CN214043635U - 一种智能功率模块及电力电子设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种智能功率模块及电力电子设备,该智能功率模块包括：至少两个功率芯片，功率芯片为平面型的氮化镓芯片；功率芯片的电极均设于正面，背面设有绝缘的外延基底；引线框架，其包括基岛和若干引脚；若干功率芯片均设于基岛；功率芯片的背面固定于基岛的正面，电极通过电连接件与引脚电连接；封装体，其包封功率芯片，以及引线框架的一部分；基岛的背面、引脚露出封装体。该电力电子设备包括上述的智能功率模块。该智能功率模块，功率芯片采用平面型的氮化镓芯片，一基岛承载多个功率芯片，基岛的背面直接由封装体向外露出进行散热，无需对基岛进行绝缘隔离，从而提高了散热性能，降低了成本；该电力电子设备具有良好的散热性能。

Description

一种智能功率模块及电力电子设备
技术领域
本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种智能功率模块及电力电子设备。
背景技术
智能功率模块，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动器件，其在电力电子领域得到了广泛应用。
现有的智能功率模块中，采用的是立体结构的功率芯片，功率芯片焊接在引线框架的基岛上，功率芯片焊接于基岛的一面上有电极，需要在基岛的背面设置绝缘材料层(如绝缘陶瓷片等)进行电隔离，才能通过基岛的背面外露进行散热。但是，如此既增大了热阻，无法高效地将内部的热量散出，并且，封装制程中需要对基岛进行绝缘隔离，成本高。
实用新型内容
本实用新型实施例的一个目的在于：提供一种智能功率模块，其提高了散热效率，降低了制造成本。
本实用新型实施例的另一个目的在于：提供一种电力电子设备，其具有良好的散热性能。
为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种智能功率模块，包括：
至少两个功率芯片，所述功率芯片为平面型的氮化镓芯片；所述功率芯片的电极均设于正面，背面设有绝缘的外延基底；
引线框架，其包括基岛和若干引脚；若干所述功率芯片均设于所述基岛；所述功率芯片的背面固定于所述基岛的正面，所述电极通过电连接件与所述引脚电连接；
封装体，其包封所述功率芯片，以及所述引线框架的一部分；所述基岛的背面、所述引脚露出所述封装体。
作为优选，所述外延基底为硅外延基底、或碳化硅基底、或蓝宝石基底。
作为优选，所述功率芯片包括设于正面的源极、栅极和漏极。
作为优选，所述基岛的背面为散热面，所述基岛的背面与所述封装体的表面齐平。
作为优选，所述基岛由所述封装体的顶部露出，所述引脚向所述封装体的底部弯折。
作为优选，所述基岛由所述封装体的顶部露出，所述引脚向所述封装体的底部弯折。
作为优选，还包括控制芯片，所述控制芯片通过电连接件与所述功率芯片的电极电连接件，所述控制芯片通过电连接件与所述引脚电连接；所述封装体包封所述控制芯片。
作为优选，包括两组或多组芯片组，每一组所述芯片组包括两个所述功率芯片和一个所述控制芯片；同一所述芯片组内，所述功率芯片与所述控制芯片电连接。
作为优选，所述引线框架还包括副岛，所有所述控制芯片均固定于所述副岛。
作为优选，所述功率芯片的栅极与所述控制芯片电连接；其一所述功率芯片的漏极与另一所述功率芯片的源极电连接。
一种电力电子设备，其包括如上方案所述的智能功率模块。
本实用新型的有益效果为：该智能功率模块，功率芯片采用平面型的氮化镓芯片，一基岛承载多个功率芯片，基岛的背面可直接由封装体向外露出进行散热，无需对基岛进行绝缘隔离，从而提高了散热性能，降低了成本；该电力电子设备，具有良好的散热性能。
附图说明
下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型实施例所述智能功率模块的功率芯片的结构示意图；
图2为本实用新型实施例所述智能功率模块的内部结构示意图；
图3为图2中的A部放大图；
图4为本实用新型实施例所述智能功率模块的顶部视图；
图5为本实用新型实施例所述智能功率模块的剖面结构示意图；
图中：10、功率芯片；11、源极；12、漏极；13、栅极；20、引线框架；21、基岛；22、引脚；23、副岛；30、控制芯片；40、电连接件；50、结合材料；60、封装体。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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。
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“固定”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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1-5所示，在本实用新型的智能功率模块的一实施例中，该智能功率模块包括：
至少两个功率芯片10，功率芯片10为平面型的氮化镓芯片；功率芯片10的电极均设于芯片的正面，即功率芯片10的背面无电极，功率芯片10的背面设有绝缘的外延基底；
引线框架20，其包括基岛21和若干引脚22；若干功率芯片10均设于基岛21；功率芯片10的背面固定于基岛21的正面，电极通过电连接件40与引脚22电连接；
封装体60，其包封覆盖功率芯片10，并包封引线框架20的一部分；基岛21的背面露出封装体60以向外散热，引脚22露出封装体60以与外部的电路载体电连接；封装体60用于保护智能功率模块的元器件。
其中，该智能功率模块中，功率芯片10的数量为两个或两个以上。本实施例中，功率芯片10的数量为六个。在其他实施例中，功率芯片10的数量还可以为但不限于四个、七个。
优选地，本实施例中，外延基底为以硅、或碳化硅、或蓝宝石为外延的基底，也即，氮化镓芯片是生长在硅、或碳化硅、或蓝宝石等绝缘材料为外延的基底上。
优选地，功率芯片10包括源极11、栅极13和漏极12，源极11、栅极13和漏极12均设于功率芯片10的正面。
本实用新型的智能功率模块，设置多个功率芯片10，并采用氮化镓芯片作为功率芯片10，功率芯片10的芯片结构为平面型结构，功率芯片的电极均设在背离外延基底的一侧；功率芯片10的背面固定于基岛21的正面，由于功率芯片10的背面的外延基底绝缘，故而基岛21的背面无需设置陶瓷片等绝缘材料，基岛21的背面可直接外露，进行散热。
如此设置，缩短了散热路径，减小了热阻，功率芯片10产生的热量可直接通过基岛21的背面直接散出至环境中，智能功率模块的散热效率得到提高，从而提高智能功率模块的工作可靠性和其他性能。并且，该智能功率模块无需对基岛21进行绝缘隔离，省去了绝缘陶瓷片，可简化封装制程，节省封装材料，降低成本。再者，该智能功率模块包括多个功率芯片10，一个引线框架20的基岛21承载多个功率芯片10，既可通过多个功率芯片10实现更优的工作性能，多个功率芯片10又可通过同一基岛21直接对外散热，能够在尽量小的体积内实现更优的性能。另外，氮化镓芯片作为第三代半导体，具有优良的性能，适于广泛应用。
具体地，功率芯片10的背面通过结合材料50以焊接的方式或以粘合的方式固定于基岛21的正面。其中，结合材料50可以为铅锡银合金、金硅合金、银浆中的一种或多种，也可以为其他结合材料50，结合材料50的成分不作为对本实用新型的限制。
本实施例的封装体60可通过绝缘导热的材料固化形成，封装体60可以为但不限于树脂封装体60；为了提高封装体60的导热系数，可在封装体60内增加导热性能良好的材料。
本实用新型中的电连接件40，可以为一根或多根导电连接线，也可以为导电连接片等可以导电的结构；导电连接线可以为但不限于铜线，导电连接片可以但不限于为铜片。
优选地，基岛21的背面为散热面，其与封装体60的表面齐平。
优选地，为了提升智能功率模块的散热性能，基岛21的整个背面均由封装体60向外露出，从而扩大散热面积，且基岛21的背面无需设置陶瓷等绝缘材料。
在其他实施中，也可以露出基岛21的背面的一部分。
本实施例中，引脚22的一端伸出封装体60，引脚22的端部用于与外部的电路载体(如电路板)焊接。在其他实施例中，也可以仅外露引脚22的底面，只要将引脚22的一部分露出封装体60即可。
优选地，如图5所示，基岛21由封装体60的顶部露出，引脚22向封装体60的底部弯折，如此设置，该智能功率模块安装上电路板时，智能功率模块的底部朝向电路板，引脚22与电路板焊接，智能功率模块的顶部可朝向远离电路板的方向，智能功率模块可直接通过基岛21的背面向外散热。
优选地，该功率芯片10可以为MOSFET管芯、或I GBT管芯、或HEMT管芯。
优选地，该智能功率模块还包括控制芯片30，控制芯片30被封装体60包封；控制芯片30通过电连接件40与功率芯片10的电极电连接，控制芯片30通过电连接件40与引脚22电连接；通过将控制芯片30与功率芯片10一体封装，可通过控制芯片30控制功率芯片10工作，并且，具有高集成度和高可靠性。
优选地，该智能功率模块中包括多组芯片组，每一组芯片组包括两个功率芯片10和一个控制芯片30；同一芯片组内，功率芯片10与控制芯片30电连接。如此，通过一个控制芯片30控制两个或多个的功率芯片10工作，在有限的尺寸内提升智能功率模块的性能。
优选地，引线框架20还包括副岛23，所有控制芯片30均固定于副岛23。副岛23作为承载控制芯片30的载体，将控制芯片30均固定于副岛23，便于生产制造。
本实施例中，副岛23为导电副岛23，副岛23的一部分露出封装体60，作为引脚22使用。本实施例中，副岛23的一端伸出封装体60外，作为引脚22使用。
本实施例中，副岛23完全被封装体60包封。
如图2、3所示，本实施例中的智能功率模块通过如下方式布置：
每一功率芯片10的栅极13分别与控制芯片30电连接；同一芯片组内，包括两个功率芯片10，第一个功率芯片10的源极11与引脚22电连接，两个功率芯片10的漏极12均与引脚22电连接，第一个功率芯片10的漏极12通过电连接件40与第二个功率芯片10的源极11电连接，第一个功率芯片10的漏极12通过电连接件40与控制芯片30电连接。
需要说明的是，本实施例中的布线方式，在其他实施例中，也可以采用其他布线方式实现各元件之间的电连接。
本实用新型还提出一种电力电子设备，该电力电子设备包括如上实施例的智能功率模块。该电力电子设备具有良好的散热性能。
该电力电子设备为变频器、逆变电源、空调器等应用智能功率模块的设备。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左、”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“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一定指的是相同的实施例或示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：
至少两个功率芯片(10)，所述功率芯片(10)为平面型的氮化镓芯片；所述功率芯片(10)的电极均设于正面，背面设有绝缘的外延基底；
引线框架(20)，其包括基岛(21)和若干引脚(22)；若干所述功率芯片(10)均设于所述基岛(21)；所述功率芯片(10)的背面固定于所述基岛(21)的正面，所述电极通过电连接件(40)与所述引脚(22)电连接；
封装体(60)，其包封所述功率芯片(10)，以及所述引线框架(20)的一部分；所述基岛(21)的背面、所述引脚(22)露出所述封装体(60)。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述外延基底为硅外延基底、或碳化硅基底、或蓝宝石基底。
3.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述功率芯片(10)包括设于正面的源极(11)、栅极(13)和漏极(12)。
4.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述基岛(21)的背面为散热面，所述基岛(21)的背面与所述封装体(60)的表面齐平。
5.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述基岛(21)由所述封装体(60)的顶部露出，所述引脚(22)向所述封装体(60)的底部弯折。
6.根据权利要求1-5任一项所述的智能功率模块，其特征在于，还包括控制芯片(30)，所述控制芯片(30)通过电连接件(40)与所述功率芯片(10)的电极电连接件(40)，所述控制芯片(30)通过电连接件(40)与所述引脚(22)电连接；所述封装体(60)包封所述控制芯片(30)。
7.根据权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，包括两组或多组芯片组，每一组所述芯片组包括两个所述功率芯片(10)和一个所述控制芯片(30)；同一所述芯片组内，所述功率芯片(10)与所述控制芯片(30)电连接。
8.根据权利要求7所述的智能功率模块，其特征在于，所述引线框架(20)还包括副岛(23)，所有所述控制芯片(30)均固定于所述副岛(23)。
9.根据权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述功率芯片(10)的栅极(13)与所述控制芯片(30)电连接；其一所述功率芯片(10)的漏极(12)与另一所述功率芯片(10)的源极(11)电连接。
10.一种电力电子设备，其包括如权利要求1-9任一项所述的智能功率模块。
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