本發(fā)明涉及電力電子功率模塊，尤其是一種疊層封裝雙面散熱功率模塊。

背景技術(shù)：

電力電子技術(shù)在當(dāng)今快速發(fā)展的工業(yè)領(lǐng)域占有非常重要的地位，電力電子功率模塊作為電力電子技術(shù)的代表，已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車，光伏發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，工業(yè)變頻等行業(yè)。隨著我國(guó)工業(yè)的崛起，電力電子功率模塊有著更加廣闊的市場(chǎng)前景。

現(xiàn)有電力電子功率模塊封裝體積大，重量重，不符合電動(dòng)汽車、航空航天等領(lǐng)域的高功率密度、輕量化的要求。體積較大的電力電子功率模塊，其寄生電感往往也比較大，這會(huì)造成過(guò)沖電壓較大、損耗增加，而且也限制了在高開關(guān)頻率場(chǎng)合的應(yīng)用。sic電力電子器件具有高頻、高溫、高效的特性，但現(xiàn)有功率模塊的寄生電感較大，限制了sic性能的發(fā)揮。另外，隨著應(yīng)用端功率密度的不斷升級(jí)，現(xiàn)有功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)已經(jīng)阻礙了功率密度的進(jìn)一步提升，必須開發(fā)出更加有效的散熱結(jié)構(gòu)才能滿足功率密度日益增長(zhǎng)的需求。

現(xiàn)有的雙面散熱功率模塊如cn105161477a，由于芯片單層設(shè)置，電流的換流回路面積仍然較大，往往寄生電感也比較大，而且芯片單層設(shè)置，使得功率模塊的體積相對(duì)較大，另外功率端子與控制端子只與第一襯板連接，設(shè)置不夠靈活、襯板面積無(wú)法進(jìn)一步減小，還會(huì)由于電流路徑較長(zhǎng)造成損耗增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種體積小、重量輕、寄生電感小的疊層封裝雙面散熱功率模塊。

技術(shù)方案：一種疊層封裝雙面散熱功率模塊，包括輸入功率端子、輸出功率端子、頂部金屬絕緣基板、底部金屬絕緣基板，所述輸入功率端子包括正極功率端子和負(fù)極功率端子，頂部金屬絕緣基板和底部金屬絕緣基板疊層設(shè)置，頂部金屬絕緣基板和底部金屬絕緣基板在二者相對(duì)的面上均燒結(jié)有芯片，所述正極功率端子和負(fù)極功率端子與頂部金屬絕緣基板和底部金屬絕緣基板均電連接，輸出功率端子包括焊接部和位于塑封外殼外部的連接部，焊接部設(shè)置在頂部金屬絕緣基板上燒結(jié)的芯片和底部金屬絕緣基板上燒結(jié)的芯片之間并與芯片電連接。

進(jìn)一步的，所述頂部金屬絕緣基板上燒結(jié)的芯片為下半橋二極管芯片和上半橋二極管芯片，底部金屬絕緣基板上燒結(jié)的芯片為下半橋開關(guān)芯片和上半橋開關(guān)芯片，其中，下半橋二極管芯片與下半橋開關(guān)芯片疊層設(shè)置，上半橋二極管芯片與上半橋開關(guān)芯片疊層設(shè)置。

進(jìn)一步的，頂部金屬絕緣基板上燒結(jié)的芯片為上半橋開關(guān)芯片和上半橋二極管芯片，底部金屬絕緣基板上燒結(jié)的芯片為下半橋開關(guān)芯片和下半橋二極管芯片，其中，上半橋開關(guān)芯片與下半橋二極管芯片疊層設(shè)置，上半橋二極管芯片與下半橋開關(guān)芯片疊層設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述正極功率端子和負(fù)極功率端子均燒結(jié)在頂部金屬絕緣基板上，并且至少一個(gè)輸入功率端子與底部金屬絕緣基板通過(guò)金屬連接柱相連；或者，正極功率端子和負(fù)極功率端子均燒結(jié)在底部金屬絕緣基板上，并與頂部金屬絕緣基板通過(guò)金屬連接柱相連；或者，正極功率端子和負(fù)極功率端子與頂部金屬絕緣基板和底部金屬絕緣基板均燒結(jié)。

進(jìn)一步的，所述頂部金屬絕緣基板包括與正極功率端子電連接的頂部金屬絕緣基板正極金屬層、與負(fù)極功率端子電連接的頂部金屬絕緣基板負(fù)極金屬層、與輸出功率端子和一個(gè)上半橋驅(qū)動(dòng)端子電連接的上半橋開關(guān)芯片發(fā)射極/源極局部金屬層，以及與另一個(gè)上半橋驅(qū)動(dòng)端子電連接的上半橋開關(guān)芯片門極局部金屬層；

頂部金屬絕緣基板正極金屬層的表面燒結(jié)有上半橋二極管芯片，頂部金屬絕緣基板負(fù)極金屬層的表面燒結(jié)有下半橋二極管芯片，上半橋開關(guān)芯片門極局部金屬層與上半橋開關(guān)芯片的門極電連接。

進(jìn)一步的，所述底部金屬絕緣基板包括與正極功率端子電連接的底部金屬絕緣基板正極金屬層、與負(fù)極功率端子及一個(gè)下半橋驅(qū)動(dòng)端子電連接的底部金屬絕緣基板負(fù)極金屬層，以及與另一個(gè)下半橋驅(qū)動(dòng)端子電連接的下半橋開關(guān)芯片門極局部金屬層；

底部金屬絕緣基板正極金屬層的表面燒結(jié)有上半橋開關(guān)芯片，底部金屬絕緣基板負(fù)極金屬層表面燒結(jié)有下半橋開關(guān)芯片；下半橋開關(guān)芯片門極局部金屬層與下半橋開關(guān)芯片的門極電連接。

進(jìn)一步的，所述輸出功率端子還包括上半橋引出端，所述焊接部與上半橋開關(guān)芯片的發(fā)射極或源極連接、與下半橋開關(guān)芯片的集電極或漏極連接、與上半橋二極管芯片的正極連接、與下半橋二極管芯片的負(fù)極連接；上半橋引出端與頂部金屬絕緣基板的上半橋開關(guān)芯片發(fā)射極/源極局部金屬層連接。

進(jìn)一步的，所述輸出功率端子的焊接部與上半橋開關(guān)芯片的發(fā)射極/源極、與下半橋開關(guān)芯片的集電極/漏極、與上半橋二極管芯片的正極、與下半橋二極管芯片的負(fù)極之間均設(shè)有應(yīng)力緩沖層。

進(jìn)一步的，所述塑封外殼為傳遞模一體化成型工藝制作，頂部金屬絕緣基板背面金屬層上表面的中間部分以及底部金屬絕緣基板背面金屬層下表面的中間部分均露出在塑封外殼的外部，并且高出塑封外殼。

進(jìn)一步的，所述塑封外殼在頂部金屬絕緣基板背面金屬層和底部金屬絕緣基板背面金屬層的兩側(cè)均設(shè)有熱沉。

有益效果：本發(fā)明的頂部金屬絕緣基板與底部金屬絕緣基板疊層設(shè)置，正極功率端子、負(fù)極功率端子以及輸出功率端子均作為層狀結(jié)構(gòu)燒結(jié)在頂部金屬絕緣基板與底部金屬絕緣基板之間，可以大大降低回路寄生電感，并且部分芯片之間存在堆疊關(guān)系，減小了功率模塊的體積，節(jié)約了成本，減輕了重量，尤其適合sic功率芯片的封裝；同時(shí)，功率模塊的兩側(cè)均可設(shè)置熱沉，可以減小功率模塊的熱阻，提高功率模塊的散熱效率；并且，功率模塊內(nèi)部芯片的功率端全部采用大面積燒結(jié)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部無(wú)鍵合線，充分提高了過(guò)流能力，提高了模塊的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明疊層封裝雙面散熱功率模塊內(nèi)部示意圖；

圖2是本發(fā)明功率模塊外觀示意圖；

圖3是本發(fā)明功率模塊側(cè)視圖；

圖4是本發(fā)明功率模塊內(nèi)部示意圖；

圖5是本發(fā)明的功率模塊組裝爆炸圖；

圖6是本發(fā)明的頂部金屬絕緣基板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的底部金屬絕緣基板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明的輸出功率端子結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：

本發(fā)明通過(guò)將開關(guān)芯片與續(xù)流二極管芯片堆疊設(shè)置，減小了功率模塊封裝體積，從而減少回路寄生電感；通過(guò)在疊層設(shè)置芯片的兩側(cè)設(shè)置散熱通路，達(dá)到雙面散熱的目的，能夠進(jìn)一步降低功率模塊的熱阻。

如圖1所示，一種疊層封裝雙面散熱功率模塊，包括塑封外殼13、輸入功率端子、輸出功率端子3、頂部金屬絕緣基板4、底部金屬絕緣基板5，所述輸入功率端子包括正極功率端子1和負(fù)極功率端子2，頂部金屬絕緣基板4和底部金屬絕緣基板5疊層設(shè)置，頂部金屬絕緣基板4和底部金屬絕緣基板5在二者相對(duì)的面上均燒結(jié)有芯片，輸入功率端子、輸出功率端子3與芯片電連接，所述正極功率端子1和負(fù)極功率端子2與頂部金屬絕緣基板4或/和底部金屬絕緣基板5連接，輸出功率端子3包括焊接部31和位于塑封外殼13外部的連接部32，焊接部31設(shè)置在頂部金屬絕緣基板4上燒結(jié)的芯片和底部金屬絕緣基板5上燒結(jié)的芯片之間并與芯片電連接；具體的，正極功率端子1和負(fù)極功率端子2均燒結(jié)在頂部金屬絕緣基板4上，并且至少一個(gè)輸入功率端子與底部金屬絕緣基板5通過(guò)金屬連接柱相連；

或者，正極功率端子1和負(fù)極功率端子2均燒結(jié)在底部金屬絕緣基板5上，并與頂部金屬絕緣基板4通過(guò)金屬連接柱相連；

或者，正極功率端子1和負(fù)極功率端子2與頂部金屬絕緣基板4和底部金屬絕緣基板5均燒結(jié)。

本實(shí)施例中頂部金屬絕緣基板4、底部金屬絕緣基板5所采用的金屬絕緣基板均為dbc，即包括絕緣基板和基板兩側(cè)的金屬層，頂部金屬絕緣基板4與底部金屬絕緣基板5相對(duì)的一面上安裝了芯片，未安裝芯片的另一面則分別為頂部金屬絕緣基板背面金屬層41、底部金屬絕緣基板背面金屬層51；本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)施時(shí)也可不采用dbc結(jié)構(gòu)，也可以采用絕緣基板兩側(cè)覆鋁，或者一側(cè)覆銅一側(cè)覆鋁等金屬覆蓋在絕緣介質(zhì)兩側(cè)的結(jié)構(gòu)；

塑封外殼13在頂部金屬絕緣基板背面金屬層41和底部金屬絕緣基板背面金屬層51的兩側(cè)均設(shè)有熱沉12。

如圖2、圖3所示，塑封外殼13為傳遞模一體化成型工藝制作，頂部金屬絕緣基板背面金屬層41上表面的中間部分以及底部金屬絕緣基板背面金屬層51下表面的中間部分均露出在塑封外殼13的外部，并且高出塑封外殼13，這種結(jié)構(gòu)可以使金屬絕緣基板背面金屬層更好地與散熱裝置接觸，可以實(shí)現(xiàn)更好的散熱效果。

如圖4、圖5所示，頂部金屬絕緣基板4上燒結(jié)的芯片為下半橋二極管芯片9和上半橋二極管芯片7，底部金屬絕緣基板5上燒結(jié)的芯片為下半橋開關(guān)芯片8和上半橋開關(guān)芯片6，其中，下半橋二極管芯片9與下半橋開關(guān)芯片8疊層設(shè)置，上半橋二極管芯片7與上半橋開關(guān)芯片6疊層設(shè)置；此外，本實(shí)施例中所述的燒結(jié)具體為通過(guò)焊接層16燒結(jié)，由于芯片兩側(cè)通過(guò)電鍍或者濺射或者蒸發(fā)有上表面下表面鈦鎳銀金屬結(jié)構(gòu)，因此焊接層16可以是錫鉛等釬焊料通過(guò)燒結(jié)形成的焊接層16，也可以是銀漿通過(guò)燒結(jié)形成的焊接層16。

如圖6所示，頂部金屬絕緣基板4包括與正極功率端子1通過(guò)燒結(jié)或超聲波金屬焊接的方式實(shí)現(xiàn)電連接的頂部金屬絕緣基板正極金屬層421、與負(fù)極功率端子2通過(guò)燒結(jié)的方式實(shí)現(xiàn)電連接的頂部金屬絕緣基板負(fù)極金屬層422、與輸出功率端子3和一個(gè)上半橋驅(qū)動(dòng)端子電連接的上半橋開關(guān)芯片發(fā)射極/源極局部金屬層423，以及與另一個(gè)上半橋驅(qū)動(dòng)端子電連接的上半橋開關(guān)芯片門極局部金屬層424；

頂部金屬絕緣基板正極金屬層421的表面燒結(jié)有上半橋二極管芯片7，并且與上半橋二極管芯片7的負(fù)極相對(duì)，頂部金屬絕緣基板負(fù)極金屬層422的表面燒結(jié)有下半橋二極管芯片9，并且與下半橋二極管芯片9的正極相對(duì)，上半橋開關(guān)芯片門極局部金屬層424與上半橋開關(guān)芯片6的門極電連接。

如圖7所示，底部金屬絕緣基板5包括與正極功率端子1通過(guò)燒結(jié)或超聲波金屬焊接的方式實(shí)現(xiàn)電連接的底部金屬絕緣基板正極金屬層521、與負(fù)極功率端子2及一個(gè)下半橋驅(qū)動(dòng)端子電連接的底部金屬絕緣基板負(fù)極金屬層522，以及與另一個(gè)下半橋驅(qū)動(dòng)端子電連接的下半橋開關(guān)芯片門極局部金屬層523；正極功率端子1、負(fù)極功率端子2均可通過(guò)燒結(jié)或超聲波金屬焊接的方式分別連接至底部金屬絕緣基板正極金屬層521和底部金屬絕緣基板負(fù)極金屬層522；

底部金屬絕緣基板正極金屬層521的表面燒結(jié)有上半橋開關(guān)芯片6，并與上半橋開關(guān)芯片6的集電極或漏極正對(duì)，底部金屬絕緣基板負(fù)極金屬層522表面燒結(jié)有下半橋開關(guān)芯片8，并與下半橋開關(guān)芯片8的發(fā)射極或源極正對(duì)；下半橋開關(guān)芯片門極局部金屬層523通過(guò)燒結(jié)的方式與下半橋開關(guān)芯片8的門極電連接。

如圖8所示，輸出功率端子3包括設(shè)有連接孔的連接部32、用于與芯片連接的焊接部31，以及上半橋引出端33，所述焊接部31與上半橋開關(guān)芯片6的發(fā)射極或源極燒結(jié)，當(dāng)上半橋開關(guān)芯片6是igbt時(shí)為發(fā)射極，當(dāng)上半橋開關(guān)芯片6是mosfet時(shí)為源極、與下半橋開關(guān)芯片8的集電極或漏極燒結(jié)，當(dāng)下半橋開關(guān)芯片8是igbt時(shí)為集電極，當(dāng)下半橋開關(guān)芯片8是mosfet時(shí)為漏極、與上半橋二極管芯片7的正極燒結(jié)、與下半橋二極管芯片9的負(fù)極燒結(jié)，或者所述焊接部31與芯片之間均設(shè)有金屬應(yīng)力緩沖層，并通過(guò)該金屬應(yīng)力緩沖層連接。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于，本實(shí)施例中頂部金屬絕緣基板4上燒結(jié)的芯片為上半橋開關(guān)芯片6和上半橋二極管芯片7，底部金屬絕緣基板5上燒結(jié)的芯片為下半橋開關(guān)芯片8和下半橋二極管芯片9，其中，上半橋開關(guān)芯片6與下半橋二極管芯片9疊層設(shè)置，上半橋二極管芯片7與下半橋開關(guān)芯片8疊層設(shè)置。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于，本實(shí)施例與實(shí)施例1中的頂部金屬絕緣基板4與底部金屬絕緣基板5上所燒結(jié)的芯片互換，其他結(jié)構(gòu)根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)選擇作適應(yīng)性改進(jìn)。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。