CN118136598A - 一种双面散热的功率半导体模块及封装组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双面散热的功率半导体模块及封装组件，包括第一衬底与第二衬底，第一衬底与第二衬底均包括贴合设置的连接铜层、绝缘介质层及外覆铜层；第一衬底的连接铜层与第二衬底的连接铜层相对；第一衬底的连接铜层上设置有上桥臂芯片，第一衬底的连接铜层与上桥臂芯片的焊点面连接，第二衬底的连接铜层与上桥臂芯片的上表面连接；第二衬底的连接铜层上设置有下桥臂芯片，第二衬底的连接铜层与下桥臂芯片的焊点面连接，第一衬底的连接铜层与下桥臂芯片的上表面连接；在第一衬底的连接铜层与第二衬底的连接铜层之间于两侧分别设置有信号端子与功率端子。采用本技术方案后，功率半导体模块及封装组件实现双面散热，并具有小尺寸和高功率密度。

Description

一种双面散热的功率半导体模块及封装组件

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种双面散热的功率半导体模块及封装组件。

背景技术

功率半导体模块广泛应用于工业变频、变流器、汽车电极控制器等需要进行电能转换的场景。并且，传统的功率半导体模块采用单面冷却结构，功率芯片损耗产生的热量通过DBC、基板单方向传导至散热器。但是，对于高集成度或功率较大的功率半导体而言，由于芯片发热量较大，单面散热的散热效率较差，难以解决较高热量的散热需求，因此对于双面散热的方案需求越来越迫切。

现有双面散热方案存在制作流程复杂、可实现难度大、模块占用空间较大的问题，而在车用模块中，对体积和功率密度都有很高的要求。因此，需要一种整体尺寸小、功率密度高的双面散热功率半导体模块。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种双面散热的功率半导体模块及封装组件，能够进行双面散热，同时具有较小的厚度和横向尺寸，以及较高的功率密度。

本发明公开了一种双面散热的功率半导体模块，

包括第一衬底与第二衬底，所述第一衬底与所述第二衬底均包括贴合设置的连接铜层、绝缘介质层及外覆铜层，所述绝缘介质层设置于所述连接铜层与所述外覆铜层之间；

所述第一衬底与所述第二衬底间隔并于竖直方向重合，使所述第一衬底的连接铜层与所述第二衬底的连接铜层相对；

所述第一衬底的连接铜层上设置有上桥臂芯片，所述第一衬底的连接铜层与所述上桥臂芯片的焊点面连接，所述第二衬底的连接铜层与所述上桥臂芯片的上表面连接；

所述第二衬底的连接铜层上设置有下桥臂芯片，所述第二衬底的连接铜层与所述下桥臂芯片的焊点面连接，所述第一衬底的连接铜层与所述下桥臂芯片的上表面连接；

在所述第一衬底的连接铜层与所述第二衬底的连接铜层之间于两侧分别设置有信号端子与功率端子。

优选地，所述第一衬底的连接铜层与所述上桥臂芯片之间设置有第一导电垫块，所述第一衬底的连接铜层与所述第一导电垫块的底面连接，所述第一导电垫块的顶面与所述上桥臂芯片的焊点面连接，使所述上桥臂芯片的上表面的高度与所述信号端子的上表面的高度相等；

所述第二衬底的连接铜层与所述下桥臂芯片之间设置有第二导电垫块，使得所述第二衬底的连接铜层与所述第二导电垫块的底面连接，所述第二导电垫块的顶面与所述下桥臂芯片的焊点面连接，使所述下桥臂芯片的上表面的高度与所述信号端子的下表面的高度相等。

优选地，所述第一衬底与所述第二衬底间隔安装于绝缘外壳内并于竖直方向重合，使所述第一衬底的连接铜层与所述第二衬底的连接铜层相对，所述第一衬底的外覆铜层与所述第二衬底的外覆铜层相背并分别露出于所述绝缘外壳之外；

所述信号端子与所述功率端子分别沿水平方向露出于所述绝缘外壳的两侧之外。

优选地，在所述绝缘外壳靠近所述信号端子的一侧上偏离所述绝缘外壳的中线设置定位槽。

优选地，所述第一衬底的连接铜层包括相互绝缘的第一主铜箔、第二主铜箔及第三主铜箔，所述第二衬底的连接铜层包括相互绝缘的第四主铜箔、第五主铜箔及第六主铜箔；

所述第一主铜箔连接所述上桥臂芯片的焊点面，所述第二主铜箔连接所述下桥臂芯片的上表面，所述第六主铜箔连接所述下桥臂芯片的焊点面及所述上桥臂芯片的上表面；

所述功率端子包括直流正极端子、直流负极端子及交流端子，所述直流正极端子连接所述第一主铜箔与所述第四主铜箔，所述直流负极端子连接所述第二主铜箔与所述第五主铜箔，所述交流端子连接所述第三主铜箔与所述第六主铜箔；

换流回路电流从所述直流正极端子进入所述第一主铜箔，流经所述上桥臂芯片后进入所述第六主铜箔，流经所述交流端子及所述下桥臂芯片，而后进入所述第二主铜箔，并从所述直流负极端子流出所述功率半导体模块。

优选地，所述第一衬底的连接铜层还包括相互绝缘的第一辅助铜箔、第二辅助铜箔、第三辅助铜箔、第四辅助铜箔及第五辅助铜箔，所述第三辅助铜箔与所述第四辅助铜箔分别连接至所述下桥臂芯片的上表面；

所述第二衬底的连接铜层还包括相互绝缘的第六辅助铜箔、第七辅助铜箔、第八辅助铜箔、第九辅助铜箔及第十辅助铜箔，所述第七辅助铜箔与所述第八辅助铜箔分别连接至所述上桥臂芯片的上表面；

所述信号端子包括第一集电极信号端子、第二集电极信号端子、第一发射极信号端子、第二发射极信号端子、第一门极信号端子以及第二门极信号端子；

所述第一集电极信号端子连接所述第一主铜箔与所述第六辅助铜箔，所述第一发射极信号端子连接所述第一辅助铜箔与所述第七辅助铜箔，所述第一门极信号端子连接所述第二辅助铜箔与所述第八辅助铜箔，所述第二集电极信号端子连接所述第五辅助铜箔与所述第六主铜箔，所述第二发射极信号端子连接所述第四辅助铜箔与所述第十辅助铜箔，所述第二门极信号端子连接所述第三辅助铜箔及所述第九辅助铜箔；

换流回路电流从所述直流正极端子进入所述第一主铜箔，流经所述第一集电极信号端子与所述上桥臂芯片后进入所述第六主铜箔、第七辅助铜箔及第八辅助铜箔，分别流经所述第一发射极信号端子、所述第一门极信号端子、所述交流端子、所述第二集电极信号端子以及所述下桥臂芯片，而后进入所述第二主铜箔、第三辅助铜箔及第四辅助铜箔，流经所述第二发射极信号端子、所述第二门极信号端子，并从所述直流负极端子流出所述功率半导体模块。

优选地，所述上桥臂芯片包括上桥臂IGBT芯片与上桥臂二极管芯片，所述下桥臂芯片包括下桥臂IGBT芯片与下桥臂二极管芯片。

优选地，所述第一衬底的连接铜层与所述上桥臂芯片的焊点面通过真空回流焊连接，所述第二衬底的连接铜层与所述上桥臂芯片的上表面通过真空回流焊连接；

所述第二衬底的连接铜层与所述下桥臂芯片的焊点面通过真空回流焊连接，所述第一衬底的连接铜层与所述下桥臂芯片的上表面通过真空回流焊连接。

优选地，所述第一导电垫块与所述第二导电垫块的材料包括铝碳化硅、钼铜合金或铜。

本发明还公开了一种功率半导体封装组件，包括至少三个如前所述的功率半导体模块，各个所述功率半导体模块同向并列设置；

分别在各所述功率半导体模块的所述第一衬底的外覆铜层与所述第二衬底的外覆铜层上连接散热器。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：通过倒装芯片技术使芯片的焊点面直接与连接铜层相连接，降低功率半导体模块的竖向尺寸；通过上桥臂芯片与下桥臂芯片方向相反安装于第一衬底与第二衬底上，能够减少连接第一衬底与第二衬底的垫块，降低功率半导体模块的横向尺寸；通过设置外露的外覆铜层，使功率半导体模块能够进行双面散热。

附图说明

图1为本发明的一种功率半导体模块的结构示意图；

图2为本发明的一种功率半导体模块的立体装配示意图；

图3为本发明的一种功率半导体模块的截面示意图；

图4为本发明的一种功率半导体模块的结构示意图；

图5为本发明的第一衬底的结构示意图；

图6为本发明的第二衬底的结构示意图；

图7为本发明的电路拓扑结构示意图。

附图标记：1-第一衬底；11-第一衬底的连接铜层；12-第一衬底的绝缘介质层；13-第一衬底的外覆铜层；2-第二衬底；21-第二衬底的连接铜层；22-第二衬底的绝缘介质层；23-第二衬底的外覆铜层；3-上桥臂芯片；4-下桥臂芯片；5-功率端子；6-信号端子；7-绝缘外壳；71-定位槽；111-第一主铜箔；112-第二主铜箔；113-第三主铜箔；211-第四主铜箔；212-第五主铜箔；213-第六主铜箔；1110-第一辅助铜箔；1120-第二辅助铜箔；1130-第三辅助铜箔；1140-第四辅助铜箔；1150-第五辅助铜箔；2110-第六辅助铜箔；2120-第七辅助铜箔；2130-第八辅助铜箔；2140-第九辅助铜箔；2150-第十辅助铜箔。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

如图1～图6所示，本发明公开了一种双面散热的功率半导体模块，

包括第一衬底1与第二衬底2，第一衬底1与第二衬底2均包括贴合设置的连接铜层、绝缘介质层及外覆铜层，绝缘介质层设置于连接铜层与外覆铜层之间。第一衬底1与第二衬底2间隔并于竖直方向重合，使第一衬底的连接铜层11与所第二衬底的连接铜层21相对。第一衬底的连接铜层11上设置有上桥臂芯片3，使第一衬底的连接铜层11与上桥臂芯片3的焊点面连接，第二衬底的连接铜层21与上桥臂芯片3的上表面连接。第二衬底的连接铜层21上设置有下桥臂芯片4，第二衬底的连接铜层21与下桥臂芯片4的焊点面连接，第一衬底的连接铜层11与下桥臂芯片4的上表面连接。在第一衬底的连接铜层11与第二衬底的连接铜层21之间于两侧分别设置有信号端子6与功率端子5。

具体而言，第一衬底1与第二衬底2均为三层结构，包括依次贴合设置的连接铜层、绝缘介质层及外覆铜层。第一衬底1与第二衬底2间隔对向设置，可以理解的是，第一衬底1与第二衬底2的尺寸完全相同，使得第一衬底1与第二衬底2于竖直方向重合。第一衬底的连接铜层11与第二衬底的连接铜层21相对后，第一衬底的连接铜层11与第二衬底的连接铜层21能够通过芯片及端子进行电气连接，使功率半导体模块通电时能够形成换流回路。第一衬底的外覆铜层13与第二衬底的外覆铜层13相背，能够将功率半导体的热量自两个方向传递到外界，使得功率半导体模块能够实现双面散热的效果。进一步的，可以在第一衬底的外覆铜层13与第二衬底的外覆铜层13之外分别接入散热设备，例如贴合第一衬底的外覆铜层13与第二衬底的外覆铜层13分别设置散热水道，提高对功率半导体模块进行双面散热的效率。

绝缘介质层设置在连接铜层与外覆铜层之间，使连接铜层和外覆铜层之间形成绝缘，避免连接铜层的换流功能与外覆铜层的散热功能之间产生干扰。绝缘介质层可选用氧化锆增韧氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化铝陶瓷等材质。

优选地，连接铜层、绝缘介质层及外覆铜层的厚度可以依次设置为0.3毫米、0.32毫米及0.4毫米。

信号端子6设置为条状金属，可以通过焊接、接插件等方式与驱动板卡进行连接，用于引出功率半导体模块的换流电路不同位置的信号。功率端子5设置为片状金属，可以通过激光焊接等方式与电容进行连接，用于对功率半导体模块输入直流电流并引出交流电流。

在本发明中，芯片的焊点面所指的是在芯片的IO单元侧沉积凸出的焊点所得到的面，芯片的上表面所指的是与芯片上与焊点面相背的另一面。将第一衬底的连接铜层11与上桥臂芯片3的焊点面连接，第二衬底的连接铜层21与下桥臂芯片4的焊点面连接，也即，将上桥臂芯片3通过倒装芯片的方式连接到第一衬底的连接铜层11，将下桥臂芯片4通过倒装芯片的方式连接到第二衬底的连接铜层21，使上桥臂芯片3与下桥臂芯片4方向相反各自倒装在两对向的连接铜层上。并且第二衬底的连接铜层21与上桥臂芯片3的上表面连接，第一衬底的连接铜层11与下桥臂芯片4的上表面连接，使得电流能够通过上桥臂芯片3与下桥臂芯片4在第一衬底的连接铜层11第二衬底的连接铜层21之间流通，第一衬底与第二衬底之间形成换流回路。

由于倒装芯片的方式是通过芯片的焊点面将芯片直接连接到基板、载体或者电路板上，因此相较于引线键合的方式具有更小的竖向尺寸。并且，由于上桥臂芯片3与下桥臂芯片4方向相反各自安装于第一衬底的连接铜层11与第二衬底的连接铜层21上，不需要连接第一衬底的连接铜层11与第二衬底的连接铜层21的导电垫块就能形成换流回路，能够减少部件的使用，降低功率半导体模块的横向尺寸。

可以理解的是，由于第二衬底的连接铜层21与上桥臂芯片3的上表面连接，第一衬底的连接铜层11与下桥臂芯片4的上表面连接，在第一衬底的连接铜层11与第二衬底的连接铜层13之间于两侧分别设置信号端子6与功率端子5，因此，在上述各部件完成各自的连接关系后，会使得第一衬底1与第二衬底2的间距、上桥臂芯片3的厚度、下桥臂芯片4的厚度、信号端子6的厚度、功率端子5的厚度均相等。

采用焊接方式进行上述各部件的连接时，任一部件与其他部件相连接的面上将形成焊料层，使得第一衬底1与第二衬底2的间距、上桥臂芯片3及其两面焊料层的厚度、下桥臂芯片4及其两面焊料层的厚度、信号端子6及其两面焊料层的厚度、功率端子5及其两面焊料层的厚度均相等。

在一种可选的实施方式中，第一衬底的连接铜层11与上桥臂芯片3之间设置有第一导电垫块，第一衬底的连接铜层11与第一导电垫块的底面连接，第一导电垫块的顶面与上桥臂芯片3的焊点面连接，使上桥臂芯片3的上表面的高度与信号端子6的上表面的高度相等；第二衬底的连接铜层21与下桥臂芯片4之间设置有第二导电垫块，使得第二衬底的连接铜层21与第二导电垫块的底面连接，第二导电垫块的顶面与下桥臂芯片4的焊点面连接，使下桥臂芯片4的上表面的高度与信号端子6的下表面的高度相等。

具体而言，常用的信号端子部件的厚度大于芯片部件的厚度，因此，为了补偿该高度差，可以在第一衬底的连接铜层11与上桥臂芯片3之间设置第一导电垫块，第二衬底的连接铜层21与下桥臂芯片4之间设置第二导电垫块，使得上桥臂芯片3的上表面的高度与信号端子6的上表面的高度相等，下桥臂芯片4的上表面的高度与信号端子6的下表面的高度相等。可以理解的是，信号端子6的上表面指的是信号端子6所靠近第二衬底2的面，信号端子6的下表面指的是信号端子6所靠近第一衬底1的面。

因此，在上述各部件完成各自的连接关系后，会使得第一衬底1与第二衬底2的间距、上桥臂芯片3与第一导电垫块的整体厚度、下桥臂芯片4与第二导电垫块的整体厚度、信号端子6的厚度、功率端子5的厚度均相等。

采用焊接方式进行上述各部件的连接时，任一部件与其他部件相连接的面上将形成焊料层，使得第一衬底1与第二衬底2的间距、上桥臂芯片3及其两面焊料层与第一导电垫块及其两面焊料层的整体厚度、下桥臂芯片4及其两面焊料层与第一导电垫块及其两面焊料层的整体厚度、信号端子6及其两面焊料层的厚度、功率端子5及其两面焊料层的厚度均相等。

在一种可选的实施方式中，如图4所示，第一衬底1与第二衬底2间隔安装于绝缘外壳7内并于竖直方向重合，使第一衬底的连接铜层11与第二衬底的连接铜层21相对，第一衬底的外覆铜层13与第二衬底的外覆铜层31相背并分别露出于绝缘外壳7之外。信号端子6与功率端子5分别沿水平方向露出于绝缘外壳7的两侧之外。

具体而言，绝缘外壳7可选用环氧树脂材质。第一衬底1与第二衬底2间隔安装于绝缘外壳7内，形成绝缘外壳7包裹第一衬底1与第二衬底2的结构，绝缘外壳7能够为内部所包括的元件提供绝缘环境，进一步提高功率半导体模块使用时的稳定性。第一衬底的外覆铜层13与第二衬底的外覆铜层31分别露出于绝缘外壳7之外，可以理解的是，绝缘外壳7的顶面和底面设有类似镂空的结构，并未覆盖第一衬底的外覆铜层13与第二衬底的外覆铜层31。使得功率半导体模块能够通过第一衬底的外覆铜层13与第二衬底的外覆铜层31实现双面散热效果。进一步的，可以在绝缘外壳7的顶面和底面外接入散热设备，由于第一衬底的外覆铜层13与第二衬底的外覆铜层31分别露出于绝缘外壳7之外，均能够与散热设备接触，提高对功率半导体模块的双面散热效率。

在一种可选的实施方式中，在绝缘外壳7靠近信号端子6的一侧上偏离绝缘外壳7的中线设置定位槽71。

可以理解的是，经过前述对功率半导体模块的设置，第一衬底1与第二衬底2的结构相似且对向设置于绝缘外壳7内，当功率半导体模块产生翻转时，难以快速分辨功率半导体的所处方向，导致可能混淆各个信号端子6与各个功率端子5的具体功能，对后续接入驱动板卡或电容等设备造成负面影响。因此在本实施方式中，在绝缘外壳7靠近信号端子6的一侧上偏离绝缘外壳7的中线设置定位槽71。由于定位槽71偏离绝缘外壳7的中线，可以根据定位槽71当前所偏离的方向判断第一衬底1与第二衬底2所处的方向。举例来说，在图4中，定位槽71偏向绝缘外壳7的水平左侧时，可以判断当前功率半导体模块的方向为第二衬底2位于第一衬底1上方，并根据该方向确认各信号端子6与各功率端子5的所处位置，避免在功率半导体模块的应用过程中产生错误安装。

在一种可选的实施方式中，如图5至图6所示，第一衬底的连接铜层11包括相互绝缘的第一主铜箔111、第二主铜箔112及第三主铜箔113，第二衬底的连接铜层21包括相互绝缘的第四主铜箔211、第五主铜箔212及第六主铜箔213。第一主铜箔111连接上桥臂芯片3的焊点面，第二主铜箔112连接下桥臂芯片4的上表面，第六主铜箔213连接下桥臂芯片4的焊点面及上桥臂芯片3的上表面。

功率端子5包括直流正极端子DC+、直流负极端子DC-及交流端子AC，直流正极端子DC+连接第一主铜箔111与第四主铜箔211，直流负极端子DC-连接第二主铜箔112与第五主铜箔212，交流端子AC连接第三主铜箔113与第六主铜箔213。

经过上述设置后，换流回路电流从直流正极端子DC+进入第一主铜箔111，流经上桥臂芯片3的焊点面，并通过上桥臂芯片3的上表面进入第六主铜箔213。流经交流端子AC及下桥臂芯片4的焊点面，而后通过下桥臂芯片4的上表面进入第二主铜箔112，并从直流负极端子DC-流出功率半导体模块。

优选地，如图5至图6所示，第一衬底的连接铜层11还包括相互绝缘的第一辅助铜箔1110、第二辅助铜箔1120、第三辅助铜箔1130、第四辅助铜箔1140及第五辅助铜箔1150，第三辅助铜箔1130与第四辅助铜箔1140分别连接至下桥臂芯片4的上表面。

第二衬底的连接铜层21还包括相互绝缘的第六辅助铜箔2110、第七辅助铜箔2120、第八辅助铜箔2130、第九辅助铜箔2140及第十辅助铜箔2150，第七辅助铜箔2120与第八辅助铜箔2130分别连接至上桥臂芯片3的上表面。

信号端子6包括第一集电极信号端子C1、第二集电极信号端子C2、第一发射极信号端子E1、第二发射极信号端子E2、第一门极信号端子G1以及第二门极信号端子G2。第一集电极信号端子C1连接第一主铜箔111与第六辅助铜箔2110，第一发射极信号端子E1连接第一辅助铜箔1110与第七辅助铜箔2120，第一门极信号端子G1连接第二辅助铜箔1120与第八辅助铜箔2130，第二集电极信号端子C2连接第五辅助铜箔1140与第六主铜箔213，第二发射极信号端子E2连接第四辅助铜箔1140与第十辅助铜箔2150，第二门极信号端子G2连接第三辅助铜箔1130及第九辅助铜箔2140。

经过上述设置后，换流回路电流从直流正极端子DC+进入第一主铜箔111，在第一主铜箔111中流经第一集电极信号端子C1，以及上桥臂芯片3的焊点面,并通过上桥臂芯片3的上表面进入第六主铜箔213、第七辅助铜箔2120及第八辅助铜箔2130，分别流经第一发射极信号端子E1、第一门极信号端子G1、交流端子AC、第二集电极信号端子C2以及下桥臂芯片4的焊点面，而后通过下桥臂芯片4的上表面进入第二主铜箔112、第三辅助铜箔1130及第四辅助铜箔1140，流经第二发射极信号端子E2、第二门极信号端子G2，并从直流负极端子DC-流出功率半导体模块。

优选地，上桥臂芯片3包括上桥臂IGBT芯片UG与上桥臂二极管芯片UD，下桥臂芯片4包括下桥臂IGBT芯片LG与下桥臂二极管芯片LD。所实现的换流回路的电路拓扑结构参见图7所示。

优选地，第一衬底的连接铜层11与上桥臂芯片3的焊点面通过真空回流焊连接，第二衬底的连接铜层21与上桥臂芯片3的上表面通过真空回流焊连接。第二衬底的连接铜层21与下桥臂芯片4的焊点面通过真空回流焊连接，第一衬底的连接铜层11与下桥臂芯片4的上表面通过真空回流焊连接。

可以理解的是，在使用第一导电垫块与第二导电垫块的实施方式中，还包括，第一衬底的连接铜层11与第一导电垫块的底面通过真空回流焊连接，第一导电垫块的顶面与上桥臂芯片3的焊点面通过真空回流焊连接，第二衬底的连接铜层21与第二导电垫块的底面通过真空回流焊连接，第二导电垫块的顶面与下桥臂芯片4的焊点面通过真空回流焊连接，

优选地，第一导电垫块与第二导电垫块的材料包括铝碳化硅、钼铜合金或铜。

本发明还公开了一种功率半导体封装组件，包括至少三个如前所述的功率半导体模块，各个功率半导体模块同向并列设置。分别在各所述功率半导体模块的第一衬底的外覆铜层与第二衬底的外覆铜层上连接散热器。

具体而言，在上述封装组件中各个功率半导体模块同向并列设置，可以理解的是，各个功率半导体模块的功率端子于同侧分布，各个功率半导体模块内第一衬底与第二衬底的方向相同。进一步的，该封装组件可以外接与各功率半导体模块的外覆铜层所接触的散热设备，同时对该封装组件内的各个功率半导体模块实现双面散热。由上述获得的封装组件可以兼容硅基功率芯片、碳化硅功率芯片，可组成单个三相全桥逆变器、双三相全桥逆变器、Boost电路等电力电子电路，可应用于电机控制模块、车辆装配中。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：通过倒装芯片技术使芯片的焊点面直接与连接铜层相连接，降低功率半导体模块的竖向尺寸；通过上桥臂芯片与下桥臂芯片方向相反安装于第一衬底与第二衬底上，能够减少连接第一衬底与第二衬底的垫块，降低功率半导体模块的横向尺寸；通过设置外露的外覆铜层，使功率半导体模块能够进行双面散热。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种双面散热的功率半导体模块，其特征在于，

包括第一衬底与第二衬底，所述第一衬底与所述第二衬底均包括贴合设置的连接铜层、绝缘介质层及外覆铜层，所述绝缘介质层设置于所述连接铜层与所述外覆铜层之间；所述第一衬底与所述第二衬底间隔并于竖直方向重合，使所述第一衬底的连接铜层与所述第二衬底的连接铜层相对；

所述第一衬底的连接铜层上设置有上桥臂芯片，所述第一衬底的连接铜层与所述上桥臂芯片的焊点面连接，所述第二衬底的连接铜层与所述上桥臂芯片的上表面连接；

所述第二衬底的连接铜层上设置有下桥臂芯片，所述第二衬底的连接铜层与所述下桥臂芯片的焊点面连接，所述第一衬底的连接铜层与所述下桥臂芯片的上表面连接；

在所述第一衬底的连接铜层与所述第二衬底的连接铜层之间于两侧分别设置有信号端子与功率端子。

2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，

所述第一衬底的连接铜层与所述上桥臂芯片之间设置有第一导电垫块，所述第一衬底的连接铜层与所述第一导电垫块的底面连接，所述第一导电垫块的顶面与所述上桥臂芯片的焊点面连接，使所述上桥臂芯片的上表面的高度与所述信号端子的上表面的高度相等；

所述第二衬底的连接铜层与所述下桥臂芯片之间设置有第二导电垫块，使得所述第二衬底的连接铜层与所述第二导电垫块的底面连接，所述第二导电垫块的顶面与所述下桥臂芯片的焊点面连接，使所述下桥臂芯片的上表面的高度与所述信号端子的下表面的高度相等。

3.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，

所述第一衬底与所述第二衬底间隔安装于绝缘外壳内并于竖直方向重合，使所述第一衬底的连接铜层与所述第二衬底的连接铜层相对，所述第一衬底的外覆铜层与所述第二衬底的外覆铜层相背并分别露出于所述绝缘外壳之外；

所述信号端子与所述功率端子分别沿水平方向露出于所述绝缘外壳的两侧之外。

4.根据权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，

在所述绝缘外壳靠近所述信号端子的一侧上偏离所述绝缘外壳的中线设置定位槽。

5.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，

所述第一衬底的连接铜层包括相互绝缘的第一主铜箔、第二主铜箔及第三主铜箔，所述第二衬底的连接铜层包括相互绝缘的第四主铜箔、第五主铜箔及第六主铜箔；

所述第一主铜箔连接所述上桥臂芯片的焊点面，所述第二主铜箔连接所述下桥臂芯片的上表面，所述第六主铜箔连接所述下桥臂芯片的焊点面及所述上桥臂芯片的上表面；所述功率端子包括直流正极端子、直流负极端子及交流端子，所述直流正极端子连接所述第一主铜箔与所述第四主铜箔，所述直流负极端子连接所述第二主铜箔与所述第五主铜箔，所述交流端子连接所述第三主铜箔与所述第六主铜箔；

换流回路电流从所述直流正极端子进入所述第一主铜箔，流经所述上桥臂芯片后进入所述第六主铜箔，流经所述交流端子及所述下桥臂芯片，而后进入所述第二主铜箔，并从所述直流负极端子流出所述功率半导体模块。

6.根据权利要求5所述的功率半导体模块，其特征在于，

所述第一衬底的连接铜层还包括相互绝缘的第一辅助铜箔、第二辅助铜箔、第三辅助铜箔、第四辅助铜箔及第五辅助铜箔，所述第三辅助铜箔与所述第四辅助铜箔分别连接至所述下桥臂芯片的上表面；

所述第二衬底的连接铜层还包括相互绝缘的第六辅助铜箔、第七辅助铜箔、第八辅助铜箔、第九辅助铜箔及第十辅助铜箔，所述第七辅助铜箔与所述第八辅助铜箔分别连接至所述上桥臂芯片的上表面；

所述信号端子包括第一集电极信号端子、第二集电极信号端子、第一发射极信号端子、第二发射极信号端子、第一门极信号端子以及第二门极信号端子；

所述第一集电极信号端子连接所述第一主铜箔与所述第六辅助铜箔，所述第一发射极信号端子连接所述第一辅助铜箔与所述第七辅助铜箔，所述第一门极信号端子连接所述第二辅助铜箔与所述第八辅助铜箔，所述第二集电极信号端子连接所述第五辅助铜箔与所述第六主铜箔，所述第二发射极信号端子连接所述第四辅助铜箔与所述第十辅助铜箔，所述第二门极信号端子连接所述第三辅助铜箔及所述第九辅助铜箔；

换流回路电流从所述直流正极端子进入所述第一主铜箔，流经所述第一集电极信号端子与所述上桥臂芯片后进入所述第六主铜箔、第七辅助铜箔及第八辅助铜箔，分别流经所述第一发射极信号端子、所述第一门极信号端子、所述交流端子、所述第二集电极信号端子以及所述下桥臂芯片，而后进入所述第二主铜箔、第三辅助铜箔及第四辅助铜箔，流经所述第二发射极信号端子、所述第二门极信号端子，并从所述直流负极端子流出所述功率半导体模块。

7.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，

所述上桥臂芯片包括上桥臂IGBT芯片与上桥臂二极管芯片，所述下桥臂芯片包括下桥臂IGBT芯片与下桥臂二极管芯片。

8.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，

所述第一衬底的连接铜层与所述上桥臂芯片的焊点面通过真空回流焊连接，所述第二衬底的连接铜层与所述上桥臂芯片的上表面通过真空回流焊连接；

所述第二衬底的连接铜层与所述下桥臂芯片的焊点面通过真空回流焊连接，所述第一衬底的连接铜层与所述下桥臂芯片的上表面通过真空回流焊连接。

9.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，

所述第一导电垫块与所述第二导电垫块的材料包括铝碳化硅、钼铜合金或铜。

10.一种功率半导体封装组件，其特征在于，

包括至少三个如权利要求1-9中任一项所述的功率半导体模块，各个所述功率半导体模块同向并列设置；

分别在各所述功率半导体模块的所述第一衬底的外覆铜层与所述第二衬底的外覆铜层上连接散热器。