一種功率模塊結(jié)構(gòu)及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種功率模塊結(jié)構(gòu)和功率模塊制造方法，其中，功率模塊結(jié)構(gòu)包括：主開關(guān)器件和續(xù)流二極管的電壓等級(jí)一致，電流大小相同，主開關(guān)器件的集電極與續(xù)流二極管的陰極鍵合后，主開關(guān)器件倒裝焊接在襯板上，襯板上設(shè)置有多個(gè)分立的覆銅層，其中，主開關(guān)器件的發(fā)射極與襯板上的第一覆銅層焊接，柵極與襯板上的第二覆銅層焊接，主開關(guān)器件的集電極引出線與襯板上的第三覆銅層鍵合，續(xù)流二極管的陽極引出線與襯板上的第四覆銅層鍵合。所述功率模塊結(jié)構(gòu)及功率模塊制造方法，通過將鍵合后的主開關(guān)器件和續(xù)流二極管倒裝焊接在襯板上，實(shí)現(xiàn)功率模塊的緊湊化和小型化，提高功率模塊功率密度。
【專利說明】
一種功率模塊結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種功率模塊結(jié)構(gòu)及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、碳化硅(SiC)器件等電力電子器件的應(yīng)用越來越廣泛，如電動(dòng)汽車上的逆變器、火車上的驅(qū)動(dòng)器、發(fā)動(dòng)機(jī)、以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)等。為了實(shí)現(xiàn)電力電子器件的緊湊化、小型化、高頻率、高功率密度和高集成度，封裝技術(shù)需要大力提升。在傳統(tǒng)上，功率半導(dǎo)體器件多采用二維平面芯片布局，IGBT等主開關(guān)器件與續(xù)流二極管在同一平面并排布局。二維平面芯片布局，不利于功率模塊的緊湊化和小型化，不利于提高功率模塊的功率密度，通常還會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，造成撓曲、斷裂或接頭破壞，容易使芯片失效。在功率模塊的封裝發(fā)展歷程上，為了減小空間，實(shí)現(xiàn)功率模塊的緊湊化、小型化、高功率密度和高集成度，將芯片進(jìn)行堆疊的封裝技術(shù)將成為一種重要發(fā)展方向。
[0003]由于SiC半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、飽和電子漂移速率高、熱導(dǎo)率高等優(yōu)異的物理特性，決定了SiC電力電子器件在高壓、高溫、高效率、高頻率等應(yīng)用領(lǐng)域具有極大的優(yōu)勢(shì)。SiC電力電子器件的應(yīng)用，可大幅降低逆變器及變頻器等電力轉(zhuǎn)換裝置的損失，極大地提高現(xiàn)有能源的轉(zhuǎn)換效率，在軌道交通、電網(wǎng)、新能源、電動(dòng)汽車領(lǐng)域都能發(fā)揮重要作用。采用硅IGBT和SiC SBD芯片配對(duì)形成的混合SiC功率模塊得到廣泛的認(rèn)可和大量的應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有的功率模塊是主開關(guān)器件(如IGBT或M0SFET)與續(xù)流二極管(如FRD或SiCSBD)在同一平面并排布局，使得功率模塊的功率密度偏小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種功率模塊結(jié)構(gòu)及制造方法，實(shí)現(xiàn)功率模塊的緊湊化和小型化，提高了功率模塊功率密度。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率模塊結(jié)構(gòu)，包括主開關(guān)器件、續(xù)流二極管和襯板，所述主開關(guān)器件和所述續(xù)流二極管的電壓等級(jí)一致，電流大小相同，所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合后，所述主開關(guān)器件倒裝焊接在所述襯板上，所述襯板上設(shè)置有多個(gè)分立的覆銅層，其中，所述主開關(guān)器件的發(fā)射極與所述襯板上的第一覆銅層焊接，柵極與所述襯板上的第二覆銅層焊接，所述主開關(guān)器件的集電極引出線與所述襯板上的第三覆銅層鍵合，所述續(xù)流二極管的陽極引出線與所述襯板上的第四覆銅層鍵合。
[0007]其中，所述主開關(guān)器件為IGBT芯片或MOSFET芯片。
[0008]其中，所述續(xù)流二極管為FRD或SiC SBD0
[0009]其中，所述IGBT芯片為1700V/100A硅IGBT芯片，所述SiC SBD為 1700V/100A SiCSBD0
[0010]其中，所述主開關(guān)器件的橫截面為邊長(zhǎng)為1mm的正方形，所述續(xù)流二極管的橫截面為邊長(zhǎng)為8mm的正方形。
[0011 ]其中，所述襯板為直接覆銅的AlN襯板。
[0012]除此之外，本發(fā)明還公開了一種功率模塊制造方法，包括:
[0013]將電壓等級(jí)一致的主開關(guān)器件與續(xù)流二極管，通過所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合；
[0014]對(duì)所述主開關(guān)器件、所述續(xù)流二極管和襯板進(jìn)行清洗；
[0015]將完成鍵合的所述主開關(guān)器件倒裝焊接在所述襯板上，所述主開關(guān)器件的發(fā)射極和柵極與所述襯板上的兩個(gè)分立的覆銅層焊接，所述主開關(guān)器件的集電極和所述續(xù)流二極管的陽極與所述襯板上的另兩個(gè)分立的覆銅層引線鍵合。
[0016]其中，所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合為低溫共晶鍵合。
[0017]其中，所述對(duì)完成鍵合的所述主開關(guān)器件、所述續(xù)流二極管和襯板進(jìn)行清洗，包括:
[0018]對(duì)完成鍵合的所述主開關(guān)器件和所述續(xù)流二極管采用超聲波清洗和化學(xué)清洗，對(duì)所述襯板進(jìn)行超聲波清洗。
[0019]其中，還包括將對(duì)焊接好的所述主開關(guān)器件、所述續(xù)流二極管和所述襯板引出端子和安裝管殼，并在所述管殼內(nèi)填充絕緣橡膠。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率模塊結(jié)構(gòu)以及功率模塊制造方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率模塊結(jié)構(gòu)，包括主開關(guān)器件、續(xù)流二極管和襯板，所述主開關(guān)器件和所述續(xù)流二極管的電壓等級(jí)一致，電流大小相同，所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合后，所述主開關(guān)器件倒裝焊接在所述襯板上，所述襯板上設(shè)置有多個(gè)分立的覆銅層，其中，所述主開關(guān)器件的發(fā)射極與所述襯板上的第一覆銅層焊接，柵極與所述襯板上的第二覆銅層焊接，所述主開關(guān)器件的集電極引出線與所述襯板上的第三覆銅層鍵合，所述續(xù)流二極管的陽極引出線與所述襯板上的第四覆銅層鍵合。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率模塊制造方法，應(yīng)用于上述所述的功率模塊結(jié)構(gòu)，包括:將電壓等級(jí)一致的主開關(guān)器件與續(xù)流二極管，通過所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合;對(duì)完成鍵合的所述主開關(guān)器件、所述續(xù)流二極管和襯板進(jìn)行清洗;將完成鍵合的所述主開關(guān)器件倒裝焊接在所述襯板上，所述主開關(guān)器件的發(fā)射極和柵極與所述襯板上的兩個(gè)分立的覆銅層焊接，所述主開關(guān)器件的集電極和所述續(xù)流二極管的陽極與所述襯板上的另兩個(gè)分立的覆銅層引線鍵合。
[0023]所述功率模塊結(jié)構(gòu)以及功率模塊制造方法，通過將主開關(guān)器件與續(xù)流二極管鍵合后，倒裝焊接在襯板上，使得所述主開關(guān)器件與續(xù)流二極管在所述襯板上上下堆疊，節(jié)省了排布面積，提高了功率模塊的功率密度，實(shí)現(xiàn)功率模塊的緊湊化和小型化。
[0024]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所提供的所述功率模塊結(jié)構(gòu)以及功率模塊制造方法，通過將主開關(guān)器件與續(xù)流二極管鍵合后倒裝焊接在襯板上，提高功率模塊的功率密度，實(shí)現(xiàn)了功率模塊的緊湊化和小型化。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖做簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率模塊結(jié)構(gòu)的主開關(guān)器件與續(xù)流二極管鍵合后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率模塊結(jié)構(gòu)的一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率模塊制造方法的一種【具體實(shí)施方式】的方法步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]正如【背景技術(shù)】部分所述，現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有功率模塊多采用主開關(guān)器件(如IGBT或M0SFET)與續(xù)流二極管(如FRD或SiC SBD)在同一平面并排布局的方式，使得功率模塊的功率密度偏小。
[0030]基于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率模塊結(jié)構(gòu)，包括主開關(guān)器件、續(xù)流二極管和襯板，所述主開關(guān)器件和所述續(xù)流二極管的電壓等級(jí)一致，電流大小相同，所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合后，所述主開關(guān)器件倒裝焊接在所述襯板上，所述襯板上設(shè)置有多個(gè)分立的覆銅層，其中，所述主開關(guān)器件的發(fā)射極與所述襯板上的第一覆銅層焊接，柵極與所述襯板上的第二覆銅層焊接，所述主開關(guān)器件的集電極引出線與所述襯板上的第三覆銅層鍵合，所述續(xù)流二極管的陽極引出線與所述襯板上的第四覆銅層鍵入口 ο
[0031]除此之外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種功率模塊制造方法，包括:將電壓等級(jí)一致的主開關(guān)器件與續(xù)流二極管，通過所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合;對(duì)完成鍵合的所述主開關(guān)器件、所述續(xù)流二極管和襯板進(jìn)行清洗;將完成鍵合的所述主開關(guān)器件倒裝焊接在所述襯板上，所述主開關(guān)器件的發(fā)射極和柵極與所述襯板上的兩個(gè)分立的覆銅層焊接，所述主開關(guān)器件的集電極和所述續(xù)流二極管的陽極與所述襯板上的另兩個(gè)分立的覆銅層引線鍵合。
[0032]在本發(fā)明實(shí)施例中，主開關(guān)器件與續(xù)流二極管鍵合后，再倒裝焊接在襯底上，將現(xiàn)有的水平排布的主開關(guān)器件與續(xù)流二極管，改變?yōu)樯舷露询B的方式，節(jié)省了排布面積，提高了了功率模塊的功率密度。如，主開關(guān)器件為SiC MOSFET，續(xù)流二極管為SiC SBD，現(xiàn)有技術(shù)中SiC MOSFET和SiC SK)是水平排布的，占用的面積大于二者本身占有的面積，在實(shí)際的功率模塊的制作過程中，必然有前后順序之分，后一個(gè)部件的制作必然會(huì)或多或好對(duì)前一個(gè)部件產(chǎn)生不良影響，距離前一個(gè)部件有一定的安全距離，這樣必然導(dǎo)致功率模塊占用的面積很大，在功率不變的前提下，功率模塊的功率密度很小。而在本發(fā)明中，采用先將S i CMOSFET和SiC SBD鍵合，SiC MOSFET的集電極與SiC SBD的陰極鍵合在一起，然后再倒裝焊接的方式將SiC MOSFET焊接到襯板上，這樣占用的面積是SiC MOSFET占用的面積，在功率器件的功率不變的前提下，由于占用的面積大幅減少，使得功率模塊的功率密度可以變得很高，功率模塊中的各部件之間也變得緊湊，更容易實(shí)現(xiàn)小型化。
[0033]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的所述功率模塊結(jié)構(gòu)以及功率模塊制造方法，通過將主開關(guān)器件與續(xù)流二極管鍵合后倒裝焊接在襯板上，使得所述主開關(guān)器件與續(xù)流二極管在所述襯板上上下堆疊，節(jié)省了排布面積，提高了功率模塊的功率密度，實(shí)現(xiàn)功率模塊的緊湊化和小型化。
[0034]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下，所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0035]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0036]請(qǐng)參考圖1-2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率模塊結(jié)構(gòu)的主開關(guān)器件與續(xù)流二極管鍵合后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率模塊結(jié)構(gòu)的一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]在一種【具體實(shí)施方式】中，所述功率模塊結(jié)構(gòu)，包括主開關(guān)器件20、續(xù)流二極管10和襯板30，所述主開關(guān)器件20和所述續(xù)流二極管10的電壓等級(jí)一致，電流大小相同，所述主開關(guān)器件20的集電極21與所述續(xù)流二極管10的陰極11鍵合后，所述主開關(guān)器件20倒裝焊接在所述襯板30上，所述襯板30上設(shè)置有多個(gè)分立的覆銅層，其中，所述主開關(guān)器件20的發(fā)射極22與所述襯板30上的第一覆銅層焊接，柵極23與所述襯板30上的第二覆銅層焊接，所述主開關(guān)器件20的集電極21引出線與所述襯板30上的第三覆銅層鍵合，所述續(xù)流二極管10的陽極12引出線與所述襯板30上的第四覆銅層鍵合。
[0038]相同等級(jí)的主開關(guān)器件20與續(xù)流二極管10由于電流密度的差別，后者的面積小于前者，主開關(guān)器件20的尺寸大于續(xù)流二極管10的尺寸，在倒裝焊接時(shí)與所述襯板30的接觸面積更大，使得倒裝焊接后二者的連接更加牢固。
[0039]共晶鍵合需要精確定量鍵合力以及均勻分布溫度，以便能夠控制共晶材料下的焊接。
[0040]所述功率模塊結(jié)構(gòu)，通過將主開關(guān)器件20與續(xù)流二極管10鍵合后倒裝焊接在襯板30上，使得所述主開關(guān)器件20與續(xù)流二極管10在所述襯板30上上下堆疊，節(jié)省了排布面積，提高了功率模塊的功率密度，實(shí)現(xiàn)功率模塊的緊湊化和小型化。
[0041]需要說明的是，選擇主開關(guān)器件20和續(xù)流二極管10的電壓等級(jí)一致，電流大小相同，目的在于利用續(xù)流二極管比主開關(guān)器件更大電流密度的特點(diǎn)，使主開關(guān)器件的芯片面積大于續(xù)流二極管面積，主開關(guān)器件芯片的芯片邊長(zhǎng)大于續(xù)流二極管芯片的邊長(zhǎng)，以便二者鍵合之后的主開關(guān)器件能進(jìn)行引線鍵合。否則，不利于提升器件的功率密度，不利于盡可能發(fā)揮器件的性能;完成鍵合的主開關(guān)器件20與續(xù)流二極管10在倒裝之前一般需要采用超聲波清洗和化學(xué)清洗結(jié)合的方法，去除顆粒物質(zhì)、離子雜質(zhì)和油脂污染，對(duì)襯板30進(jìn)行超聲清洗，去除表面的污漬，本發(fā)明對(duì)所述主開關(guān)器件20、續(xù)流二極管10以及所述襯板30不做具體限定。
[0042]由于一般需要提高功率密度、減小占據(jù)空間，實(shí)現(xiàn)高功率密度和高集成度的器件為IGBT芯片和MOFET芯片，因此，所述主開關(guān)器件20—般為IGBT芯片或MOSFET芯片。需要說明的是，所述主開關(guān)器件20還可以是其它的功率器件，本發(fā)明對(duì)此不作具體限定，此外，本發(fā)明對(duì)所述IGBT芯片或MOSFET芯片不做具體限定，實(shí)際的器件規(guī)格需要結(jié)合實(shí)際需求選定。
[0043]續(xù)流二極管10的作用是在電路中起到續(xù)流的作，一般選擇快速恢復(fù)二極管(FRD)或者肖特基二極管(SBD)來作為〃續(xù)流二極管10"，它在電路中一般用來保護(hù)元件不被感應(yīng)電壓擊穿或燒壞，以反并聯(lián)方式接到主開關(guān)器件的兩端，在主開關(guān)器件關(guān)斷過程進(jìn)行續(xù)流，即所述續(xù)流二極管10—般為FRD或SiC SBD0
[0044]在一種具體的實(shí)施例中，所述IGBT芯片為1700V/100A硅IGBT芯片，所述SiC SBD為1700V/100A SiC SBD，所述主開關(guān)器件20的橫截面為邊長(zhǎng)為1mm的正方形，所述續(xù)流二極管10的橫截面為邊長(zhǎng)為8mm的正方形，只要前者的橫截面積比后者大，在二者鍵合后，續(xù)流二極管的底端面完全與主開關(guān)器件的頂端面接觸，如主開關(guān)器件的橫截面為正多邊形，續(xù)流二極管的橫截面為不大于該正多邊形的內(nèi)接圓等，使得續(xù)流二極管的一端與主開關(guān)器件完全接觸，提尚熱傳導(dǎo)能力，進(jìn)而提尚散熱能力，提尚功率t旲塊的功率密度。
[0045]需要說明的是，所述IGBT芯片和所述SiCSBD的規(guī)格由實(shí)際的需求確定，本發(fā)明對(duì)此不做具體限定。
[0046]而對(duì)于所述襯板30，由于所述主開關(guān)器件20與所述續(xù)流二極鍵合的目的是制作高功率密度的功率模塊，那么制作完成后的功率模塊的發(fā)熱功率一般較大，需要襯板30具有較強(qiáng)的散熱能力，而且由于完成鍵合的主開關(guān)器件20需要倒裝焊接在所述襯板30上，為了降低倒裝焊接的溫度，降低工藝難度，同時(shí)在后期的引線鍵合時(shí)也能夠降低鍵合工藝的難度，因此所述襯板30—般為直接覆銅的AlN襯板30，S卩DBC(Direct Bonded Copper)。需要說明的是，本發(fā)明對(duì)所述襯板30不做具體限定，只要完成鍵合的主開關(guān)器件20能夠倒裝焊接在所述襯板30上即可，但是一般還是選擇能夠降低倒裝焊接的工藝難度，即提高成品率，同時(shí)又能保證有優(yōu)良的散熱能力。
[0047]除此之外，本發(fā)明還公開了一種功率模塊制造方法，如圖3所示，包括:
[0048]步驟I，將電壓等級(jí)一致的主開關(guān)器件與續(xù)流二極管，通過所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合；
[0049]步驟2，對(duì)所述主開關(guān)器件、所述續(xù)流二極管和襯板進(jìn)行清洗；
[0050]步驟3，將完成鍵合的所述主開關(guān)器件倒裝焊接在所述襯板上，所述主開關(guān)器件的發(fā)射極和柵極與所述襯板上的兩個(gè)分立的覆銅層焊接，所述主開關(guān)器件的集電極和所述續(xù)流二極管的陽極與所述襯板上的另兩個(gè)分立的覆銅層引線鍵合。
[0051]所述功率模塊制造方法，通過將主開關(guān)器件與續(xù)流二極管鍵合后倒裝焊接在襯板上，使得所述主開關(guān)器件與續(xù)流二極管在所述襯板上上下堆疊，節(jié)省了排布面積，提高了功率模塊的功率密度，實(shí)現(xiàn)功率模塊的緊湊化和小型化。
[0052]所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合為低溫共晶鍵合。共晶鍵合是指利用共晶金屬的特殊屬性，向焊料一樣的合金即使在低溫下也能熔化，形成平坦的表面。
[0053]完成鍵合的所述主開關(guān)器件和所述續(xù)流二極管的表面一般會(huì)具有一些顆粒物質(zhì)、離子雜質(zhì)和油脂污染，需要對(duì)其進(jìn)行清除，否則在后續(xù)的倒裝焊接工藝以及引線鍵合工藝中，這些顆粒物質(zhì)、離子雜質(zhì)和油脂污染會(huì)降低倒裝焊接的效果，引線鍵合的成品率也會(huì)下降，而襯板也必須保證表面足夠干凈，因此也要進(jìn)行必要的清潔。對(duì)所述主開關(guān)器件、所述續(xù)流二極管和襯板進(jìn)行清洗，包括:
[0054]對(duì)完成鍵合的所述主開關(guān)器件和所述續(xù)流二極管采用超聲波清洗和化學(xué)清洗，對(duì)所述襯板進(jìn)行超聲波清洗。由于完成鍵合的所述主開關(guān)器件和所述續(xù)流二極管的表面具有顆粒物質(zhì)、離子雜質(zhì)和油脂污染，只有超聲波清洗的方式很難將油脂污染和離子雜質(zhì)清除，因此需要進(jìn)行化學(xué)清洗，一般是先進(jìn)行化學(xué)清洗后進(jìn)行超聲清洗，也可以是將鍵合后的主開關(guān)器件和所述續(xù)流二極管放入化學(xué)藥劑中，并置于超聲波清洗機(jī)中，同時(shí)進(jìn)行化學(xué)清洗和超聲波清洗。需要說明的是，本發(fā)明對(duì)所述化學(xué)清洗和所述超聲波清洗不做具體限定，具體的清洗的要求由實(shí)際需求決定，可以在顯微鏡下觀察清洗效果，如果不滿足要求可以進(jìn)行多次清洗，本發(fā)明不做限定。
[0055]倒裝焊接的過程一般為:通過倒裝的工藝方式，將完成鍵合的主開關(guān)器件和續(xù)流二極管倒扣在DBC襯板的覆銅層上，采用SnAg作為焊料，將器件焊接在DBC襯板，采用高溫回流焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片焊接固化。比如，將完成低溫共晶鍵合的1700V/100A硅IGBT和1700V/100A SiC SBD芯片倒扣在DBC襯板的覆銅層上，采用SnAg等作為焊料，將器件焊接在DBC襯板，采用高溫回流焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片焊接固化。
[0056]引線鍵合的過程一般為:選擇鋁(Al)作為電學(xué)引線，采用引線鍵合的方式，將主開關(guān)器件的集電極面引出到DBC襯板的第三覆銅層，并將續(xù)流二極管的陽極面引出到DBC襯板的第四覆銅層，鍵合引線一端與芯片的電極相接，另一端與襯板的DBC襯板覆銅區(qū)相接。比如，將1700V/100A硅IGBT集電極面引出至丨jDBC襯板的第三覆銅層，鍵合Al引線一端與IGBT芯片的集電極相接，另一端與襯板30的DBC襯板第三覆銅區(qū)相接，再將1700V/100A SiC SBD的陽極面引出到DBC襯板30的第四覆銅層，鍵合Al引線一端與SiC SBD芯片的陽極相接，另一端與襯板的DBC襯板第四覆銅區(qū)相接。
[0057]需要說明的是，本發(fā)明對(duì)所述倒裝焊接以及引線鍵合不做具體限定。
[0058]完成鍵合、倒裝焊接以及引線鍵合后，功率模塊已經(jīng)制作完成，但是一般不會(huì)直接應(yīng)用，因?yàn)檫€有引線裸漏在外，而且功率模塊很容易在安裝和使用過程中，發(fā)生損壞，降低器件的使用可靠性，降低使用壽命，因此所述功率模塊制造方法一般還包括將對(duì)焊接好的所述主開關(guān)器件、所述續(xù)流二極管和所述襯板引出端子和安裝管殼，并在所述管殼內(nèi)填充絕緣橡膠。
[0059]選擇合適的功率引出端子，使功率接線端子具有較高的電導(dǎo)率和機(jī)械特性，將功率接線端子焊接在襯板的引出接口電極上，并將功率接線端子彎折成型，安裝管殼并填充絕緣硅膠，形成功率模塊。
[0060]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所提供的功率模塊結(jié)構(gòu)以及功率模塊制造方法，通過將主開關(guān)器件與續(xù)流二極管鍵合后倒裝焊接在襯板上，使得所述主開關(guān)器件與續(xù)流二極管在所述襯板上上下堆疊，節(jié)省了排布面積，提高了功率模塊的功率密度，實(shí)現(xiàn)功率模塊的緊湊化和小型化。
[0061]以上對(duì)本發(fā)明所提供的功率模塊結(jié)構(gòu)以及功率模塊制造方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種功率模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括主開關(guān)器件、續(xù)流二極管和襯板，所述主開關(guān)器件和所述續(xù)流二極管的電壓等級(jí)一致，電流大小相同，所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合后，所述主開關(guān)器件倒裝焊接在所述襯板上，所述襯板上設(shè)置有多個(gè)分立的覆銅層，其中，所述主開關(guān)器件的發(fā)射極與所述襯板上的第一覆銅層焊接，柵極與所述襯板上的第二覆銅層焊接，所述主開關(guān)器件的集電極引出線與所述襯板上的第三覆銅層鍵合，所述續(xù)流二極管的陽極引出線與所述襯板上的第四覆銅層鍵合。2.如權(quán)利要求1所述的功率模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主開關(guān)器件為IGBT芯片或MOSFET芯片。3.如權(quán)利要求2所述的功率模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述續(xù)流二極管為FRD或SiCSM)。4.如權(quán)利要求3所述的功率模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述IGBT芯片為1700V/100A硅IGBT芯片，所述SiC SBD為 1700V/100A SiC SBD05.如權(quán)利要求4所述的功率模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主開關(guān)器件的橫截面為邊長(zhǎng)為I Omm的正方形，所述續(xù)流二極管的橫截面為邊長(zhǎng)為8mm的正方形。6.如權(quán)利要求5所述的功率模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯板為直接覆銅的AlN襯板。7.一種功率模塊制造方法，其特征在于，包括: 將電壓等級(jí)一致的主開關(guān)器件與續(xù)流二極管，通過所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合； 對(duì)所述主開關(guān)器件、所述續(xù)流二極管和襯板進(jìn)行清洗； 將完成鍵合的所述主開關(guān)器件倒裝焊接在所述襯板上，所述主開關(guān)器件的發(fā)射極和柵極與所述襯板上的兩個(gè)分立的覆銅層焊接，所述主開關(guān)器件的集電極和所述續(xù)流二極管的陽極與所述襯板上的另兩個(gè)分立的覆銅層引線鍵合。8.如權(quán)利要求7所述的功率模塊制造方法，其特征在于，所述主開關(guān)器件的集電極與所述續(xù)流二極管的陰極鍵合為低溫共晶鍵合。9.如權(quán)利要求7所述的功率模塊制造方法，其特征在于，所述對(duì)所述主開關(guān)器件、所述續(xù)流二極管和襯板進(jìn)行清洗，包括: 對(duì)完成鍵合的所述主開關(guān)器件和所述續(xù)流二極管采用超聲波清洗和化學(xué)清洗，對(duì)所述襯板進(jìn)行超聲波清洗。10.如權(quán)利要求9所述的功率模塊制造方法，其特征在于，還包括將對(duì)焊接好的所述主開關(guān)器件、所述續(xù)流二極管和所述襯板引出端子和安裝管殼，并在所述管殼內(nèi)填充絕緣橡膠。
【文檔編號(hào)】H01L21/60GK105914205SQ201610300210
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月9日
【發(fā)明人】李誠(chéng)瞻, 常桂欽, 彭勇殿, 馮江華, 劉國(guó)友
【申請(qǐng)人】株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司