CN217035619U - 功率半导体模块封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种功率半导体模块封装结构，涉及功率半导体技术领域。本实用新型的一种功率半导体模块封装结构，其特征在于，包括：基体组、晶片组、键合件。所述基体组至少包括第一基体和第二基体；所述晶片组至少包括第一晶片和第二晶片，所述第一晶片布置在所述第一基体上，所述第二晶片布置在所述第二基体上；所述键合件将所述第一晶片和第二晶片键合；其中，键合件与所述第一晶片、第二晶片的两个接触面包括若干凸起。本实用新型通过带有凸起的键合件，凸起的作用，有效降低键合压力，在相同的压力下可以键合到晶片上更大的覆盖面积，起到分散电流，分散热的作用。同时，凸起结构能增加晶片间的距离，减小寄生电容。

Description

功率半导体模块封装结构

技术领域

本实用新型涉及功率半导体技术领域，具体涉及一种功率半导体模块封装结构。

背景技术

功率半导体模块就是按一定功能、模式的组合体。为满足用户在功率方面的需求，通常采用并联更多功率晶片方式来增加功率半导体模块的电流等级以提高模块的整体输出功率。

对于大电流模块，半桥模块，需要并联或串联晶片后再进行封装。如何有效的减小寄生电容和散热问题，成了关键。

目前，在功率半导体模块封装结构中，主流的散热方式是在功率半导体模块封装结构的壳体上布置冷却模块。然而，这种方式的导致功率半导体模块内部散热效果差，导致功率半导体模块结构中晶片键合应力过大，特别是多组晶片并联或者串联的功率半导体模块，应力过大有可能导致键合部分断裂失效，同时温度过高会影响晶片的性能，如降低载流子的迁移率，增加开态电阻。甚至直接烧坏晶片。因此，如何降低功率半导体模块封装结构中内部晶片键合应力这一问题亟待解决。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种功率半导体模块封装结构，解决了现有的功率半导体模块封装结构中晶片键合应力过大的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本实用新型提供了一种功率半导体模块封装结构，包括：基体组、晶片组、键合件；

所述基体组至少包括第一基体和第二基体；

所述晶片组至少包括第一晶片和第二晶片，所述第一晶片布置在所述第一基体上，所述第二晶片布置在所述第二基体上；

所述键合件将所述第一晶片和第二晶片键合；

其中，键合件与所述第一晶片、第二晶片的两个接触面包括若干凸起。

优选的，所述凸起为条状凸起结构。

优选的，所述凸起为点状凸起结构。

优选的，所述第一基体包括绝缘陶瓷衬底和覆铜板，所述覆铜板布置在所述绝缘陶瓷衬底与所述第一晶片之间。

优选的，还包括冷却模块；

所述冷却模块布置在第一晶片和第二晶片之间，分别通过两个键合件键合。

优选的，所述冷却模块包括冷却壳和分层隔板，

所述冷却壳为具体内部空腔的盒体结构，所述冷却壳左右两侧的冷却壳壁分别设有冷媒进口和冷媒出口；

所述分层隔板设置在冷却壳的内部空腔中，将冷却壳的内部空腔分成两个上下不连通的两层冷却通道。

优选的，所述分层隔板的表面为弧形或者圆角锯齿状。

第二方面，本实用新型提供了一种功率半导体模块封装结构，包括：冷却模块、覆铜板组、晶片组和键合件组；

所述覆铜板组至少包括第一覆铜板和第二覆铜板；

所述晶片组至少包括第一晶片和第二晶片，

所述键合件组至少包括第一键合件和第二键合件，

所述冷却模块的上侧依次布置第一覆铜板、第一晶片和第一键合件；

所述所述冷却模块的下侧依次布置第二覆铜板、第二晶片和第二键合件；

所述第一键合件、第二键合件与晶片组的接触面包括若干凸起。

优选的，所述凸起为点状凸起结构。

优选的，所述冷却模块包括冷却壳和分层隔板，

所述冷却壳为具体内部空腔的盒体结构，所述冷却壳左右两侧的冷却壳壁分别设有冷媒进口和冷媒出口；

所述分层隔板设置在冷却壳的内部空腔中，将冷却壳的内部空腔分成两个上下不连通的两层冷却通道；

所述分层隔板的表面为弧形或者圆角锯齿状。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种功率半导体模块封装结构。与现有技术相比，具备以下有益效果：

本实用新型的一种功率半导体模块封装结构，其特征在于，包括：基体组、晶片组、键合件。所述基体组至少包括第一基体和第二基体；所述晶片组至少包括第一晶片和第二晶片，所述第一晶片布置在所述第一基体上，所述第二晶片布置在所述第二基体上；所述键合件将所述第一晶片和第二晶片键合；其中，键合件与所述第一晶片、第二晶片的两个接触面包括若干凸起。本实用新型通过带有凸起的键合件，凸起的作用，有效降低键合压力，在相同的压力下可以键合到晶片上更大的覆盖面积，起到分散电流，分散热的作用。同时，凸起结构能增加晶片间的距离，减小寄生电容。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1中一种功率半导体模块封装结构的示意图；

图2为实施例1中另一种结构的功率半导体模块封装结构的示意图；

图3为实施例2中的功率半导体模块封装结构的示意图；

图4为实施例1和实施例2中分层隔板的表面为弧形的冷却模块的示意图；

图5为实施例1和实施例2中分层隔板的表面为圆角锯齿状的冷却模块的示意图；

其中，绝缘陶瓷衬底1，覆铜板2，晶片3，键合件4，冷却模块5，冷却壳501，分层隔板502，冷却通道503。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本申请实施例通过提供一种功率半导体模块封装结构，解决了现有的功率半导体模块封装结构中晶片键合应力过大的技术问题，实现降低晶片键合应力，保证键合质量，从而提升功率半导体器件的性能。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

第三代半导体材料晶片的特征是功率密度大，工作频率高，需要有效的减小寄生电容，增加散热效果。SiC主要是垂直型器件结构，而目前氮化镓主要是Si外延结构，水平型器件结构。对于大电流模块，半桥模块，需要并联和串联晶片后再进行封装。如何有效的减小寄生电感电容和晶片键合产生的应力问题，成了关键。本实用新型实施例通过带有凸起的键合件以及将冷却模块设置在封装结构内，解决上述问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1：

如图1所示，该实施例的一种功率半导体模块封装结构，包括：基体组、晶片组、键合件。基体组至少包括第一基体和第二基体；晶片组至少包括两个晶片3，即第一晶片和第二晶片，第一晶片布置在第一基体上，第二晶片布置在所述第二基体上；键合件4将所述第一晶片和第二晶片键合；其中，键合件4与第一晶片、第二晶片的两个接触面包括若干凸起。

本实用新型实施例通过带有凸起的键合件，能达到以下三个效果：

其一、有效降低键合压力，在相同的压力下可以键合到晶片上更大的覆盖面积，起到分散电流，分散热的作用。

其二、凸起结构能增加晶片间的距离，减小寄生电容。

其三、因为多组晶片的厚度误差导致连接时，高度会略微偏离同一平面，带凸起的设计可以在保证键合压力应变下，减薄键合件的基体厚度，从而使水平晶片间的键合件的扭曲力得以释放，减小键合件对晶片表面的残余扭力。

在具体过程中，若干凸起为条状凸起结构物或点状凸起结构或其他能达到相同效果的凸起结构。

在具体过程中，第一基体和第二基体均包括绝缘陶瓷衬底1和覆铜板2。

如图2所示，在具体实施过程中，本实施例还包括冷却模块，该冷却模块位于两片晶片之间，通过键合件4将两片晶片3分别粘贴在冷却模块5上。

将冷却模块5布局在功率半导体模块封装结构中间，进一步提升散热效果，减小键合应力。同时，能有效的减小模块的体积。

需要说明的是，在具体实施过程中，与冷却模块5连接的键合件4的部分可以不带凸起，但是要加导热材料填充。在本实用新型实施例中，通过带有凸起的键合件4除了上述优点外，还能通过塑性变形来防止键合件对冷却模块5的集中压力。

实施例2：

如图3所示，本实用新型实施例的一种功率半导体模块封装结构，包括：冷却模块5、覆铜板组、晶片组、键合件组。将冷却模块5作为基板，覆铜板组布置在冷却模块两侧，晶片一面和覆铜板2接触，另一面与键合件4接触，所述键合件4与晶片3的接触面包括若干凸起。

在具体过程中，若干凸起为条状凸起结构物或点状凸起结构或其他能达到相同效果的凸起结构。

需要说明的是，实施例1和实施例2中的冷却模块如图4和图5所示，包括冷却壳501和分层隔板502，所述冷却壳501为具体内部空腔的盒体结构，所述冷却壳501左右两侧的冷却壳壁分别设有冷媒进口(附图中未画出)和冷媒出口(附图中未画出)；所述分层隔板502设置在冷却壳501的内部空腔中，将冷却壳501的内部空腔分成两个上下不连通的两层冷却通道503；所述分层隔板502的表面为弧形或者圆角锯齿状。双层变厚度的冷却通道能均匀化不同位置的流速，同时能微量的增加换热面积，分层隔板502的表面为弧形或锯齿状进一步增加了换热面积，提升了冷却性能，同时，锯齿状截面用圆角过渡，防止应力集中。需要说明的是，在本实用新型实施例中，分层隔板502和冷却壳501可以是一体成型的结构，也可以是组装结构。分层隔板502和冷却壳501可以是相同材质，也可以是不同材质。在具体实施过程，可以选择全陶瓷或金属挂瓷等其他材质，本实用新型实施例不做限制。

综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：

1、有效降低键合压力，在相同的压力下可以键合到晶片上更大的覆盖面积，起到分散电流，分散热的作用。

2、凸起结构能增加晶片间的距离，减小寄生电容。

3、因为多组晶片的厚度误差导致连接时，高度会略微偏离同一平面，带凸起的设计可以在保证键合压力应变下，减薄键合件的基体厚度，从而使水平晶片间的键合件的扭曲力得以释放，减小键合件对晶片表面的残余扭力。

4、将冷却模块布局在功率半导体模块封装结构中间，进一步提升散热效果，减小键合应力，同时，能有效的减小模块的体积。

5、将冷却模块作为基板布局在功率半导体模块封装结构中间，双层变厚度的冷却通道能均匀化不同位置的流速，同时能微量的增加换热面积，分层隔板的表面为弧形或锯齿状进一步增加了换热面积，提升了冷却性能，同时，将冷却模块作为基板，在减小模块的体积的同时减小功率半导体模块封装结构的材料成本。

需要说明的是，在本文中，术语“上”、“下”、“左”、“右”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。此外，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种功率半导体模块封装结构，其特征在于，包括：基体组、晶片组、键合件；

所述基体组至少包括第一基体和第二基体；

所述晶片组至少包括第一晶片和第二晶片，所述第一晶片布置在所述第一基体上，所述第二晶片布置在所述第二基体上；

所述键合件将所述第一晶片和第二晶片键合；

其中，键合件与所述第一晶片、第二晶片的两个接触面包括若干凸起。

2.如权利要求1所述的功率半导体模块封装结构，其特征在于，所述凸起为条状凸起结构。

3.如权利要求1所述的功率半导体模块封装结构，其特征在于，所述凸起为点状凸起结构。

4.如权利要求1～3任一所述的功率半导体模块封装结构，其特征在于，所述第一基体包括绝缘陶瓷衬底和覆铜板，所述覆铜板布置在所述绝缘陶瓷衬底与所述第一晶片之间。

5.如权利要求1～3任一所述的功率半导体模块封装结构，其特征在于，还包括冷却模块；

所述冷却模块布置在第一晶片和第二晶片之间，分别通过两个键合件键合。

6.如权利要求5所述的功率半导体模块封装结构，其特征在于，所述冷却模块包括冷却壳和分层隔板，

所述冷却壳为具体内部空腔的盒体结构，所述冷却壳左右两侧的冷却壳壁分别设有冷媒进口和冷媒出口；

所述分层隔板设置在冷却壳的内部空腔中，将冷却壳的内部空腔分成两个上下不连通的两层冷却通道。

7.如权利要求6所述的功率半导体模块封装结构，其特征在于，所述分层隔板的表面为弧形或者圆角锯齿状。

8.一种功率半导体模块封装结构，其特征在于，包括：冷却模块、覆铜板组、晶片组和键合件组；

所述覆铜板组至少包括第一覆铜板和第二覆铜板；

所述晶片组至少包括第一晶片和第二晶片，

所述键合件组至少包括第一键合件和第二键合件，

所述冷却模块的上侧依次布置第一覆铜板、第一晶片和第一键合件；

所述冷却模块的下侧依次布置第二覆铜板、第二晶片和第二键合件；

所述第一键合件、第二键合件与所述晶片组的接触面包括若干凸起。

9.如权利要求8所述的功率半导体模块封装结构，其特征在于，所述凸起为点状凸起结构。

10.如权利要求8～9任一所述的功率半导体模块封装结构，其特征在于，所述冷却模块包括冷却壳和分层隔板，

所述冷却壳为具体内部空腔的盒体结构，所述冷却壳左右两侧的冷却壳壁分别设有冷媒进口和冷媒出口；

所述分层隔板设置在冷却壳的内部空腔中，将冷却壳的内部空腔分成两个上下不连通的两层冷却通道；

所述分层隔板的表面为弧形或者圆角锯齿状。

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