CN220341219U - 一种基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，陶瓷覆铜基板上设置有对称的正极区域和负极区域，正极区域内包括有第一栅极、第一信号端子、第一芯片组和正极功率端子，负极区域内包括有第二栅极、第二信号端子、第二芯片组和负极功率端子；正极功率端子和负极功率端子以陶瓷覆铜基板中线对称设置，第一芯片组与陶瓷覆铜基板的上铜层之间通过第一铜排导通，第二芯片组与陶瓷覆铜基板的上铜层之间通过第二铜排导通；本实用新型的低寄生电感功率封装模块，通过对陶瓷覆铜基板上各个区域进行布局设计，以及利用铜排代引线键合导通，实现降低功率封装模块内因换流时产生的瞬时寄生电感。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体封装以及功率模块技术领域，更具体地说涉及一种基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块。
背景技术
功率半导体芯片开关的功率封装模块，是将如Si CMOSFET芯片封装在功率模块内部，是实现对大电流高速开关进行控制。但功率半导体芯片开关的封装结构又给功率封装模块引入了额外的寄生参数，特别是SiC MOSFET常运行在高频场合，需要快速开关，对模块内的寄生电感更为敏感。电流换向环路中的寄生电感可能会引起开关瞬态时的电流和电压振荡，增加开关损耗、电磁干扰(EMI)和器件的电压、电流应力，是影响器件运行稳定性的重要因素。因此，降低功率半导体模块内的寄生电感具有重要的理论和现实意义。所以，传统封装结构的功率封装模块已经不能满足应用的需求，急需开发新的低寄生电感的功率模块。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，通过对陶瓷覆铜基板上各个区域进行布局设计，以及通过合理利用铜排代替常规的引线键合导通，实现降低功率封装模块内因换流时产生的瞬时寄生电感，确保回路中各器件运行稳定。
本实用新型技术方案一种基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，包括陶瓷覆铜基板，所述陶瓷覆铜基板上设置有正极区域和负极区域，所述正极区域和所述负极区域以陶瓷覆铜基板中线对称设置；
所述正极区域内包括有第一栅极区、第一信号端子区、第一芯片区和正极功率端子区，所述负极区域内包括有第二栅极区、第二信号端子区、第二芯片区和负极功率端子区；
所述第一栅极区和所述第二栅极区以陶瓷覆铜基板中线对称设置，所述第一芯片区和所述第二芯片区以陶瓷覆铜基板中线对称设置，所述正极功率端子区和所述负极功率端子区以陶瓷覆铜基板中线对称设置，所述第一信号端子区和所述第二信号端子区以陶瓷覆铜基板中线对称设置；
所述第一芯片区和所述第二芯片区分别焊接有第一芯片组和第二芯片组，所述第一芯片组与所述陶瓷覆铜基板的上铜层之间通过第一铜排导通，所述第二芯片组与所述陶瓷覆铜基板的上铜层之间通过第二铜排导通。
优选地，所述第一芯片组和所述第二芯片组分别包括若干第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片数量相等，所述第一芯片和所述第二芯片与所述陶瓷覆铜基板的上铜层均通过银烧结焊接固定；
所述第一铜排与所述第一芯片之间通过锡焊焊接导通，所述第一铜排与所述陶瓷覆铜基板的上铜层之间通过超声波焊接导通；所述第二铜排与所述第二芯片之间通过锡焊焊接导通，所述第二铜排与所述陶瓷覆铜基板的上铜层之间通过超声波焊接导通。
优选地，所述第一栅极区和所述第二栅极区分别设置有若干第一贴片电阻和若干第二贴片电阻，所述第一贴片电阻和所述第二贴片电阻均与所述陶瓷覆铜基板的上铜层导通；
若干所述第一贴片电阻和若干所述第二贴片电阻分别与所述第一芯片和所述第二芯片数量适应，且所述第一贴片电阻和所述第一芯片一一对应，所述第二贴片电阻与所述第二芯片一一对应；
所述第一芯片的栅极与所述第一贴片电阻通过引线键合，所述第一芯片的源极与所述陶瓷覆铜基板的上铜层通过引线键合；所述第二芯片的栅极与所述第二贴片电阻通过引线键合，所述第二芯片的源极与所述陶瓷覆铜基板的上铜层通过引线键合。
优选地，所述第一栅极区和所述第二栅极区内分别设置有第一铜层暴露区和第二铜层暴露区，所述第一芯片的源极和第二芯片的源极分别通过所述第一铜层暴露区和所述第二铜层暴露区与陶瓷覆铜基板的上铜层引线键合导通；
用于键合第一芯片与第一贴片电阻的引线和用于键合第一芯片与陶瓷覆铜基板的上铜层的引线位于所述第一铜排底部；用于键合第二芯片和第二贴片电阻的引线和用于键合第二芯片和陶瓷覆铜基板的上铜层的引线位于所述第二铜排底部。
优选地，所述第一信号端子区和所述第二信号端子区分别焊接有第一信号端子和第二信号端子，所述第一信号端子和所述第二信号端子均通过超声波与陶瓷覆铜基板的上铜层焊接；
所述第一信号端子与所述第一栅极区和陶瓷覆铜基板的上铜层之间均通过引线键合导通，所述第二信号端子与所述第二栅极区和所述陶瓷覆铜基板的上铜层之间均通过引线键合导通。
优选地，所述正极功率端子区和所述负极功率端子区分别焊接有正极功率端子和负极功率端子，所述正极功率端子和所述负极功率端子均通过超声波与陶瓷覆铜基板的上铜层焊接导通。
优选地，所述正极区域和所述负极区域通过第一铜排导通，所述负极功率端子区和所述负极区域通过第二铜排导通。
优选地，所述陶瓷覆铜基板远离所述正极区域的表面固定有散热底板。
优选地，低寄生电感功率封装模块还包括塑封壳体，所述塑封壳体对陶瓷覆铜基板封装。
本实用新型技术方案一种基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块的有益效果是：
1、在陶瓷覆铜基板上，通过正极区域和负极区域的对称设置，以及第一栅极区和所述第二栅极区的对称设置，以及所述正极功率端子区和所述负极功率端子区以陶瓷覆铜基板中线对称设置，实现在换流时，正极功率端子和负功率端子均有回路电路流过，且电流方向相反，能够抵消部分互感电感，有效地降低了功率封装模块内环流回路上的寄生电感。
2、通过第一铜排和第二铜排的设置，减少键合的引线数量，有效的降低了寄生电感，同时增大了各个芯片之间的分布距离，减缓了芯片发热产生的热耦合效应。
附图说明
图1为本实用新型方案中陶瓷覆铜基板的布局示意图。
图2为本技术方案中功率封装模块内陶瓷覆铜基板上各个部件安装示意图。
图3为本实用新型技术方案中陶瓷覆铜基板上换流回来示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本实用新型技术方案，现结合具体实施例和说明书附图对本实用新型技术方案作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型技术方案一种基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，包括陶瓷覆铜基板10，陶瓷覆铜基板10上设置有正极区域和负极区域，正极区域和负极区域以陶瓷覆铜基板10中线对称设置。
正极区域内包括有第一栅极区11、第一信号端子区12、第一芯片区13和正极功率端子区14。负极区域内包括有第二栅极区21、第二信号端子区22、第二芯片区23和负极功率端子区24。第一栅极区11和第二栅极区21以陶瓷覆铜基板10中线对称设置，第一芯片区13和第二芯片区23以陶瓷覆铜基板10中线对称设置，正极功率端子区14和负极功率端子区24以陶瓷覆铜基板10中线对称设置，第一信号端子区12和第二信号端子区22以陶瓷覆铜基板10中线对称设置。
基于上述技术方案，在陶瓷覆铜基板上，通过正极区域和负极区域的对称设置，以及第一栅极区和第二栅极区的对称设置，以及正极功率端子区和负极功率端子区以陶瓷覆铜基板中线对称设置，实现在换流时，正极功率端子和负功率端子均有回路电路流过，且电流方向相反，能够抵消部分互感电感，有效地降低了功率封装模块内环流回路上的寄生电感。
本方案中，第一芯片区13和第二芯片区23分别焊接有第一芯片组和第二芯片组，第一芯片组与陶瓷覆铜基板10的上铜层之间通过第一铜排导通，第二芯片组与陶瓷覆铜基板10的上铜层之间通过第二铜排导通。第一铜排和第二铜排均为整体铜排，第一芯片组中的所有第一芯片均与呈整体状的第一铜排固接并导通，第二芯片组中的所有第二芯片均与呈整体状的第二铜排固接并导通。本方案中铜排区别于常规的键合引线，如铜线、铝线、金线、铝带或铜带等。本方案中，呈整体式的第一铜排和第二铜排的使用，在电路换流时，经过第一铜排和第二铜排所在回路中的电感明显低于使用引线键合的回路。所以，本方案中，通过第一铜排和第二铜排的设置，减少键合的引线数量，有效地降低了寄生电感。同时，通过第一铜排和第二铜排的设置，还增大了各个芯片之间的分布距离，减缓了芯片发热产生的热耦合效应。
基于上述技术方案，第一铜排的部分引脚与第一芯片锡焊固定。第一铜排的另一部分引脚与覆铜陶瓷基板的上层铜超声波焊接固定，起到支撑及电气互连作用。第二铜排的部分引脚与第二芯片锡焊固定。第二铜排的另一部分引脚与覆铜陶瓷基板的上层铜超声波焊接固定，起到支撑及电气互连作用。
本方案中，第一芯片组和第二芯片组分别包括若干第一芯片131和第二芯片231。第一芯片和第二芯片包括碳化硅(SiC)金属-氧化物半导体场效应管(MOSFET)裸芯片，但不限于这一种裸芯片。第一芯片131和第二芯片231数量相等，第一芯片131和第二芯片231与陶瓷覆铜基板10的上铜层均通过银烧结焊接固定。第一铜排111与第一芯片131之间通过锡焊焊接导通，第一铜排111与陶瓷覆铜基板10的上铜层之间通过超声波焊接导通。第二铜排211与第二芯片231之间通过锡焊焊接导通，第二铜排211与陶瓷覆铜基板10的上铜层之间通过超声波焊接导通。
基于上述技术方案，铜排和芯片之间通过锡焊，焊接温度低，利于保持铜排和芯片自身的结构完整性。通过锡焊，使得铜排与芯片时间能够保持良好的导电性，另外，通过使用锡焊连接导通，持久性和可靠性好。铜排与陶瓷覆铜基板10的上铜层之间采用超声波焊接，焊接过程无污染，焊接效率高。
本方案中，第一栅极区11和第二栅极区21分别设置有若干第一贴片电阻15和若干第二贴片电阻25。第一贴片电阻15和第二贴片电阻25均与陶瓷覆铜基板10的上铜层导通。若干第一贴片电阻15和若干第二贴片电阻25分别与第一芯片和第二芯片数量适应，且第一贴片电阻15和第一芯片一一对应，第二贴片电阻25与第二芯片一一对应。第一贴片电阻15和第二贴片电阻25通过锡回流焊接分别固定在第一栅极区11和第二栅极区21内的陶瓷覆铜基板的上层铜上。
本方案中，第一芯片的栅极与第一贴片电阻15通过引线键合，第一芯片的源极与陶瓷覆铜基板10的上铜层通过引线键合；第二芯片的栅极与第二贴片电阻25通过引线键合，第二芯片的源极与陶瓷覆铜基板10的上铜层通过引线键合。
本方案中，第一栅极区11和第二栅极区21内分别设置有第一铜层暴露区112和第二铜层暴露区212，第一芯片的源极和第二芯片的源极分别通过第一铜层暴露区112和第二铜层暴露区212与陶瓷覆铜基板10的上铜层引线键合导通。用于键合第一芯片131与第一贴片电阻15的引线和用于键合第一芯片131与陶瓷覆铜基板10的上铜层的引线位于第一铜排111底部；用于键合第二芯片231和第二贴片电阻25的引线和用于键合第二芯片231和陶瓷覆铜基板10的上铜层的引线位于第二铜排211底部。将键合引线布置在铜排底部，对键合引线进行防护保护，同时也减小整个封装模块体积，实现小型化。
本方案中，第一信号端子区12和第二信号端子区22分别焊接有第一信号端子121和第二信号端子221，第一信号端子121和第二信号端子221均通过超声波与陶瓷覆铜基板10的上铜层焊接。第一信号端子121与第一栅极区11和陶瓷覆铜基板10的上铜层之间均通过引线键合导通，第二信号端子221与第二栅极区21和陶瓷覆铜基板10的上铜层之间均通过引线键合导通。
本方案中，正极功率端子区14和负极功率端子区24分别焊接有正极功率端子141和负极功率端子241，正极功率端子141和负极功率端子241均通过超声波与陶瓷覆铜基板10的上铜层焊接导通。正极区域和负极区域通过第一铜排111导通，负极功率端子区24和负极区域通过第二铜排211导通。负极区域内连接有输出功率端子30。
本方案中，陶瓷覆铜基板10远离正极区域的表面固定有散热底板。本实用新型技术方案一种基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块还包括塑封壳体，塑封壳体对陶瓷覆铜基板10封装。
本实用新型技术方案在上面结合实施例及附图对实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将实用新型的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，其特征在于，包括陶瓷覆铜基板，所述陶瓷覆铜基板上设置有正极区域和负极区域，所述正极区域和所述负极区域以陶瓷覆铜基板中线对称设置；
所述正极区域内包括有第一栅极区、第一信号端子区、第一芯片区和正极功率端子区，所述负极区域内包括有第二栅极区、第二信号端子区、第二芯片区和负极功率端子区；
所述第一栅极区和所述第二栅极区以陶瓷覆铜基板中线对称设置，所述第一芯片区和所述第二芯片区以陶瓷覆铜基板中线对称设置，所述正极功率端子区和所述负极功率端子区以陶瓷覆铜基板中线对称设置，所述第一信号端子区和所述第二信号端子区以陶瓷覆铜基板中线对称设置；
所述第一芯片区和所述第二芯片区分别焊接有第一芯片组和第二芯片组，所述第一芯片组与所述陶瓷覆铜基板的上铜层之间通过第一铜排导通，所述第二芯片组与所述陶瓷覆铜基板的上铜层之间通过第二铜排导通。
2.根据权利要求1所述的基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，其特征在于，所述第一芯片组和所述第二芯片组分别包括若干第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片数量相等，所述第一芯片和所述第二芯片与所述陶瓷覆铜基板的上铜层均通过银烧结焊接固定；
所述第一铜排与所述第一芯片之间通过锡焊焊接导通，所述第一铜排与所述陶瓷覆铜基板的上铜层之间通过超声波焊接导通；所述第二铜排与所述第二芯片之间通过锡焊焊接导通，所述第二铜排与所述陶瓷覆铜基板的上铜层之间通过超声波焊接导通。
3.根据权利要求2所述的基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，其特征在于，所述第一栅极区和所述第二栅极区分别设置有若干第一贴片电阻和若干第二贴片电阻，所述第一贴片电阻和所述第二贴片电阻均与所述陶瓷覆铜基板的上铜层导通；
若干所述第一贴片电阻和若干所述第二贴片电阻分别与所述第一芯片和所述第二芯片数量适应，且所述第一贴片电阻和所述第一芯片一一对应，所述第二贴片电阻与所述第二芯片一一对应；
所述第一芯片的栅极与所述第一贴片电阻通过引线键合，所述第一芯片的源极与所述陶瓷覆铜基板的上铜层通过引线键合；所述第二芯片的栅极与所述第二贴片电阻通过引线键合，所述第二芯片的源极与所述陶瓷覆铜基板的上铜层通过引线键合。
4.根据权利要求3所述的基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，其特征在于，所述第一栅极区和所述第二栅极区内分别设置有第一铜层暴露区和第二铜层暴露区，所述第一芯片的源极和第二芯片的源极分别通过所述第一铜层暴露区和所述第二铜层暴露区与陶瓷覆铜基板的上铜层引线键合导通；
用于键合第一芯片与第一贴片电阻的引线和用于键合第一芯片与陶瓷覆铜基板的上铜层的引线位于所述第一铜排底部；用于键合第二芯片和第二贴片电阻的引线和用于键合第二芯片和陶瓷覆铜基板的上铜层的引线位于所述第二铜排底部。
5.根据权利要求1所述的基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，其特征在于，所述第一信号端子区和所述第二信号端子区分别焊接有第一信号端子和第二信号端子，所述第一信号端子和所述第二信号端子均通过超声波与陶瓷覆铜基板的上铜层焊接；
所述第一信号端子与所述第一栅极区和陶瓷覆铜基板的上铜层之间均通过引线键合导通，所述第二信号端子与所述第二栅极区和所述陶瓷覆铜基板的上铜层之间均通过引线键合导通。
6.根据权利要求1所述的基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，其特征在于，所述正极功率端子区和所述负极功率端子区分别焊接有正极功率端子和负极功率端子，所述正极功率端子和所述负极功率端子均通过超声波与陶瓷覆铜基板的上铜层焊接导通。
7.根据权利要求1所述的基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，其特征在于，所述正极区域和所述负极区域通过第一铜排导通，所述负极功率端子区和所述负极区域通过第二铜排导通。
8.根据权利要求1所述的基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，其特征在于，所述陶瓷覆铜基板远离所述正极区域的表面固定有散热底板。
9.根据权利要求1所述的基于陶瓷覆铜基板布局的低寄生电感功率封装模块，其特征在于，还包括塑封壳体，所述塑封壳体对陶瓷覆铜基板封装。
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| CN117577610A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 中国第一汽车股份有限公司 | 功率模块以及信号处理方法 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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