塑封型功率模块制造技术

本发明专利技术提供一种塑封型功率模块，包括具有第一台阶和第二台阶的引线框；具有电极的第一表面和与第一表面相反的第二表面的第一平面型功率器件，电极分别对应粘接到第一台阶上；具有电极的第一表面和与第一表面相反的第二表面的第二平面型功率器件，电极分别对应粘接到第二台阶上；其中，第一平面型功率器件的第一表面与第二平面型功率器件的第一表面互相面对，并且在垂直方向上的投影面积至少部分重叠，且第一平面型功率器件至少有一个电极与所述第二平面型功率器件的电极电性连接。本发明专利技术提出的塑封型功率模块，可以缩小功率模块内的回路寄生参数的同时缩小功率模块的封装尺寸并降低封装成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率模块
，尤其涉及一种塑封型功率模块。
技术介绍
在电力电子领域，半导体器件的发展始终沿着大容量、高频率、和智能化的方向发展。自20世纪80年代IGBT(Insulated-GateBipolarTransistor，绝缘栅晶体管)问世以来，传统硅工艺的长足进步已使得硅器件在很多方面的性能都逼近了理论的极限，继续通过器件原理的创新、结构的改善和制造工艺的进步来提高电力电子器件的总体性能已经没有太大的发展空间。要寻求更大的突破，只能从器件的材料本身来寻找出路。在此背景下，以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的新型宽禁带功率半导体器件的研究得到了电力半导体器件领域的广泛关注，相应的成熟器件也在近10年内不断推入市场，鉴于其所具备的高温稳定性和更好的高频特性等优势获得了广泛应用。由于新型宽禁带功率半导体器件可以将整机系统推到更高的频率，这就意味着有必要通过材料、工艺等手段对设有新型宽禁带半导体器件的功率模块封装进行优化，以使得功率模块内的回路寄生参数较小。在功率模块封装领域，由于功率半导体的电极焊盘(pad)数量有限，且在中低频(几十千赫兹到几百千赫兹)下的功率模块内的回路寄生参数对尖峰电压和开关损耗没有明显的影响，因此传统的功率模块的封装方式仍然采用以引线键合(wirebonding)为主的电连接方式。图1为传统的塑封料(moldingtype)模块封装结构。DBC(DirectBondedCopper，直接敷铜陶瓷)基板1-1作为器件1-2的安装载板，在基板1-1上形成电路的布线，并将器件1-2与DBC基板1-1组装，针对部分器件1-2需要使用引线键合工艺完成器件1-2的电极和DBC基板1-1的引线框架(leadframe)1-3电气连接，最后通过模塑料(moldingcompound)1-4进行整体结构的机械支撑和电气保护，以引线框架1-3的引出引脚与外部线路实现电气连接。但是在中小功率(3000W以下)模块封装领域，随着对功率密度的追求，模块的高频化需求日益显著，而与传统功率半导体器件(如IGBT，MOS)的垂直结构不同，新型宽禁带功率半导体器件(GaN等)的平面型结构使得封装方式更为多样。图2示出了垂直型功率半导体器件的电极焊盘分布；图3示出了平面型功率半导体器件的电极焊盘分布。比较图2和图3可以看出，图2中垂直型功率半导体器件2-1的栅极2-3和源极2-4在功率半导体器件2-1的一侧，而漏极2-2在功率半导体器件2-1的另一侧；图3中平面型功率半导体器件3-1的栅极3-3、源极3-4和漏极3-2在功率半导体器件3-1的同一侧。因此有必要在新型平面功率半导体器件的基础上开发相应技术，使得基于平面型功率半导体器件的功率模块具有较小的回路寄生参数。一般的构成电路拓扑的基本单元通常由两个功率半导体器件Q1，Q2和一颗电容C组成。图4给出了典型的两个功率半导体器件串联构成的半桥拓扑结构，该拓扑通常是组成复杂电路拓扑的基本单元，因此其应用极为广泛。另外，两个功率半导体器件并联的拓扑结构在一些场合也会有应用。目前平面型功率半导体器件封装主要通过引线键合或平面型功率半导体器件倒装焊(flipchip)方式实现平面型功率半导体器件与基板之间的电连接。图5示出现有技术中一种半桥拓扑结构中功率半导体器件的引线键合实现方式。图5中的5-3和5-5分别表示图4中的功率半导体器件Q1和Q2，该两个功率半导体器件都是平面型功率半导体器件。通过粘结材料(焊料(solder)，环氧树脂(epoxy)等)5-2将平面型功率半导体器件5-3和5-5粘接到基板5-1上，再通过连接线5-4(wire)(铜线，铝线等)将平面型功率半导体器件的漏极(drain)，源极(source)，栅极(gate)等电极焊盘和基板布线焊盘电连接。图6示出图5的俯视图，其中图6中的6-3和6-5分别表示图5中的平面型功率半导体器件5-3和5-5。此结构由于受到平面型功率半导体器件尺寸、引线键合工艺能力等的影响，各电极连焊盘之间的距离相对较长，因此使得半桥拓扑结构的实际电流回路相对较大，造成较大的回路寄生参数，回路寄生参数会增加回路损耗和尖峰电压从而不利于半桥拓扑结构的高频化。图7示出现有技术中另外一种半桥拓扑结构中功率半导体器件倒装焊实现方式。图7中的7-4和7-5分别表示图4中的功率半导体器件Q1和Q2，该两个功率半导体器件都是平面型功率半导体器件。将平面型功率半导体器件7-4和7-5倒扣到基板7-1上，通过在平面型功率半导体器件7-4和7-5的焊盘上制作凸点7-2(材料成分可以是焊料或铝、铜等)，用以实现功率半导体器件焊盘和基板焊盘的互联，此倒装焊实现方式可以减小引线键合实现方式所带来的额外的尺寸(如引线键合拉线弧，下刀和退刀以及基板焊盘尺寸等所需要的空间)，从而有效缩小半桥拓扑结构的电流回路，但是在塑料封装内部此倒装焊实现方式中两个平面型功率半导体器件的位置关系仍然是平行放置，两个平面型功率半导体器件的电极焊盘之间的互联仍需要跨过平面型功率半导体器件本身的尺寸，因此对功率模块封装的优化有进一步提升的空间。而且该封装结构一侧，也就是基板一侧是塑封料，由于材料热膨胀系数的差异会使得封装结构存在较大的内应力从而产生翘曲。
技术实现思路
为克服现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提出一种新的优化功率模块封装的技术解决方案，提出了一种塑封型功率模块，采用平面型功率半导体器件面对面排布的结构，从而可以在功率模块内的回路寄生参数的同时缩小功率模块的封装尺寸并降低封装成本，满足对高效率、高功率密度及低成本的追求。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种塑封型功率模块，包括：引线框，所述引线框包括具有第一台阶和第二台阶；第一平面型功率器件，所述第一平面型功率器件包括具有电极的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述电极分别对应粘接到所述第一台阶；第二平面型功率器件，所述第二平面型功率器件包括具有电极的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述电极分别对应粘接到所述第二台阶；其中，所述第一平面型功率器件的所述第一表面与所述第二平面型功率器件的所述第一表面互相面对，并且在垂直方向上的投影面积至少部分重叠，且所述第一平面型功率器件的至少有一个电极与所述第二平面型功率器件的所述电极电性连接。其中，所述第一台阶和所述第二台阶分别于所述引线框上形成多个引脚。其中，所述塑封型功率模块还包括电容，所述电容电性粘接到所述多个引脚其中两者之间。其中，所述塑封型功率模块还包括塑封料，所述塑封料包覆所述第一平面型功率器件、所述第二平面型功率器件以及所述多个引脚的部分。其中，所述塑封型功率模块还包括塑封料，所述塑封料包覆所述电容、所述第一平面型功率器件、所述第二平面型功率器件以及所述多个引脚的部分。其中，所述第一平面型功率器件的所述第一表面与所述第二平面型功率器件的所述第一表面在垂直方向上正对排布，其在所述垂直方向上的投影面积完全重叠。其中，所述塑封型功率模块还包括散热器，所述第一平面型功率器件的所述第二表面和/或所述第二平面型功率器件的所述第二表面粘接到所述散热器上。其中，所述引脚分布于所述塑封型功率模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种塑封型功率模块，包括：引线框，所述引线框包括第一台阶和第二台阶；第一平面型功率器件，所述第一平面型功率器件包括具有电极的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述电极分别对应粘接到所述第一台阶；第二平面型功率器件，所述第二平面型功率器件包括具有电极的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述电极分别对应粘接到所述第二台阶；其中，所述第一平面型功率器件的所述第一表面与所述第二平面型功率器件的所述第一表面互相面对，并且在垂直方向上的投影面积至少部分重叠，且所述第一平面型功率器件至少有一个所述电极与所述第二平面型功率器件的所述电极电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种塑封型功率模块，包括：引线框，所述引线框包括第一台阶和第二台阶；第一平面型功率器件，所述第一平面型功率器件包括具有电极的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述电极分别对应粘接到所述第一台阶；第二平面型功率器件，所述第二平面型功率器件包括具有电极的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述电极分别对应粘接到所述第二台阶；其中，所述第一平面型功率器件的所述第一表面与所述第二平面型功率器件的所述第一表面互相面对，并且在垂直方向上的投影面积至少部分重叠，且所述第一平面型功率器件至少有一个所述电极与所述第二平面型功率器件的所述电极电性连接。2.如权利要求1所述的塑封型功率模块，其中，所述第一台阶和所述第二台阶分别于所述引线框上形成多个引脚。3.如权利要求2所述的塑封型功率模块，其中，所述塑封型功率模块还包括电容，所述电容电性粘接到所述多个引脚其中两者之间。4.如权利要求2所述的塑封型功率模块，其中，所述塑封型功率模块还包括塑封料，所述塑封料包覆所述第一平面型功率器件、所述第二平面型功率器件以及所述多个引脚的部分。5.如权利要求3所述的塑封型功率模块，其中，所述塑封型功率模块还包括塑封料，所述塑封料包覆所述电容、所述第一平面型功率器件、所述第二平面型功率器件以及所述多个引脚的部分。6.如权利要求1所述的塑封型功率模块，其中，所述第一平面型功率器件的所述第一表面与所述第二平面型功率器件的所述第一表面在垂直方向上正对排布，其在所述垂直方向上的投影面积完全重叠。7.如权利要求1所述的塑封型功率模块，其中，所述塑封型功率模块还包括散热器，所述第一平面型功率器件的所述第二表面和/或所述第二平面型功率器件的所述第二表面粘接到所述散热器上。8.如权利要求2所述的塑封型功率模块，其中，所述引脚分布于所述塑
\t封型功率模块的至少一侧。9.如权利要求2所述的塑封型功率模块，其中，所述引脚弯折成L型或J型。10.一种塑封型功率模块，包括：基板，所述基板包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面上分别具有多个引线端；第一平面型功率器件，所述第一平面型功率器件包括具有电极的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述电极分别对应粘接到所述基板的所述第一表面的所述引线端上；第二平面型功率器件，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁凯，赵振清，王涛，梁乐，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71