CN211788994U - 功率模块的封装结构和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种功率模块的封装结构和电子设备，其中功率模块的封装结构包括第一基板、第二基板和功率半导体芯片，第二基板和功率半导体芯片焊接于第一基板上表面的不同位置处。本实用新型能够减轻重量，简化加工工艺，并有效控制工作温度，从而延长包含功率模块的电子设备的使用寿命。

Description

功率模块的封装结构和电子设备

技术领域

本实用新型涉及封装技术领域，具体涉及一种功率模块的封装结构和一种电子设备。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)凭借其高耐压、大通流和快速开关等优点广泛应用于航空航天、高铁、电动汽车以及家电等领域。然而，随着应用场合的变化，高功率密度的模块将成为未来IGBT封装的发展趋势，由此也带来了一个不得不面临的问题就是散热问题。

一般IGBT可耐受150℃的高温运作环境，但用于IGBT封装的各种材料却会在此种高温的工作条件下出现加速老化的现象。此外，因IGBT间温度不均匀和相邻材料热胀系数不匹配等引起的应力应变疲劳失效的问题也会在热管理不善的情况下被加剧。因此迫切需要开发新的低热阻封装模块来有效控制工作温度，应对模块集成化、高密度化带来的挑战。

传统的IGBT封装结构，重量较大，加工工艺较为复杂，需要二次焊接、电镀和弧度控制等工序，并且覆铜面需要蚀刻线路，导致芯片下铜层不连续，从而造成横向传热能力较弱，此外，传统的IGBT封装结构的层数较多，也导致垂直散热路径较长。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种功率模块的封装结构，能够减轻重量，简化加工工艺，并缩短垂直散热路径和提高横向传热能力，从而能够有效控制工作温度，并延长包含功率模块的电子设备的使用寿命。

本实用新型的第二个目的在于提出一种电子设备。

为达到上述目的，本实用新型实施例一方面提出了一种功率模块的封装结构，包括第一基板、第二基板和功率半导体芯片，所述第二基板和所述功率半导体芯片焊接于所述第一基板上表面的不同位置处。

根据本实用新型实施例提出的功率模块的封装结构，通过分设第一基板和第二基板，并将第二基板和功率半导体芯片焊接于第一基板上表面的不同位置处，由此，能够减轻重量，简化加工工艺，并缩短垂直散热路径和提高横向传热能力，从而能够有效控制工作温度，并延长包含功率模块的电子设备的使用寿命。

另外，根据本实用新型上述实施例提出的功率模块的封装结构还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述第一基板和所述第二基板均为覆铜陶瓷基板。

进一步地，所述第一基板包括自上而下层叠的第一铜层和第一陶瓷层。

进一步地，所述第一基板包括自上而下层叠的第一铜层、第一陶瓷层和第二铜层。

进一步地，所述第二基板包括自上而下层叠的第三铜层、第二陶瓷层和第四铜层。

进一步地，所述第二铜层的下表面具有弧度。

根据本实用新型的一个实施例，所述功率半导体芯片为IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)芯片。

为达到上述目的，本发明第二方面提出了一种电子设备，包括上述功率模块的封装结构。

根据本实用新型实施例提出的电子设备，采用上述的功率模块的封装结构，能够有效的控制该电子设备的工作温度，从而延长该电子设备的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例的功率模块的封装结构的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的功率模块的封装结构的结构示意图；

图3为传统封装结构的拆解示意图；

图4为本实用新型一个具体实施例的功率模块的封装结构的拆解示意图。

图中：10-第一基板，20-第二基板，30-功率半导体芯片，11-第一铜层，12-第一陶瓷层，13-第二铜层，21-第三铜层，22-第二陶瓷层，23-第四铜层，100-第一焊层，200-第二焊层，a-主路径，b-辅助路径。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例的功率模块的封装结构的结构示意图。

如图1所示，本实用新型一个实施例的功率模块的封装结构包括第一基板10、第二基板20和功率半导体芯片30，其中，第二基板20和功率半导体芯片30焊接于第一基板10上表面的不同位置处。

在本实用新型的一个实施例中，第一基板10和第二基板20均为覆铜陶瓷基板，具有高强度、高导热率和高绝缘性等特点，并且热阻低导热性能好。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，第一基板10包括自上而下层叠的第一铜层11和第一陶瓷层12。其中，第一铜层11具有散热的作用，第一陶瓷层12具有电气绝缘和散热的作用，第一铜层11和第一陶瓷层12可通过铜-陶瓷直接键合技术键合在一起，能够保证第一铜层11的导电性能，并确保第一铜层11与第一陶瓷层12间的接触热阻较低。在本实用新型的另一个实施例中，第一基板10包括自上而下层叠的第一铜层11、第一陶瓷层12和第二铜层13。也就是说，第一基板10可为不包括底面铜层的双层结构或包括底面铜层的三层结构。

其中，第一铜层11可为加厚连续大块铜层，能够提高横向传热能力，并可通过调节第一铜层11的厚度，控制有效热容。由此，可通过调节第一铜层11的铜层厚度使其达到传统厚铜板结构的热容水平。

对于包括第二铜层13的第一基板10，其第二铜层13的下表面可具有弧度，并可根据实际弧度控制情况将其减薄，调节成微凸状态。可通过第二铜层13和第一铜层11的不对称性可控制第一基板10的弧度，能够简化弧度控制方法，并提高弧度控制的精度。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，第二基板20包括自上而下层叠的第三铜层21、第二陶瓷层22和第四铜层23。其中，第三铜层21和第四铜层23具有散热的作用，第二陶瓷层22具有电气绝缘和散热的作用，第三铜层21、第二陶瓷层22和第四铜层23也可通过铜-陶瓷直接键合技术键合在一起，能够保证第三铜层21和第四铜层23的导电性能，并确保陶瓷层22与第三铜层21和第四陶瓷层23间的接触热阻较低。

在本实用新型的一个实施例中，第二基板20刻有线路。通过在第二基板20而非第一基板10上蚀刻线路，可保证第一基板10上表面的第一铜层11的连续性，从而能够提高其横向传热能力。

在本实用新型的一个具体实施例中，功率半导体芯片30可为IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)芯片。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，功率半导体芯片30可通过第一焊层100焊接于第一基板10上表面即第一铜层11上，形成一个垂直方向的散热通路，为主路径a，第二基板20可通过第二焊层200焊接于第一基板10上表面即第一铜层11上，可形成另一个垂直方向的散热通路，为辅助路径b。相比于传统封装结构的单个层数较多的垂直散热通路，上述实施例采用的两个层数较少的垂直散热通路，能够缩短垂直散热路径。

下面将结合图3和图4进一步说明本实用新型的技术方案。

其中，图3为传统封装结构的拆解示意图。参照图3，传统封装结构一般先将IGBT芯片通过高温焊材焊接在覆铜陶瓷基板上，然后将覆铜陶瓷基板通过低温焊材进行二次焊接，将其焊接在铜底板上。

图4为本实用新型一个具体实施例的功率模块的封装结构的拆解示意图。参照图4，在本实用新型的一个具体实施例中，功率半导体30和异形的第二基板20可采用同种焊材例如锡直接一次性焊接在第一基板10上表面即第一铜层11上。相比于传统封装结构，本实用新型实施例的功率模块的封装结构可通过一次焊接完成相应构件的焊接，从而简化了工艺。

根据本实用新型实施例提出的功率模块的封装结构，通过分设第一基板、第二基板，并将第二基板和功率半导体芯片焊接于第一基板上表面的不同位置处，由此，能够减轻重量，简化加工工艺，并缩短垂直散热路径和提高横向传热能力，从而能够有效控制工作温度，并延长包含功率模块的电子设备的使用寿命。

对应上述实施例，本实用新型还提出了一种电子设备。

本实用新型的电子设备，包括上述实施例所述的功率模块的封装结构。例如电焊机和逆变焊机，电焊机和逆变焊机的工作温度高，对于设备的散热要求也高，这就需要通过上述实施例的功率模块的封装结构进行有效地散热，从而达到控制该设备工作温度的目的。

根据本实用新型实施例提出的电子设备，采用上述的功率模块的封装结构，能够有效的控制该电子设备的工作温度，从而延长该电子设备的使用寿命。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种功率模块的封装结构，其特征在于，包括第一基板、第二基板和功率半导体芯片，所述第二基板和所述功率半导体芯片焊接于所述第一基板上表面的不同位置处，所述第一基板和所述第二基板均为覆铜陶瓷基板，所述第一基板包括自上而下层叠的第一铜层、第一陶瓷层和第二铜层，所述第二铜层的下表面具有弧度。

2.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于，所述第二基板包括自上而下层叠的第三铜层、第二陶瓷层和第四铜层。

3.根据权利要求1所述的功率模块的封装结构，其特征在于，所述功率半导体芯片为IGBT芯片。

4.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求1-3中任一项所述的功率模块的封装结构。

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