CN118173529A - 一种无端子的双面散热功率半导体模块 - Google Patents

一种无端子的双面散热功率半导体模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无端子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间隔对向设置，使第一衬底的连接铜层与第二衬底的连接铜层相对；第二衬底的连接铜层分别与所述上桥臂芯片的焊点面及所述下桥臂芯片的焊点面连接，所述第一衬底的连接铜层分别与所述上桥臂芯片的上表面及所述下桥臂芯片的上表面连接；第一衬底的长度大于所述第二衬底的长度，使第一衬底的连接铜层沿水平方向延伸并部分露出于第二衬底之外；上桥臂芯片与下桥臂芯片之间设置有分别连接第一衬底的连接铜层与第二衬底的连接铜层的换流垫块。采用本技术方案后，能够减少外伸式端子部件，降低功率半导体模块尺寸并提高兼容性，并且能够实现双面散热。

Description

一种无端子的双面散热功率半导体模块
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种无端子的双面散热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、汽车电机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陶瓷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、模块占用空间大、兼容性较差的问题，而在车用模块中，对体积和功率密度都有很高的要求。并且功率半导体模块中的功率回路、信号回路通常采用引线框架、分立引脚、分立铜箔等结构实现与外部部件的连接，将进一步增加模块的尺寸，降低电机控制器结构布局灵活性，增加成本。因此，需要一种整体尺寸小、功率密度高、兼容性强的双面散热功率半导体模块及封装组件。
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无端子的双面散热功率半导体模块，实现尺寸小、功率密度高、兼容性强的效果。
本发明公开了一种无端子的双面散热功率半导体模块，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对向设置，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；
所述第二衬底的连接铜层上设置有上桥臂芯片与下桥臂芯片，所述第二衬底的连接铜层分别与所述上桥臂芯片的焊点面及所述下桥臂芯片的焊点面连接，所述第一衬底的连接铜层分别与所述上桥臂芯片的上表面及所述下桥臂芯片的上表面连接；
所述第一衬底的长度大于所述第二衬底的长度，使所述第一衬底的连接铜层沿水平方向延伸并部分露出于所述第二衬底之外；
所述上桥臂芯片与所述下桥臂芯片之间设置有换流垫块，所述换流垫块分别连接所述第一衬底的连接铜层与所述第二衬底的连接铜层，使所述上桥臂芯片与所述下桥臂芯片间导通。
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、第三主铜箔及第四主铜箔，所述第二衬底的连接铜层包括相互绝缘的第五主铜箔及第六主铜箔，所述第一主铜箔、所述第二主铜箔及所述第三主铜箔部分露出于所述第二衬底之外，所述换流垫块连接所述第四主铜箔与所述第六主铜箔；
所述第五主铜箔连接所述上桥臂芯片的焊点面，所述第六主铜箔连接所述下桥臂芯片的焊点面，所述第四主铜箔连接所述上桥臂芯片的上表面，所述第二主铜箔连接所述下桥臂芯片的上表面；
还包括直流垫块与交流垫块，所述直流垫块连接所述第一主铜箔与所述第五主铜箔，所述交流垫块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第一主铜箔流入，经由所述直流垫块进入所述第五主铜箔，流经所述上桥臂芯片后进入所述第四主铜箔，而后经由所述换流垫块进入所述第六主铜箔，流经所述下桥臂芯片与所述交流垫块后分别进入所述第二主铜箔与所述第三主铜箔，分别从所述第二主铜箔与所述第三主铜箔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、第五辅助铜箔及第六辅助铜箔，所述第一辅助铜箔、第二辅助铜箔、第三辅助铜箔、第四辅助铜箔、第五辅助铜箔及第六辅助铜箔部分露出于所述第二衬底之外；
还包括上桥臂信号垫块与下桥臂信号垫块，所述上桥臂信号垫块连接所述第一辅助铜箔与所述第五主铜箔，所述下桥臂信号垫块连接所述第六辅助铜箔与所述第六主铜箔；
所述第二辅助铜箔与所述第三辅助铜箔分别连接至所述上桥臂芯片的上表面，所述第四辅助铜箔与所述第五辅助铜箔分别连接至所述下桥臂芯片的上表面；
换流回路电流从所述第一主铜箔流入，经由所述直流垫块进入所述第五主铜箔，经由所述上桥臂信号垫块进入所述第一辅助铜箔，以及流经所述上桥臂芯片后进入所述第四主铜箔、所述第二辅助铜箔及所述第三辅助铜箔，而后经由所述换流垫块进入所述第六主铜箔，经由所述下桥臂信号垫块进入所述第六辅助铜箔，以及流经所述下桥臂芯片与所述交流垫块后分别进入所述第二主铜箔、所述第四辅助铜箔、所述第五辅助铜箔与所述第三主铜箔，分别从所述第二主铜箔与所述第三主铜箔流出所述功率半导体模块。
优选地，所述第五主铜箔与所述上桥臂芯片之间设置有第一导电垫块，所述第五主铜箔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；
所述第六主铜箔与所述下桥臂芯片之间设置有第二导电垫块，所述第六主铜箔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。
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，使所述第一衬底的连接铜层与所述第二衬底的连接铜层于所述绝缘外壳内相对，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；
所述绝缘外壳于顶面开设有凹槽，使所述第一主铜箔、所述第二主铜箔、所述第三主铜箔、所述第一辅助铜箔、所述第二辅助铜箔、所述第三辅助铜箔、所述第四辅助铜箔、所述第五辅助铜箔及所述第六辅助铜箔部分露出于所述绝缘外壳之外。
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，所述第二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上桥臂芯片的上表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、所述第二导电垫块、所述换流垫块、所述信号垫块及所述功率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：由第一衬底的连接铜层直接承接功率回路与信号回路并外露，无外伸式端子设计，降低功率半导体模块横向尺寸并提高兼容性；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立体装配示意图；
图4为本发明的一种功率半导体模块的结构示意图；
图5为本发明的一种功率半导体模块的结构示意图；
图6为本发明的一种第一衬底的结构示意图；
图7为本发明的一种第二衬底的结构示意图；
图8为本发明的一种功率半导体模块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；111-第一主铜箔；112-第二主铜箔；113-第三主铜箔；114-第四主铜箔；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；1160-第六辅助铜箔；12-第一衬底的外覆铜层；2-第二衬底；21-第二衬底的连接铜层；211-第五主铜箔；212-第六主铜箔；22-第二衬底的外覆铜层；3-上桥臂芯片；4-下桥臂芯片；5-换流垫块；61-直流垫块；62-交流垫块；71-上桥臂信号垫块；72-下桥臂信号垫块；8-绝缘外壳。
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至图7所示，本发明公开了一种无端子的双面散热功率半导体模块，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。第一衬底与第二衬底间隔对向设置，使第一衬底的连接铜层11与第二衬底的连接铜层21相对。
第二衬底的连接铜层21上设置有上桥臂芯片3与下桥臂芯片4，第二衬底的连接铜层21分别与上桥臂芯片3的焊点面及下桥臂芯片4的焊点面连接，第一衬底的连接铜层11分别与上桥臂芯片3的上表面及下桥臂芯片4的上表面连接。第一衬底1的长度大于第二衬底2的长度，使第一衬底的连接铜层11沿水平方向延伸并部分露出于第二衬底2之外。上桥臂芯片3与下桥臂芯片4之间设置有换流垫块5，换流垫块5分别连接第一衬底的连接铜层11与第二衬底的连接铜层21，使上桥臂芯片3与下桥臂芯片4间导通。
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。如图2为第二衬底2位于第一衬底1上方方向的装配示意图，图3为第一衬底1位于第二衬底2上方方向的装配示意图，第一衬底的外覆铜层12与第二衬底的外覆铜层23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。
第一衬底1的长度大于第二衬底2的长度，使第一衬底的连接铜层11沿水平方向延伸并部分露出于第二衬底2之外。第一衬底的连接铜层11露出于第二衬底2之外的部分用于承接功率回路和信号回路，减少了现有技术中的信号端子与功率端子，可以直接采用第一衬底的连接铜层11通过激光焊接、柔性PCB等方式与电容、驱动板卡等部件形成连接。
优选地，第一衬底的连接铜层、第一衬底的绝缘介质层及第一衬底的外覆铜层的厚度可以依次设置为0.8毫米、0.32毫米及0.8毫米。第二衬底的连接铜层、第二衬底的绝缘介质层及第二衬底的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。可以理解的是，第一衬底的连接铜层需要保障一定厚度以实现激光焊接的最低要求，使得能够通过激光焊接连接电容、驱动板卡等部件。
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。将第二衬底的连接铜层21分别与上桥臂芯片3的焊点面及下桥臂芯片4的焊点面连接，也即，将上桥臂芯片3和下桥臂芯片4通过倒装芯片的方式连接到第二衬底的连接铜层21。第1衬底的连接铜层21分别与上桥臂芯片3的上表面及下桥臂芯片4的上表面连接，使得从上桥臂芯片3的焊点面及下桥臂芯片4的焊点面流入的电流能够通过上桥臂芯片3的上表面与下桥臂芯片4的上表面进入第二衬底的连接铜层11。并且换流垫块5分别连接第一衬底的连接铜层11与第二衬底的连接铜层21，使得进入第一衬底的连接铜层11的电流可以再度流入至第二衬底的连接铜层21。由此，电流能够持续通过上桥臂芯片3、下桥臂芯片4及换流垫块5在第一衬底的连接铜层11和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，通过外露第一衬底的连接铜层11以减少信号端子和功率端子的设计，能够减少部件的使用，降低功率半导体模块的横向尺寸。
在一种可选的实施方式中，参见图6至图7所示，第一衬底上的连接铜层包括相互绝缘的第一主铜箔111、第二主铜箔112、第三主铜箔113及第四主铜箔114，第二衬底的连接铜层包括相互绝缘的第五主铜箔211及第六主铜箔212，第一主铜箔111、第二主铜箔112及第三主铜箔113部分露出于第二衬底之外，换流垫块5连接第四主铜箔114与第六主铜箔212。
第五主铜箔211连接上桥臂芯片3的焊点面，第六主铜箔212连接下桥臂芯片4的焊点面，第四主铜箔114连接上桥臂芯片3的上表面，第二主铜箔112连接下桥臂芯片4的上表面。
还包括直流垫块61与交流垫块62，直流垫块61连接第一主铜箔111与第五主铜箔211，交流垫块62连接第三主铜箔113与第六主铜箔212。
具体的，在本发明中通过第一主铜箔111、第二主铜箔112及第三主铜箔113承接功率回路并部分露出于第二衬底2之外，可以在第一主铜箔111、第二主铜箔112及第三主铜箔113上通过激光焊接、柔性PCB等方式连接电容，以减少功率端子部件。其中，第一主铜箔111作为直流正极端，也即图8电路中的DC+端；第二主铜箔112作为直流负极端，也即图8电路中的DC-端；第三主铜箔113作为交流端，也即图8电路中的AC端。
经过上述设置后，换流回路电流从第一主铜箔111流入，经由直流垫块61进入第五主铜箔211，流经上桥臂芯片3的焊点面，通过上桥臂芯片3的上表面进入第四主铜箔114。而后经由换流垫块5进入第六主铜箔212，流经下桥臂芯片4的焊点面与交流垫块62后，通过下桥臂芯片4的上表面进入第二主铜箔112以及通过交流垫块62进入第三主铜箔113，分别从第二主铜箔112与第三主铜箔113流出功率半导体模块。
优选地，如图6至图7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、第五辅助铜箔1150及第六辅助铜箔1160。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、第五辅助铜箔1150及第六辅助铜箔1160部分露出于第二衬底2之外。
还包括上桥臂信号垫块71与下桥臂信号垫块72，上桥臂信号垫块71连接第一辅助铜箔1110与第五主铜箔211，下桥臂信号垫块72连接第六辅助铜箔1600与第六主铜箔212。
第二辅助铜箔1120与第三辅助铜箔1130分别连接至上桥臂芯片3的上表面，第四辅助铜箔1140与第五辅助铜箔1150分别连接至下桥臂芯片4的上表面。
具体的，在本发明中通过第一辅助铜箔1110、第二辅助铜箔1120、第三辅助铜箔1130、第四辅助铜箔1140、第五辅助铜箔1150及第六辅助铜箔1160承接信号回路并部分露出于第二衬底2之外，可以在第一辅助铜箔1110、第二辅助铜箔1120、第三辅助铜箔1130、第四辅助铜箔1140、第五辅助铜箔1150及第六辅助铜箔1160上通过激光焊接、柔性PCB等方式连接驱动板卡，以减少信号端子部件。其中，第一辅助铜箔1110作为上桥臂集电极信号端，也即图8电路中的C1端；第二辅助铜箔1120作为上桥臂门极信号端，也即图8电路中的G1端；第三辅助铜箔1130作为上桥臂发射极信号端，也即图8电路中的E1端；第四辅助铜箔1140作为下桥臂发射极信号端，也即图8电路中的E2端；第五辅助铜箔1150作为下桥臂门极信号端，也即图8电路中的G2端；第六辅助铜箔1160作为下桥臂集电极信号端，也即图8电路中的C2端。
经过上述设置后，换流回路电流从第一主铜箔111流入，经由直流垫块61进入第五主铜箔211，流经上桥臂信号垫块71进入所述第一辅助铜箔1110，以及流经上桥臂芯片3的焊点面，通过上桥臂芯片3的上表面进入第四主铜箔114、第二辅助铜箔1120及第三辅助铜箔1130。而后经由换流垫块5进入第六主铜箔212，经由下桥臂信号垫块72进入第六辅助铜箔1160，以及流经下桥臂芯片4的焊点面与交流垫块62，通过下桥臂芯片4的上表面进入第二主铜箔112、第四辅助铜箔1140及第五辅助铜箔1150，通过交流垫块62进入第三主铜箔113，分别从第二主铜箔112与第三主铜箔113流出所述功率半导体模块。
在一种可选的实施方式中，第五主铜箔211与上桥臂芯片3之间设置有第一导电垫块，第五主铜箔211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。
第六主铜箔212与下桥臂芯片4之间设置有第二导电垫块，第六主铜箔212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。
在一种可选的实施方式中，参见图4至图5所示，第一衬底1与第二衬底2间隔安装于绝缘外壳8内，使第一衬底的连接铜层11与2第二衬底的连接铜1层于绝缘外壳8内相对，第一衬底的外覆铜层12与第二衬底的外覆铜层22相背并分别露出于绝缘外壳8之外。
绝缘外壳8于顶面开设有凹槽，使第一主铜箔111、第二主铜箔112、第三主铜箔113、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、第五辅助铜箔1150及第六辅助铜箔1160部分露出于绝缘外壳8之外。
具体而言，绝缘外壳8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8内，形成绝缘外壳8包裹第一衬底1与第二衬底2的结构，绝缘外壳8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12与第二衬底的外覆铜层22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12与第二衬底的外覆铜层22。使得功率半导体模块能够通过第一衬底的外覆铜层12与第二衬底的外覆铜层22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12与第二衬底的外覆铜层22分别露出于绝缘外壳8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。
如图4所示，第一主铜箔111、第二主铜箔112、第三主铜箔113、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、第五辅助铜箔1150及第六辅助铜箔1160部分露出于绝缘外壳8之外，使得能够通过激光焊接、柔性PCB等方式与电容、驱动板卡等部件形成连接。
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8所示。
优选地，第二衬底的连接铜层21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与上桥臂芯片3的上表面通过真空回流焊连接，第一衬底的连接铜层11与上桥臂芯片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，第二衬底的连接铜层21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，所述第一导电垫块、所述第二导电垫块、所述换流垫块、所述信号垫块及所述功率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。
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：由第一衬底的铜箔直接承接功率回路与信号回路并外露，无外伸式端子设计，降低功率半导体模块横向尺寸并提高兼容性；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 (9)

1.一种无端子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对向设置，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；
所述第二衬底的连接铜层上设置有上桥臂芯片与下桥臂芯片，所述第二衬底的连接铜层分别与所述上桥臂芯片的焊点面及所述下桥臂芯片的焊点面连接，所述第一衬底的连接铜层分别与所述上桥臂芯片的上表面及所述下桥臂芯片的上表面连接；
所述第一衬底的长度大于所述第二衬底的长度，使所述第一衬底的连接铜层沿水平方向延伸并部分露出于所述第二衬底之外；
所述上桥臂芯片与所述下桥臂芯片之间设置有换流垫块，所述换流垫块分别连接所述第一衬底的连接铜层与所述第二衬底的连接铜层，使所述上桥臂芯片与所述下桥臂芯片间导通。
2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述第一衬底上的连接铜层包括相互绝缘的第一主铜箔、第二主铜箔、第三主铜箔及第四主铜箔，所述第二衬底的连接铜层包括相互绝缘的第五主铜箔及第六主铜箔，所述第一主铜箔、所述第二主铜箔及所述第三主铜箔部分露出于所述第二衬底之外，所述换流垫块连接所述第四主铜箔与所述第六主铜箔；
所述第五主铜箔连接所述上桥臂芯片的焊点面，所述第六主铜箔连接所述下桥臂芯片的焊点面，所述第四主铜箔连接所述上桥臂芯片的上表面，所述第二主铜箔连接所述下桥臂芯片的上表面；
还包括直流垫块与交流垫块，所述直流垫块连接所述第一主铜箔与所述第五主铜箔，所述交流垫块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第一主铜箔流入，经由所述直流垫块进入所述第五主铜箔，流经所述上桥臂芯片后进入所述第四主铜箔，而后经由所述换流垫块进入所述第六主铜箔，流经所述下桥臂芯片与所述交流垫块后分别进入所述第二主铜箔与所述第三主铜箔，分别从所述第二主铜箔与所述第三主铜箔流出所述功率半导体模块。
3.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、第五辅助铜箔及第六辅助铜箔；
所述第一辅助铜箔、所述第二辅助铜箔、所述第三辅助铜箔、所述第四辅助铜箔、所述第五辅助铜箔及所述第六辅助铜箔部分露出于所述第二衬底之外；
还包括上桥臂信号垫块与下桥臂信号垫块，所述上桥臂信号垫块连接所述第一辅助铜箔与所述第五主铜箔，所述下桥臂信号垫块连接所述第六辅助铜箔与所述第六主铜箔；所述第二辅助铜箔与所述第三辅助铜箔分别连接至所述上桥臂芯片的上表面，所述第四辅助铜箔与所述第五辅助铜箔分别连接至所述下桥臂芯片的上表面；
换流回路电流从所述第一主铜箔流入，经由所述直流垫块进入所述第五主铜箔，经由所述上桥臂信号垫块进入所述第一辅助铜箔，以及流经所述上桥臂芯片后进入所述第四主铜箔、所述第二辅助铜箔及所述第三辅助铜箔，而后经由所述换流垫块进入所述第六主铜箔，经由所述下桥臂信号垫块进入所述第六辅助铜箔，以及流经所述下桥臂芯片与所述交流垫块后分别进入所述第二主铜箔、所述第四辅助铜箔、所述第五辅助铜箔与所述第三主铜箔，分别从所述第二主铜箔与所述第三主铜箔流出所述功率半导体模块。
4.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述第五主铜箔与所述上桥臂芯片之间设置有第一导电垫块，所述第五主铜箔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；所述第六主铜箔与所述下桥臂芯片之间设置有第二导电垫块，所述第六主铜箔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。
5.根据权利要求4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，使所述第一衬底的连接铜层与所述第二衬底的连接铜层于所述绝缘外壳内相对，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；
所述绝缘外壳于顶面开设有凹槽，使所述第一主铜箔、所述第二主铜箔、所述第三主铜箔、所述第一辅助铜箔、所述第二辅助铜箔、所述第三辅助铜箔、所述第四辅助铜箔、所述第五辅助铜箔及所述第六辅助铜箔部分露出于所述绝缘外壳之外。
6.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。
7.根据权利要求1所述的双面散热功率半导体模块，其特征在于，
所述第二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上桥臂芯片的上表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。
8.根据权利要求2所述的双面散热功率半导体模块，其特征在于，
所述第一导电垫块、所述第二导电垫块、所述换流垫块、所述信号垫块及所述功率垫块的材料包括铝碳化硅、钼铜合金或铜。
9.一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1-8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。
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