一種用于電動(dòng)汽車(chē)的功率模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種用于電動(dòng)汽車(chē)的功率模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)能環(huán)保的探索已成為當(dāng)今工業(yè)發(fā)展的主題，電動(dòng)汽車(chē)近年來(lái)得到蓬勃發(fā)展，而電力電子器件則成為電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)模塊結(jié)合了雙極性晶體管(BJT)和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，顯示出優(yōu)良的性能，從而廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)。
[0003]隨著人們對(duì)車(chē)用電機(jī)逆變器的性能需求越來(lái)越高，對(duì)功率電子模塊在工作溫度、高效散熱等方面也提出了更高的要求。在車(chē)用冷卻水循環(huán)下，變化的環(huán)境溫度是被動(dòng)熱循環(huán)的原因。當(dāng)功率半導(dǎo)體器件被從70°C的冷卻水溫度加熱到超過(guò)110°C?130°C，之后又回落到冷卻水溫度。由于所使用的材料有著不同的熱膨脹系數(shù)，因此每一次的溫度循環(huán)變化都會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生，導(dǎo)致焊接或鍵合互連中材料疲。同時(shí)，大量鍵合引線的存在，使得模塊內(nèi)部雜散電感較大，降低出現(xiàn)器件的輸出特性。
[0004]圖1示出了傳統(tǒng)功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0005]如圖1所示，傳統(tǒng)功率模塊封裝通常將半導(dǎo)體芯片101通過(guò)釬焊焊層102焊接到絕緣襯板103上，焊接有半導(dǎo)體芯片101的絕緣襯板103設(shè)置在導(dǎo)熱底板104上。
[0006]在傳統(tǒng)功率模塊封裝結(jié)構(gòu)中，由于采用的是將半導(dǎo)體芯片101產(chǎn)生的熱量先后傳導(dǎo)至絕緣襯板103和導(dǎo)熱底板104的單向散熱方式，使得半導(dǎo)體芯片101在工作過(guò)程中產(chǎn)生的大量焦耳熱只能通過(guò)絕緣襯板103—導(dǎo)熱底板板104傳導(dǎo)出來(lái)。這種結(jié)構(gòu)的散熱方式效率相對(duì)較低，內(nèi)部熱阻也較大。對(duì)于散熱要求非?？量痰碾妱?dòng)汽車(chē)用逆變器來(lái)說(shuō)，這種散熱方式已經(jīng)很難滿(mǎn)足需要。
[0007]基于上述情況，亟需一種能夠降低雜散電感、提高散熱效率的電動(dòng)汽車(chē)用功率模塊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于電動(dòng)汽車(chē)的功率模塊，所述功率模塊包括:
[0009]半導(dǎo)體芯片；
[0010]第一導(dǎo)熱板和焊接層，所述第一導(dǎo)熱板通過(guò)所述焊接層與所述半導(dǎo)體芯片的第一表面上的相應(yīng)端口連接；
[0011]第二導(dǎo)熱板和金屬焊球陣列，所述第二導(dǎo)熱板通過(guò)所述金屬焊球陣列與所述半導(dǎo)體芯片的第二表面上的相應(yīng)端口連接；
[0012]功率端子和控制端子，所述功率端子和控制端子與所述第一導(dǎo)熱板連接；以及，
[0013]封裝外殼。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一導(dǎo)熱板包括:
[0015]第一導(dǎo)熱層，其導(dǎo)熱面延伸出所述封裝外殼的表面，以將所述功率模塊產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出所述封裝外殼；
[0016]第一絕緣層和第一電路層，所述第一絕緣層設(shè)置在所述第一導(dǎo)熱層與第一電路層之間，所述第一電路層通過(guò)所述焊接層與所述半導(dǎo)體芯片的第一表面的相應(yīng)端口連接。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一電路層包括第一連接區(qū)和第二連接區(qū)，所述第一連接區(qū)和第二連接區(qū)通過(guò)所述焊接層與所述半導(dǎo)體芯片的第一表面上的相應(yīng)端口連接。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二導(dǎo)熱板包括:
[0019]第二導(dǎo)熱層，其導(dǎo)熱面延伸出所述封裝外殼的表面，以將所述功率模塊產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出所述封裝外殼；
[0020]第二絕緣層和第二電路層，所述第二絕緣層設(shè)置在所述第二導(dǎo)熱層與第二電路層之間，所述第二電路層通過(guò)所述金屬焊球陣列與所述半導(dǎo)體芯片的第二表面上的相應(yīng)端口連接。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二電路層包括第三連接區(qū)，所述第三連接區(qū)通過(guò)所述金屬焊球陣列與所述半導(dǎo)體芯片的第二表面上的相應(yīng)端口連接。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一絕緣層和/或所述第二絕緣層相對(duì)于所述封裝外殼向內(nèi)凹陷預(yù)設(shè)距離。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述半導(dǎo)體芯片包括控制端口、第一外接端口和第二外接端口，其中，所述控制端口和第一外接端口通過(guò)分別通過(guò)所述焊接層與所述第一連接區(qū)和第二連接區(qū)連接，所述第二外接端口通過(guò)所述金屬焊球陣列與所述第三連接區(qū)連接。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制端口為柵極，所述第一外接端口為集電極，所述第三外接端口為射極。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述封裝外殼為一體化轉(zhuǎn)模成型工藝制作的外殼。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述封裝外殼內(nèi)填充有預(yù)設(shè)填充物，所述預(yù)設(shè)填充物與所述封裝外殼的構(gòu)成材料相同。
[0027]本發(fā)明提供了一種無(wú)鍵合引線的功率模塊，從而避免了鍵合引線脫落或根部斷裂而引起的功率模塊長(zhǎng)期可靠性失效的問(wèn)題。同時(shí)，該功率模塊由于不存在大量的鍵合引線，因此也可以避免因大量鍵合引線的使用而導(dǎo)致功率模塊內(nèi)部存在較大寄生電感的問(wèn)題，從而保證了模塊的性能可靠。
[0028]本發(fā)明所提供的電動(dòng)汽車(chē)功率模塊將具有功率轉(zhuǎn)化功能的半導(dǎo)體芯片通過(guò)特定互連技術(shù)分別焊接到上下兩個(gè)導(dǎo)熱襯板上，根據(jù)功率模塊所實(shí)現(xiàn)的功能應(yīng)用不同可以將半導(dǎo)體芯片在焊接時(shí)采用正面放置或反面放置，并通過(guò)金屬焊球陣列調(diào)節(jié)由于半導(dǎo)體芯片厚度不同所產(chǎn)生的高度差，電極端子分別布置于散熱襯板的兩側(cè)，最后通過(guò)一體化轉(zhuǎn)模成型工藝填充內(nèi)部間隙并封裝模塊外殼。該功率模塊摒棄了傳統(tǒng)功率模塊中鍵合引線、硅膠/環(huán)氧樹(shù)脂、散熱基板以及導(dǎo)熱硅脂材料，能夠通過(guò)與外部散熱片連接來(lái)實(shí)現(xiàn)雙面散熱模式。
[0029]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0030]附圖示出了本發(fā)明的各方面的各種實(shí)施例，并且它們與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，附圖所示的特定實(shí)施例僅是實(shí)例性的，并且它們無(wú)意限制本發(fā)明的范圍。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在某些示例中，被示出的一個(gè)元件也可以被設(shè)計(jì)為多個(gè)元件，或者多個(gè)元件也可以被設(shè)計(jì)為一個(gè)元件。在某些示例中，被示出為另一元件的內(nèi)部部件的元件也可以被實(shí)現(xiàn)為該另一元件的外部部件，反之亦然。為了更加清楚、詳細(xì)地本發(fā)明的示例性實(shí)施例以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)Ρ景l(fā)明的各方面及其特征的優(yōu)點(diǎn)理解得更加透徹，現(xiàn)對(duì)附圖進(jìn)行介紹，在附圖中:
[0031]圖1是現(xiàn)有的功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第一導(dǎo)熱板的結(jié)構(gòu)示意圖
[0034]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第一電路層的電極分布圖；
[0035]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第二導(dǎo)熱板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第二電路層的電極分布圖；
[0037]圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第一導(dǎo)熱板與第二導(dǎo)熱板的裝配示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0039]同時(shí)，在以下說(shuō)明中，出于解釋的目的而闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的徹底理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以不用這里的具體細(xì)節(jié)或者所描述的特定方式來(lái)實(shí)施。
[0040]圖2示出了本實(shí)施例所提供的用于電動(dòng)汽車(chē)的功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]如圖所示，本實(shí)施例所提供的功率模塊包括:第一導(dǎo)熱板201、半導(dǎo)體芯片202(包括第一芯片202a和第二芯片202b)、金屬焊球陣列203、第二導(dǎo)熱板204、功率端子205、控制端子206以及封裝外殼207。其中，半導(dǎo)體芯片202焊接在第一導(dǎo)熱板201上，半導(dǎo)體芯片202和/或第一導(dǎo)熱板201通過(guò)金屬球陣列203與第二導(dǎo)熱板204的相應(yīng)端口連接。功率端子205和控制端子206與第一導(dǎo)熱板連接。
[0042]需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際需要，功率模塊中所包含的半導(dǎo)體芯片的數(shù)量還可以為其他合理值(例如3個(gè)以上)，本發(fā)明不限于此。
[0043]如圖2所示，本實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片202是通過(guò)焊接層208焊接在第一導(dǎo)熱板201上的。其中，焊接層208是由預(yù)成型焊片在特定溫升條件下而形成的。具體地，本實(shí)施例中，焊接層208是由預(yù)成型焊片在255°C的溫度和0.6Mpa的壓強(qiáng)下在8min內(nèi)形成的。需要說(shuō)明的是，在發(fā)明的其他實(shí)施中，焊接層208還可以采用預(yù)成型焊片在其他合理溫升條件下來(lái)形成，本發(fā)明不限于此。
[0044]同時(shí)，還需要指出的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，焊接層208也可以采用其他合理方式來(lái)形成。例如在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，焊接層208還可以由釬焊焊料或納米銀漿等材料在特定溫升條件下形成，本發(fā)明同樣不限于此。
[0045]圖3示出了本實(shí)施例中第一導(dǎo)熱板201的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046]如圖3所不，本實(shí)施例中，第一導(dǎo)熱板201包括:第一導(dǎo)熱層301、第一絕緣層302和第一電路層303。其中，第一絕緣層302設(shè)置在第一導(dǎo)熱層301與第一電路層303之間，以在電氣連接上隔離第一導(dǎo)熱層301與第一電路層303。
[0047]本實(shí)施例中，該功率模塊在裝配時(shí)，第一導(dǎo)熱層301將與電動(dòng)汽車(chē)其他器件的散熱片相接觸。由于芯片202焊接在第一電路層303的對(duì)應(yīng)位置上，因此，芯片202以及第一電路層303在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量將通過(guò)第一絕緣層302傳導(dǎo)到第一導(dǎo)熱層301上，再由第一導(dǎo)熱層301將熱量傳到至外部散熱片上來(lái)散發(fā)出去。這樣，便實(shí)現(xiàn)了功率模塊的有效散熱。
[0048]圖4示出了本實(shí)施例中第一電路層303的電極分布圖。
[0049]由于本實(shí)施例所提供的功率模塊中包括第一芯片202a和第二芯片202b，而第一芯片202a和第二芯片202b均包括有控制端口、第一外接端口和第二外接端口。因此，如圖4所示，本實(shí)施例所提供的第一電路層303中，對(duì)應(yīng)于第一芯片202a和第二芯片202b形成了兩套連接區(qū)，即與第一芯片202a連接的第一連接區(qū)401a和第二連接區(qū)401b，以及與第二芯片202b連接的第一連接區(qū)402a和第二連接區(qū)402b。
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