CN218996706U - 一种铜带键合的环氧塑封车用功率模块封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种铜带键合的环氧塑封车用功率模块封装，涉及电子电学技术领域，包括：散热铜基板，散热铜基板上连接有多个环氧料半桥模块；各环氧料半桥模块包括：氮化硅绝缘陶瓷基板，氮化硅绝缘陶瓷基板的上表面设有电路蚀刻区，氮化硅绝缘陶瓷基板下表面连接散热铜基板；引线框架，氮化硅绝缘陶瓷基板的两端分别连接一引线框架；多个碳化硅芯片，各碳化硅芯片设于电路蚀刻区；多根铜带，各铜带的一端和中段分别对应连接在各碳化硅芯片，各铜带的另一端键合在氮化硅绝缘陶瓷基板表面；环氧塑封外壳，氮化硅绝缘陶瓷基板包含于环氧塑封外壳盖内部。有益效果是相比于铝线，铜带可以获得更低的导通电阻，提升模块导热能力，功率损耗降低。

Description

一种铜带键合的环氧塑封车用功率模块封装结构

技术领域

本实用新型涉及电力电子学技术领域，尤其涉及一种铜带键合的环氧塑封车用功率模块封装结构。

背景技术

半导体，是指常温下导电性介于导体和绝缘体之间的材料。半导体常应用在集成电路、通信系统、功率器件等领域。随着通信系统的发展，对更大功率、更高频率、更大击穿电压功率器件的需求日益增加，第三代半导体的发展站在风口上，集成电路领域对氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等宽禁带半导体还需要进一步发展。

传统半导体封装技术中，芯片与封装引脚互联材料为铝线，由于铝线热膨胀系数与半导体差异较大，随着结温提高芯片在开关切换过程中会经历更大的功率循环、导致键合可靠性大幅度下降；同时，针对于高频应用，铝线键合也会产生很大的寄生参数。传统焊接工艺中，通常采用锡焊作为铝线与芯片和引脚的连接层，但锡焊连接层的熔点低、电导率低、热导率低、连接层厚，无法满足半导体芯片工作时对高温、高热导率、低热阻的要求。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种铜带键合的环氧塑封车用功率模块封装结构，包括：

散热铜基板，所述散热铜基板上连接有多个环氧料半桥模块，各所述环氧料半桥模块包括：

氮化硅绝缘陶瓷基板，所述氮化硅绝缘陶瓷基板的上表面设有电路蚀刻区，所述氮化硅绝缘陶瓷基板下表面连接所述散热铜基板；

引线框架，焊接于所述氮化硅绝缘陶瓷基板的两端；

多个碳化硅芯片，各所述碳化硅芯片设于所述电路蚀刻区，并采用铜带键合方式与所述氮化硅绝缘陶瓷基板连接。

优选的，各所述环氧料半桥模块还包括环氧塑封外壳，所述环氧塑封外壳通过环氧塑封注塑形成后包裹所述氮化硅绝缘陶瓷基板。

优选的，所述氮化硅绝缘陶瓷基板包括：

Si3N4陶瓷材料层，所述Si3N4陶瓷材料层上表面和下表面分别形成有无氧铜铜层。

优选的，所述引线框架采用无氧铜制备而成。

优选的，各所述环氧料半桥模块还包括：

多根铜带，各所述铜带的一端和中段分别对应连接各所述碳化硅芯片，各所述铜带的另一端与所述氮化硅绝缘陶瓷基板的表面连接，以实现各所述碳化硅芯片通过铜带键合方式与所述氮化硅绝缘陶瓷基板连接。

优选的，各所述铜带间并排均匀分布。

优选的，各所述碳化硅芯片上设有至少两个芯片键合点，各所述铜带的中段和两端上分别有多个铜带键合点；

各所述铜带和各所述碳化硅芯片之间通过各所述铜带的一端和中段的各铜带键合点与各芯片键合点对应键合以实现连接；

各所述铜带和所述氮化硅绝缘陶瓷基板的表面之间通过各所述铜带的另一端的各铜带键合点与所述氮化硅绝缘陶瓷基板的表面键合以实现连接。

优选的，各所述碳化硅芯片的门极与所述氮化硅绝缘陶瓷基板的各门极之间以及同一块所述氮化硅绝缘陶瓷基板的各门极之间均通过铝线连接以实现电气连接。

优选的，所述碳化硅芯片包括：MOSFET芯片，或硅基IGBT芯片，或SiC芯片，或GaN芯片。

优选的，各所述铜带键合点形状为正方形，或长方形，或不规则形，铜带键合点高度为：20μm到5mm，各所述铜带的键合尺寸范围为500μm*500μm到1500μm*500μm。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

1)各所述铜带通过键合工艺与碳化硅芯片和所述氮化硅绝缘陶瓷基板表面连接，可以有效提升芯片封装最大熔断电流；

2)使用所述铜带作为引线连接，其具有较大的通流能力，且耐应力强，抗功率循环能力强；

3)相比于铝线，所述铜带与DBC及芯片接触面积增大，可大幅降低功率器件的热阻和温升，从而可以获得更低的导通电阻，提升模块导热能力，功率损耗降低。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例中提供的一种铜带键合的环氧塑封车用功率模块封装结构的结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本实用新型较佳实施例中的所述环氧料半桥模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实用新型并不限定于该实施方式，只要符合本实用新型的主旨，则其他实施方式也可以属于本实用新型的范畴。

本实用新型的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种铜带键合的环氧塑封车用功率模块封装结构，如图1和图3所示，包括：散热铜基板1，散热铜基板1上连接有多个环氧料半桥模块2，各环氧料半桥模块2包括：

氮化硅绝缘陶瓷基板21，氮化硅绝缘陶瓷基板21的上表面设有电路蚀刻区，氮化硅绝缘陶瓷基板21下表面连接散热铜基板1；

引线框架22，焊接于氮化硅绝缘陶瓷基板21的两端；

多个碳化硅芯片23，各碳化硅芯片23设于电路蚀刻区，并采用铜带键合方式与氮化硅绝缘陶瓷基板21连接。

本实用新型的较佳的实施例中，各环氧料半桥模块2还包括环氧塑封外壳24，环氧塑封外壳24通过环氧塑封注塑形成后包裹氮化硅绝缘陶瓷基板21。

具体的，本实施例中，环氧料半桥模块2通过环氧塑封工艺注塑形成一个环氧塑封外壳24，将氮化硅绝缘陶瓷基板21、引线框架22、碳化硅芯片23、铜带包裹在环氧塑封外壳24内。

本实用新型的较佳的实施例中，氮化硅绝缘陶瓷基板21包括：

Si3N4陶瓷材料层，Si3N4陶瓷材料层上表面和下表面分别形成有无氧铜铜层。

具体的，本实施例中，氮化硅绝缘陶瓷基板21优选采用氮化硅AMB陶瓷基板，氮化硅绝缘陶瓷基板21的上下两层分别形成有无氧铜铜层结构，中间层材质为高导热、高可靠性的Si3N4陶瓷材料层，其上下两层的铜层结构通过银烧结工艺烧结在中间层上，满足高导热、高可靠性的需求。

本实用新型的较佳的实施例中，引线框架22采用无氧铜制备而成。

具体的，本实施例中，引线框架22优选采用满足软钎焊焊接以及wirebonding工艺要求的无氧铜制成；

引线框架22在环氧塑封后需切筋成型，实现裸露在环氧塑封料外的功率端子部分和信号端子部分电路断开，且方便模块应用端功率电路以及信号电路连接。

本实用新型的较佳的实施例中，如图2所示，各环氧料半桥模块2还包括：

多根铜带25，各铜带25的一端和中段分别对应连接各碳化硅芯片23，各铜带25的另一端与氮化硅绝缘陶瓷基板21的表面连接，以实现各碳化硅芯片23通过铜带键合方式与氮化硅绝缘陶瓷基板25连接。

具体的，本实施例中，各碳化硅芯片23和氮化硅绝缘陶瓷基板21间通过铜带键合的方式实现连接，可有效降低传统铝线或铜线的线状结构带来的寄生参数，提高热导率和电阻率，提高了可靠性，而且可有效减少氮化硅绝缘陶瓷基板21翘曲与污染问题；与铜线键合相比，铜带25在被键合时压力和超声能量作用在更大的面积上，减少碳化硅芯片23单位面积上所受到的压力，也就减少了芯片损伤的可能性。

本实用新型的较佳的实施例中，如图1所示，各铜带25间并排均匀分布。

具体的，本实施例中，各铜带25间并排均匀分布，铜带25在被键合时压力和超声能量作用在更大的面积上，减少碳化硅芯片单位面积上所受到的压力，也就降低了芯片损伤的可能性。

本实用新型的较佳的实施例中，各碳化硅芯片23上设有至少两个芯片键合点，各铜带25的中段和两端上分别有多个铜带键合点；

各铜带25和各碳化硅芯片23之间通过各铜带25的一端和中段的各铜带键合点与各芯片键合点对应键合以实现连接；

各铜带25和氮化硅绝缘陶瓷基板21的表面之间通过各铜带25的另一端的各铜带键合点与氮化硅绝缘陶瓷基板21的表面键合以实现连接。

具体的，本实施例中，各铜带25和各碳化硅芯片23之间通过多个铜带键合点与多个芯片键合点对应键合以实现连接，各铜带25和氮化硅绝缘陶瓷基板21的表面之间通过多个铜带键合点与氮化硅绝缘陶瓷基板21的表面键合以实现连接，在被键合时压力和超声能量作用在更大的面积上，减少碳化硅芯片23单位面积上所受到的压力，也就降低了芯片损伤的可能性。

本实用新型的较佳的实施例中，各碳化硅芯片23的门极与氮化硅绝缘陶瓷基板21的各门极之间以及同一块氮化硅绝缘陶瓷基板21的各门极之间均通过铝线连接以实现电气连接。

具体的，本实施例中，各碳化硅芯片23的门极与氮化硅绝缘陶瓷基板21的门极之间以及同一块氮化硅绝缘陶瓷基板21的各门极之间均通过铝线连接，一方面实现碳化硅芯片23与氮化硅绝缘陶瓷基板21间的电气互联，另一方面进一步增强导电性和可靠性。

本实用新型的较佳的实施例中，碳化硅芯片23包括：MOSFET芯片，或硅基IGBT芯片，或SiC芯片，或GaN芯片。

本实用新型的较佳的实施例中，各铜带键合点形状为正方形，或长方形，或不规则形，铜带键合点高度为：20μm到5mm，各铜带的键合尺寸范围为500μm*500μm到1500μm*500μm。

以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铜带键合的环氧塑封车用功率模块封装结构，其特征在于，包括：散热铜基板，所述散热铜基板上连接有多个环氧料半桥模块，各所述环氧料半桥模块包括：

氮化硅绝缘陶瓷基板，所述氮化硅绝缘陶瓷基板的上表面设有电路蚀刻区，所述氮化硅绝缘陶瓷基板下表面连接所述散热铜基板；

引线框架，焊接于所述氮化硅绝缘陶瓷基板的两端；

多个碳化硅芯片，各所述碳化硅芯片设于所述电路蚀刻区，并采用铜带键合方式与所述氮化硅绝缘陶瓷基板连接。

2.根据权利要求1所述的环氧塑封车用功率模块封装结构，其特征在于，各所述环氧料半桥模块还包括环氧塑封外壳，所述环氧塑封外壳通过环氧塑封注塑形成后包裹所述氮化硅绝缘陶瓷基板。

3.根据权利要求1所述的环氧塑封车用功率模块封装结构，其特征在于，所述氮化硅绝缘陶瓷基板包括：

Si3N4陶瓷材料层，所述Si3N4陶瓷材料层上表面和下表面分别形成有无氧铜铜层。

4.根据权利要求1所述的环氧塑封车用功率模块封装结构，其特征在于，所述引线框架采用无氧铜制备而成。

5.根据权利要求1所述的环氧塑封车用功率模块封装结构，其特征在于，各所述环氧料半桥模块还包括：

多根铜带，各所述铜带的一端和中段分别对应连接各所述碳化硅芯片，各所述铜带的另一端与所述氮化硅绝缘陶瓷基板的表面连接，以实现各所述碳化硅芯片通过铜带键合方式与所述氮化硅绝缘陶瓷基板连接。

6.根据权利要求5所述的环氧塑封车用功率模块封装结构，其特征在于，各所述铜带间并排均匀分布。

7.根据权利要求5所述的环氧塑封车用功率模块封装结构，其特征在于，各所述碳化硅芯片上设有至少两个芯片键合点，各所述铜带的中段和两端上分别有多个铜带键合点；

各所述铜带和各所述碳化硅芯片之间通过各所述铜带的一端和中段的各铜带键合点与各芯片键合点对应键合以实现连接；

各所述铜带和所述氮化硅绝缘陶瓷基板的表面之间通过各所述铜带的另一端的各铜带键合点与所述氮化硅绝缘陶瓷基板的表面键合以实现连接。

8.根据权利要求1所述的环氧塑封车用功率模块封装结构，其特征在于，各所述碳化硅芯片的门极与所述氮化硅绝缘陶瓷基板的各门极之间以及同一块所述氮化硅绝缘陶瓷基板的各门极之间均通过铝线连接以实现电气连接。

9.根据权利要求1所述的环氧塑封车用功率模块封装结构，其特征在于，所述碳化硅芯片包括：MOSFET芯片，或硅基IGBT芯片，或SiC芯片，或GaN芯片。

10.根据权利要求7所述的环氧塑封车用功率模块封装结构，其特征在于，各所述铜带键合点形状为正方形，或长方形，所述铜带键合点高度为：20μm到5mm，各所述铜带的键合尺寸范围为500μm*500μm到1500μm*500μm。

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