二冷却通道的总长度过短，所述第二冷却通道容纳的介电流体过少，也会使得所述第二冷却通道的表面与功率芯片的上表面区域的接触面积会比较小，提高所述功率半导体器件封装结构的散热效果的程度较小。

在一个实施例中，所述沉槽2的侧壁表面至所述功率芯片3侧壁的距离为1mm－2mm，例如1.5mm；若所述沉槽2的侧壁表面至所述功率芯片3侧壁的距离小于1mm，由于所述功率芯片上的电压较大，所述沉槽的侧壁表面至所述功率芯片侧壁的距离过小，容易导致所述沉槽的侧壁与所述功率芯片侧壁之间产生放电现象；若所述沉槽2的侧壁表面至所述功率芯片3侧壁的距离大于2mm，则所述沉槽的侧壁表面至所述功率芯片侧壁的距离过大，减小所述功率半导体器件封装结构的体积的程度较小。

在一个实施例中，参考图4，所述功率芯片朝向所述绝缘上散热板的一侧表面设置有源极、开尔文源极和栅极；所述功率半导体器件封装结构还包括：第一导电块71、第二导电块72和导电柱73，位于所述绝缘上散热板5朝向所述功率芯片3一侧表面；第一导电块71与所述源极连接，所述第二导电块72与所述开尔文源极连接，所述导电柱73与所述栅极连接。现有技术中功率芯片的源极和栅极是利用键合线引出，与键合线相比，第一导电块71与所述源极连接的面积较大，所述第二导电块72与所述开尔文源极连接的面积较大，且所述第一导电块71、第二导电块72和所述导电柱73的长度较短，这样有利于降低功率半导体器件封装结构的寄生电感，有利于使功率芯片承载更大的电流，在同等电压等级下，有利于提高功率芯片的功率密度，提高功率芯片的处理能力。所述第一导电块71、第二导电块72和所述导电柱73的长度较短也有利于降低功率半导体器件封装结构的封装体积，即提高功率半导体器件封装结构的功率密度。因此，所述功率半导体器件封装结构的寄生电感低且功率密度大。

在一个实施例中，所述第一导电块71与所述源极连接的面积为所述源极的面积的95％－100％，例如100％；所述第二导电块72与所述开尔文源极连接的面积为所述开尔文源极的面积的95％－100％，例如100％。所述第一导电块71与所述源极连接的面积以及所述第二导电块72与所述开尔文源极连接的面积较大，提高了所述功率半导体器件封装结构的可靠性和功率芯片的载流能力，且所述功率半导体器件封装结构还可以利用功率芯片朝向所述绝缘上散热板5的一侧表面进行散热，进一步提高所述功率半导体器件封装结构的散热能力。

在一个实施例中，所述沉槽2的深度和所述功率芯片3的高度之比为1－2，例如1.5；若所述沉槽的深度和所述功率芯片的高度之比小于1，则功率芯片的高度大于沉槽的深度，则之后形成的灌封绝缘层可能会无法完全覆盖导电柱的侧壁、第一导电块的侧壁以及第二导电块的侧壁；若所述沉槽的深度和所述功率芯片的高度之比大于2，会使得下导电散热板的厚度变大，同时为了实现上散热板下表面的第一导电块和第二导电块与功率芯片之间的电连接，所需的第一导电块和第二导电块的厚度就要变厚，导电柱的长度就要变长，这样使得降低所述功率半导体器件封装结构的体积的程度较小，降低功率芯片栅极回路的寄生电感的程度较小。

在一个实施例中，所述功率半导体器件封装结构中的第一导电块71背向所述下导电散热板1一侧的端面至少要高出所述下导电散热板1朝向所述绝缘上散热板5一侧表面1mm－2mm，如1.5mm；所述功率半导体器件封装结构中的第二导电块72背向所述下导电散热板1一侧的端面至少要高出所述下导电散热板1朝向所述绝缘上散热板5一侧表面1mm－2mm，如1.5mm；所述功率半导体器件封装结构中的导电柱73背向所述下导电散热板1一侧的端面至少要高出所述下导电散热板1朝向所述绝缘上散热板5一侧表面1mm－2mm，如1.5mm。

在一个实施例中，所述第一导电块71的长度、所述第二导电块72的长度和所述导电柱73的长度均相等。

在一个实施例中，所述第一导电块71的长度方向平行于自所述下导电散热板1至所述绝缘上散热板5的方向，所述第二导电块72的长度方向平行于自所述下导电散热板1至所述绝缘上散热板5的方向，所述导电柱73的长度方向平行于自所述下导电散热板1至所述绝缘上散热板5的方向。

在一个实施例中，所述功率芯片的高度方向平行于自所述下导电散热板1至所述绝缘上散热板5的方向。

所述功率半导体器件封装结构还包括：第一导电端子74、第二导电端子75和第三导电端子76，第一导电端子74的一端与所述第一导电块71连接，第二导电端子75的一端与所述第二导电块72连接，第三导电端子76的一端与所述导电柱73连接；所述第一导电端子74、第二导电端子75和第三导电端子76延伸出所述绝缘上散热板5的边缘。开尔文源极有利于提高功率芯片的开关速度，降低功率芯片的损耗。

在一个实施例中，所述功率半导体器件封装结构还包括：第二导电烧结层，位于所述功率芯片朝向所述绝缘上散热板的一侧表面。一方面，第二导电烧结层具有低电阻率、高导热性能，因此第二导电烧结层降低了功率芯片接触电阻和接触热阻，进一步降低了功率半导体器件封装结构的损耗；另一方面，第二导电烧结层也提高了功率芯片与绝缘上散热板的连接的可靠性。因此，所述功率半导体器件封装结构的可靠性高。

在一个实施例中，所述第二导电烧结层的形成是在所述功率芯片朝向所述绝缘上散热板的一侧涂覆纳米银或者纳米铜，之后采用烧结工艺形成将所述功率芯片分别与第一导电块71、第二导电块72和导电柱73焊接在一起的第二导电烧结层。

在一个实施例中，所述功率半导体器件封装结构还包括：位于所述下导电散热板和所述绝缘上散热板之间的灌封绝缘层(未图示)，所述灌封绝缘层环绕导电柱的侧壁、第一导电块的侧壁以及第二导电块的侧壁；所述灌封绝缘层还填充所述功率芯片的侧壁表面与所述下导电散热板中沉槽的侧壁表面之间的间隙。

在一个实施例中，所述灌封绝缘层的材料包括：硅凝胶，硅凝胶可承受的温度大于175℃，硅凝胶的介电强度大于18kV/mm；在其他实施例中，所述灌封绝缘层的材料还可以包括其他可承受的温度大于175℃且介电强度大于18kV/mm的材料。

在一个实施例中，所述灌封绝缘层在真空环境中形成，目的是为了排除在形成所述灌封绝缘层的过程中产生的气泡，在所述灌封绝缘层形成过程中，应当避免灌封绝缘层的材料接触到第一导电块71、第二导电块72和导电柱73的表面。

在一个实施例中，所述下导电散热板的边缘区域和所述绝缘上散热板的边缘区域之间还包括：密封层，所述密封层材料的介电强度在16kV/mm－35kV/mm之间。

在一个实施例中，所述密封层的材料包括环氧树脂。

在一个实施例中，所述功率半导体器件封装结构还包括：封装管壳(未图示)，所述封装管壳粘接所述下导电散热板的侧壁、所述绝缘上散热板的侧壁、所述下导电散热板的下表面的边缘区域和所述绝缘上散热板的上表面的边缘区域。

在一个实施例中，所护第一导电端子74的宽度大于所述第二导电端子75的宽度。

在一个实施例中，所述第二导电端子75和第三导电端子76之间的距离为1mm－10mm，例如5mm；所述第二导电端子75是功率芯片的开尔文源极引出端，所述第三导电端子76是功率芯片的栅极引出端，而功率芯片的开尔文源极引出端和功率芯片的栅极引出端之间的电压一般在几十伏，此电压值较小，第二导电端子75和第三导电端子76之间的距离应在满足绝缘要求的前提下尽可能的靠近，这样有利于使得第二导电端子75和第三导电端子76之间的环路面积较小，路径缩短，有利于降低该环路上的寄生电感，结合灌封绝缘层材料的介电强度在20kV/mm－30kV/mm，例如灌封绝缘层材料的介电强度为25kV/mm，以及密封层材料的介电强度在16kV/mm－35kV/mm之间考虑，所述第二导电端子75和第三导电端子76之间的距离在此范围内可以避免放电现象发生，满足绝缘要求。

在一个实施例中，所述第一导电端子74延伸出所述绝缘上散热板的边缘的长度为10mm－15mm，例如12mm。

在一个实施例中，所述第二导电端子75延伸出所述绝缘上散热板的边缘的长度为10mm－15mm，例如12mm。

在一个实施例中，所述第三导电端子76延伸出所述绝缘上散热板的边缘的长度为10mm－15mm，例如12mm。

在一个实施例中，所述封装管壳的材料包括片状模塑料(SMC)。

在另一个实施例中，所述封装管壳的材料包括环氧树脂，所述封装管壳为一个连续的整面。

本发明还提供一种功率半导体器件模块，参考图5，包括多个功率半导体器件子模块a，各功率半导体器件子模块a设置于PCB板b上，由PCB板b上的线路各自引出并联；其中各功率半导体器件子模块a均包括上述提供的功率半导体器件封装结构。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (20)

1.一种功率半导体器件封装结构，其特征在于，包括：

下导电散热板，所述下导电散热板的一侧的部分表面具有沉槽；

功率芯片，位于所述沉槽中，所述功率芯片与所述下导电散热板电连接。

2.根据权利要求1所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述下导电散热板中具有第一冷却通道，所述第一冷却通道至少部分位于所述沉槽底部，所述第一冷却通道用于流通介电流体。

3.根据权利要求2所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述第一冷却通道包括依次连通的第一进口通道、第一过渡通道和第一出口通道，所述第一进口通道远离所述第一过渡通道的一端位于所述下导电散热板的边缘区域，所述第一进口通道与所述第一过渡通道连接的一端位于所述下导电散热板的中心区域。

4.根据权利要求3所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述第一进口通道远离所述第一过渡通道的一端为第一端，所述第一进口通道与所述第一过渡通道连接的一端为第二端，所述第一进口通道的宽度方向上具有相对的第一侧和第二侧；所述第一过渡通道包括依次连通的第一子下过渡通道至第N子下过渡通道；任意的第k₁子下过渡通道自第二侧经过第二端背离第一端的一侧延伸至第一侧；k₁为大于或等于1且小于或等于N的奇数；任意的第k₂子下过渡通道自第一侧经过第二端背离第一端的一侧延伸至第二侧；k₂为大于或等于2且小于或等于N的偶数；

第一子下过渡通道与所述第二端连通；第N子下过渡通道与所述第一出口通道连通。

5.根据权利要求2所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，第一冷却通道的宽度为0.1mm－1mm。

6.根据权利要求4所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，沿着第一过渡通道的宽度方向上第k子下过渡通道与第k+1子下过渡通道之间的距离为0.1mm－0.5mm，k为大于或等于1且小于N的整数。

7.根据权利要求1所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述功率芯片具有朝向所述沉槽一侧的集电极；

所述功率半导体器件封装结构还包括：位于所述集电极和所述沉槽的底面之间的第一导电烧结层。

8.根据权利要求1所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，还包括：绝缘上散热板，所述功率芯片位于所述绝缘上散热板和所述下导电散热板之间；

所述绝缘上散热板中具有第二冷却通道，所述第二冷却通道至少部分位于所述功率芯片的上方，所述第二冷却通道用于流通介电流体。

9.根据权利要求8所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述第二冷却通道包括依次连通的第二进口通道、第二过渡通道和第二出口通道，所述第二进口通道远离所述第二过渡通道的一端位于所述上散热板的边缘区域，所述第二进口通道与所述第二过渡通道连接的一端位于所述上散热板的中心区域。

10.根据权利要求9所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述第二进口通道远离所述第二过渡通道的一端为第三端，所述第二进口通道与所述第二过渡通道连接的一端为第四端，所述第二进口通道的宽度方向上具有相对的第三侧和第四侧；所述第二过渡通道包括依次连通的第一子上过渡通道至第M子上过渡通道；任意的第j₁子上过渡通道自第三侧经过第四端背离第三端的一侧延伸至第四侧；j₁为大于或等于1且小于或等于M的奇数；任意的第j₂子上过渡通道自第四侧经过第四端背离第三端的一侧延伸至第三侧；j₂为大于或等于2且小于或等于M的偶数；

第一子上过渡通道与所述第四端连通；第M子上过渡通道与所述第二出口通道连通。

11.根据权利要求8所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述第二冷却通道的宽度为0.1mm－2mm。

12.根据权利要求10所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，沿着第二过渡通道的宽度方向上第j子上过渡通道与第j+1子上过渡通道之间的距离为0.1mm－0.5mm，j为大于或等于1且小于M的整数。

13.根据权利要求1所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述沉槽的侧壁表面至所述功率芯片侧壁的距离为1mm－2mm。

14.根据权利要求1所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述沉槽的深度和所述功率芯片的高度之比为1－2。

15.根据权利要求8所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述功率芯片朝向所述绝缘上散热板的一侧表面设置有源极、开尔文源极和栅极；

所述功率半导体器件封装结构还包括：第一导电块、第二导电块和导电柱，位于所述绝缘上散热板朝向所述功率芯片一侧表面；第一导电块与所述源极连接，所述第二导电块与所述开尔文源极连接，所述导电柱与所述栅极连接。

16.根据权利要求15所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述功率半导体器件封装结构还包括：第一导电端子、第二导电端子和第三导电端子，第一导电端子的一端与所述第一导电块连接，第二导电端子的一端与所述第二导电块连接，第三导电端子的一端与所述导电柱连接；所述第一导电端子、第二导电端子和第三导电端子延伸出所述绝缘上散热板的边缘。

17.根据权利要求8所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，还包括：第二导电烧结层，位于所述功率芯片朝向所述绝缘上散热板的一侧表面。

18.根据权利要求1所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述下导电散热板的材料包括：铜、铝、铝金刚石、铝碳化硅、钼铜合金、钨铜合金、钼和金属基复合材料中的至少一种。

19.根据权利要求8所述的功率半导体器件封装结构，其特征在于，所述绝缘上散热板的材料包括导热陶瓷。

20.一种功率半导体器件模块，其特征在于，包括多个功率半导体器件子模块，各所述功率半导体器件子模块设置于PCB板上，由所述PCB板上的线路各自引出并联；

其中各所述功率半导体器件子模块均包括如权利要求1-19中任一项所述的功率半导体器件封装结构。

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