CN214043633U - 功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种功率模块，包括半导体芯片，半导体芯片底部连接到电导体，电导体底部设有绝缘体和散热器，绝缘体设置于电导体与散热器之间，电导体顶部设有输入端子和输出端子，半导体芯片顶部和电导体顶部还设有键合线和连接线路板，其中，键合线用于连接半导体芯片和电导体，半导体芯片和电导体通过连接线路板连接到驱动板。本实用新型能够减少键合工艺，优化工艺路线，减少加工工序，从而能够提高生产效率，降低加工成本，同时能够减少键合线长度，节约原材料的消耗，从而能够降低物料成本，有利于降低成本和重量，提升市场竞争力，此外，还能够有效地释放器件之间的应力，减少应用过程中因震动对器件的损伤，从而能够提升产品可靠性。

Description

功率模块

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种功率模块。

背景技术

通常IGBT功率模块的开通、关断，是由半导体芯片的开通、关断决定的，而半导体芯片的开通关断，则是通过驱动端给定开启电压，来实现半导体芯片的开通关断，因此，在此过程中，如何实现半导体芯片与驱动板之间有效、可靠的电气连接至关重要。目前，半导体芯片与驱动板之间的电气连接方式一般是通过金属导线键合，使门极与取样端子连接在一起，而取样端子顶部则通过焊接的方式，与驱动板连接在一起，从而实现整个线路的电气连接。

然而，目前的电气连接方式具有以下缺点：其一，该电气连接过程中工序多，涉及连接物料较多，工艺控制难度高；其二，取样端子和驱动板为硬接触，此处的应力较大，特别的动态环境中，因为力的作用，器件自身无法释放应力，可能造成器件损坏；其三，工艺繁琐，加工工序多，生产效率低下，并且且产品硬度大、密度高，使得制作成品质量重、体积大，在市场竞争中不占有优势。

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，本实用新型的目的在于提出一种功率模块，能够减少键合工艺，优化工艺路线，减少加工工序，从而能够提高生产效率，降低加工成本，同时还能够减少键合线长度，节约原材料的消耗，从而能够降低物料成本，有利于降低成品产品成本和重量，提升市场竞争力，此外，还能够有效地释放器件之间的应力，减少应用过程中因震动或拉扯对器件的损伤，从而能够提升产品的可靠性。

为达到上述目的，本实用新型实施例提出了一种功率模块，包括半导体芯片，所述半导体芯片底部连接到电导体，所述电导体底部设有绝缘体和散热器，所述绝缘体设置于所述电导体与所述散热器之间，所述电导体顶部设有输入端子和输出端子，所述半导体芯片顶部和所述电导体顶部还设有键合线和连接线路板，其中，所述键合线用于连接所述半导体芯片和所述电导体，所述半导体芯片和所述电导体通过所述连接线路板连接到驱动板。

另外，根据本实用新型上述实施例提出的功率模块还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述半导体芯片顶部设有门极，所述驱动板底部设有连接点，其中，所述门极与所述连接线路板的一端相连，所述连接点与所述连接线路板的另一端相连。

根据本实用新型的一个实施例，所述连接线路板为软性线路板，其中，所述软性线路板包括聚酰亚胺底板。

根据本实用新型的一个实施例，所散热器包括散热板和散热水道，所述散热板设置于所述绝缘板与所述散热水道之间

根据本实用新型的一个实施例，所述半导体芯片为IGBT芯片。

根据本实用新型的一个实施例，所述键合线为铝线。

本实用新型的有益效果如下：

(1)通过设置软性线路板，能够减少键合工艺，优化工艺路线，减少加工工序，从而能够提高生产效率，降低加工成本，同时还能够减少键合线长度，节约原材料的消耗，从而能够降低物料成本，有利于降低成品产品成本，提升市场竞争力，此外，还能够有效地释放器件之间的应力，减少应用过程中因震动或拉扯对器件的损伤，从而能够提升产品的可靠性；

(2)考虑到软性线路板具有极高的挠曲性，能够适合于三维空间的电路互连，因此，通过软性线路板连接，无论在安装或者拆卸的过程中，器件配合是允许存在形变量的，并且不破坏元器件的结构，由此可实现器件的单独安装或者拆卸，应用更加便利，加之软性线路板厚度薄，质量轻，能够有效地缩小功率模块的体积，以及减小功率模块的重量，从而能够提升市场竞争力；

(3)考虑到软性线路板的配线密度高，组合简单，市场应用较成熟，材料加工成本低，因此，通过软性线路板连接，能够有效降低成本，此外，软性线路板一般以聚酰亚胺作为底板，在其表面附着铜箔作为导体的印刷电路，具有优良的电气特性以及绝缘性能，从而能够保证产品性能。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的功率模块的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的功率模块的结构俯视图。

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为本实用新型一个实施例的功率模块的结构示意图。

如图1所示，本实用新型实施例的功率模块，包括半导体芯片10，半导体芯片10底部连接到电导体20，电导体20底部设有绝缘体30和散热器40，绝缘体30设置于电导体20与散热器40之间，电导体20顶部设有输入端子50和输出端子60，半导体芯片10顶部和电导体20顶部还设有键合线70和连接线路板80，其中，键合线70用于连接半导体芯片10和电导体20，半导体芯片10和电导体20通过连接线路板80连接到驱动板90。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，功率模块可包括四个半导体芯片，即第一半导体芯片101、第二半导体芯片102、第三半导体芯片103和第三半导体芯片104，同时可包括三个电导体，即第一电导体201、第二电导体202和第三电导体203，此外还可包括四个连接线路板，即第一连接线路板801、第二连接线路板802、第三连接线路板803和第四连接线路板804。

其中，第一输入端子501可设置于第一电导体201顶部，具体可通过焊锡或超声波焊接于第一电导体201顶部的输入端，从而可将第一输入端子501和第一电导体201连接在一起，以实现输入电流的传导；第一半导体芯片101和第二半导体芯片102也可设置于第一电导体201顶部，具体可通过焊接固定于第一电导体201顶部的半导体芯片10放置区域；第一电导体201可通过烧结固定于绝缘体30的顶部，从而可实现功率产品内部的电气绝缘。

同样地，第二输入端子502可设置于第二电导体202顶部，具体可通过焊锡或超声波焊接于第二电导体202顶部的输入端，从而可将第二输入端子502和第二电导体202连接在一起，以实现输入电流的传导；输出端子60可设置于第三电导体203顶部，具体可通过焊锡或超声波焊接于第三电导体203顶部的输出端，从而可将输出端子60和第三电导体203连接在一起，以实现输出电流的传导；第三半导体芯片103和第三半导体芯片104可设置于第三电导体203顶部，具体可通过焊接固定于第三电导体203顶部的半导体芯片10放置区域；第二电导体202和第三电导体203均可通过烧结固定于绝缘体30的顶部，从而可实现功率产品内部的电气绝缘。

进一步地，结合图2，第一半导体芯片101和第二半导体芯片102可通过键合线70进行键合连接，并可通过键合线70连接到第三电导体203，同时可通过第一连接线路板801的一端连接到第二半导体芯片102的门极a，以及可通过第二连接线路板802的一端连接到键合线70与第三电导体203之间的一个键合点，具体可将第一连接线路板801的一端焊接于第二半导体芯片102的门极a，以及可将第二连接线路板802的一端焊接于键合线70与第三电导体203之间的一个键合点；同样地，第三半导体芯片103和第三半导体芯片104可通过键合线70进行键合连接，并可通过键合线70连接到第二电导体202，同时可通过第三连接线路板803的一端连接到第三半导体芯片104的门极b，以及可通过第四连接线路板804的一端连接到键合线70与第三半导体芯片104之间的一个键合点，具体可将第三连接线路板803的一端焊接于第三半导体芯片104的门极b，以及可将第四连接线路板804的一端焊接于键合线70与第三半导体芯片104之间的一个键合点。其中，第一连接线路板801、第二连接线路板802、第三连接线路板803和第四连接线路板804的另一端可分别焊接固定于驱动板90底部的对应连接点上。

在本实用新型的一个实施例中，绝缘体30可通过烧结固定于散热器40上，具体如图1所示，绝缘体30可固定设置于散热板401顶部，进一步地，可将散热板401通过螺丝固定于散热水道402上，以实现功率模块的水冷散热。

在本实用新型的一个实施例中，第一半导体芯片101、第二半导体芯片102、第三半导体芯片103和第三半导体芯片104均可为IGBT芯片，第一电导体201可为集电极电导体20，第三电导体203可为发射极电导体20，绝缘板可为环氧树脂绝缘板，散热板可为散热铜片，键合线70可为铝线，连接线路板80可为软性线路板，其中，软性线路板还可包括聚酰亚胺底板。

需要进一步说明的是，上述实施例中采用的结构类型只为最优示例，并不仅限于该种结构类型，例如，在本实用新型的其他实施例中，键合线70还可为铜线、金线等金属线；在本实用新型的其他实施例中，半导体芯片10还可为FRED芯片、整流芯片等芯片。

本实用新型的有益效果如下：

(1)通过设置软性线路板，能够减少键合工艺，优化工艺路线，减少加工工序，从而能够提高生产效率，降低加工成本，同时还能够减少键合线长度，节约原材料的消耗，从而能够降低物料成本，有利于降低成品产品成本，提升市场竞争力，此外，还能够有效地释放器件之间的应力，减少应用过程中因震动或拉扯对器件的损伤，从而能够提升产品的可靠性；

(2)考虑到软性线路板具有极高的挠曲性，能够适合于三维空间的电路互连，因此，通过软性线路板连接，无论在安装或者拆卸的过程中，器件配合是允许存在形变量的，并且不破坏元器件的结构，由此可实现器件的单独安装或者拆卸，应用更加便利，加之软性线路板厚度薄，质量轻，能够有效地缩小功率模块的体积，以及减小功率模块的重量，从而能够提升市场竞争力；

(3)考虑到软性线路板的配线密度高，组合简单，市场应用较成熟，材料加工成本低，因此，通过软性线路板连接，能够有效降低成本，此外，软性线路板一般以聚酰亚胺作为底板，在其表面附着铜箔作为导体的印刷电路，具有优良的电气特性以及绝缘性能，从而能够保证产品性能。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”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 (6)

1.一种功率模块，其特征在于，包括半导体芯片，所述半导体芯片底部连接到电导体，所述电导体底部设有绝缘体和散热器，所述绝缘体设置于所述电导体与所述散热器之间，所述电导体顶部设有输入端子和输出端子，所述半导体芯片顶部和所述电导体顶部还设有键合线和连接线路板，其中，所述键合线用于连接所述半导体芯片和所述电导体，所述半导体芯片和所述电导体通过所述连接线路板连接到驱动板。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述半导体芯片顶部设有门极，所述驱动板底部设有连接点，其中，所述门极与所述连接线路板的一端相连，所述连接点与所述连接线路板的另一端相连。

3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述连接线路板为软性线路板，其中，所述软性线路板包括聚酰亚胺底板。

4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所散热器包括散热板和散热水道，所述散热板设置于所述绝缘体与所述散热水道之间。

5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述半导体芯片为IGBT芯片。

6.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于，所述键合线为铝线。

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