功率半导体模块及功率半导体模块组的制作方法

1.本实用新型涉及功率半导体的设计技术领域，具体地涉及一种功率半导体模块及功率半导体模块组。


背景技术：

2.功率半导体器件是集成电路的一种常用器件，在工作时会产生大量的热量，因此在实际设计功率半导体器件的过程中，需要对应设计散热部分。
3.传统功率半导体模块封装层数多，且需要在模块和散热器之间涂覆热界面材料，不利于功率半导体器件结到环境的热阻降低。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例的目的是提供一种功率半导体模块及功率半导体模块组，该功率半导体模块以功率半导体模块组能够降低环境热阻。
5.为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种功率半导体模块，包括：
6.散热基板，所述散热基板内部设置有散热流道和导电过孔；
7.导体层，设置于所述散热基板的正面和背面，且设置于正面和背面的所述导体层通过所述导电过孔相互连接；
8.功率半导体芯片，设置于所述散热基板的正面，且位于所述导体层上，与所述导体层连接；
9.功率引脚和门极控制引脚，与所述散热基板的正面的导体层连接，用于连接至外部电路。
10.可选地，所述功率半导体模块还包括垫高块，设置于所述功率半导体芯片的正面；
11.所述散热基板还设置于所述垫高块的顶部，且设置于所述功率半导体芯片两面的所述散热基板相对设置。
12.可选地，设置于所述散热基板的正面的导体层包括：
13.第一导体单元，设置于所述散热基板的两端，且与所述功率引脚和门极控制引脚连接；
14.第二导体单元，设置于所述第一导体单元的内侧，且所述功率半导体芯片设置于所述第二导体单元上；
15.第三导体单元，设置于所述第二导体单元和所述散热基板一端的所述第一导体单元之间，与所述功率半导体芯片连接。
16.可选地，设置于所述散热基板的背面的导体层包括依次排列的第四导体单元、第五导体单元和第六导体单元，其中，所述第四导体单元与位于散热基板另一端的所述第一导体单元、第二导体单元在所述散热基板的平面位置对应，且通过所述导电过孔连接，所述第五导体单元与靠近所述散热基板中央的所述第二导体单元在所述散热基板的平面位置对应，且通过所述导电过孔连接，所述第六导体单元与位于所述散热基板一端的所述第一
导体单元、第三导体单元在所述散热基板的平面位置对应，且通过所述导电过孔连接。
17.可选地，所述散热基板包括陶瓷材料。
18.可选地，所述功率半导体芯片与所述导体层通过键合线、键合带或铜夹连接。
19.可选地，所述垫高块包括cu、cumo或alsic。
20.另一方面，本实用新型还提供一种功率半导体模块组，所述功率半导体模块组包括：
21.至少三个如上述所述的功率半导体模块；
22.系统负母线铜排，与所述功率半导体模块的第四导体单元连接；
23.系统正母线铜排，与所述功率半导体模块的第六导体单元连接；
24.系统输出母线铜排，与所述功率半导体模块的第导体单元连接。
25.通过上述技术方案，本实用新型提供的一种功率半导体模块以功率半导体模块组通过在散热基板中设置散热流道和导电过孔，使得在散热基板的两侧能够设置导体层，两侧的导体层之间能够通过导电过孔相互连接。设置于散热基板正面的导体层直接与功率半导体芯片连接，而功率半导体芯片通过设置于散热基板背面的导体层直接连接至外部的汇流铜排，在减少了焊料层和热界面材料的情况下，减少了封装层数，从而降低了功率半导体模块的热阻。
26.本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
27.附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：
28.图1是根据本实用新型的一个实施方式的功率半导体模块的示意图；
29.图2是根据本实用新型的一个实施方式的功率半导体模块的单层散热基板状态下的封装结构的示意图；
30.图3是根据本实用新型的一个实施方式的功率半导体模块的示意图；
31.图4是根据本实用新型的一个实施方式的功率半导体模块的双层散热基板状态下的封装结构的示意图；
32.图5是根据本实用新型的一个实施方式的功率半导体模块的示意图；
33.图6是根据本实用新型的一个实施方式的功率半导体模块的示意图；
34.图7是根据本实用新型的一个实施方式的功率半导体模块的导电过孔的示意图；
35.图8是根据本实用新型的一个实施方式的功率半导体模块的导电过孔的示意图；
36.图9是根据本实用新型的一个实施方式的功率半导体模块组的平面示意图；
37.图10是根据本实用新型的一个实施方式的功率半导体模块组的平面示意图。
具体实施方式
38.以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实
用新型实施例。
39.在本实用新型实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
40.另外，若本实用新型实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
41.如图1所示是根据本实用新型的一个实施方式的功率半导体模块的结构示意图。在该图1中，该功率半导体模块可以包括散热基板10、导体层20、功率半导体芯片30、功率引脚和门极控制引脚40。
42.在该图1中，散热基板10的内部可以设置有散热流道11和导电过孔12。导体层20可以设置于散热基板10的正面和背面，且设置于该散热基板10的正面和背面的导体层20可以通过导电过孔12相互连接。功率半导体芯片30(左右两组分别为上桥臂功率半导体芯片和下桥臂功率半导体芯片)可以设置于散热基板10的正面，且位于导体层20上，以与该导体层20连接。功率引脚和门极控制引脚40可以与散热基板10的正面的导体层20连接，用于连接至外部电路。
43.在该图1中，功率半导体芯片30一方面直接设置于散热基板10上能够加快功率半导体芯片30本身的散热。而另一方面，功率半导体芯片30与外部的汇流铜排连接的导体层20由于是通过导电过孔12相互连接，使得散热基板10能够直接对该导体层20进行散热。相较于现有技术而言，该功率半导体模块减少了焊料层和热界面材料的使用，降低了封装层的数量，降低了整体模块的热阻。该功率半导体模块单层散热基板状态下的封装结构的示意图如图2所示。
44.在本实用新型的一个实施方式中，为了进一步提高该功率半导体模块的散热效率，可以在该功率半导体芯片30的正面再设置一层散热基板10。为了支撑该散热基板10，如图3所示，该功率半导体模块还可以包括垫高块41。该垫高块41可以设置于功率半导体芯片的30的正面，从而支撑设置于该功率半导体芯片30正面的散热基板10。另外，便于散热基板10之间的安装，设置于该功率半导体芯片30的两面的散热基板10可以是相对设置。此外，为了保证垫高块41的散热效率，该垫高块41可以是由导热材料构成。对于垫高块41的具体材料，则可以包括但不限于cu、cumo或alsic等。该功率半导体模块的双层散热基板状态下的封装结构可以是如图4所示。
45.在本实用新型的一个实施方式中，为了便于半导体功率芯片30的安装，如图5所示，设置于散热基板10的正面的导体层20还可以包括第一导体单元13、第二导体单元14以及第三导体单元15。其中，第一导体单元13可以设置于散热基板10的两端，且与功率引脚和门极控制引脚40连接；第二导体单元14可以设置于第一导体单元13的内侧，且功率半导体芯片30可以设置于第二导体单元14上；第三导体单元15可以设置于第二导体单元14和散热基板10一端的第一导体单元13之间，且与功率半导体芯30片连接。
46.在本实用新型的一个实施方式中，为了便于功率半导体模块与外部的汇流铜排的连接，如图6所示，设置于散热基板10的背面的导体层20可以包括依次排列的第四导体单元16、第五导体单元17和第六导体单元18。其中，第四导体单元16可以与位于散热基板10另一端的第一导体单元13、第二导体单元14在散热基板的平面位置对应，且通过导电过孔12连接；第五导体单元17可以与靠近散热基板10中央的第二导体单元14在散热基板的平面位置对应，且通过导电过孔12连接；第六导体单元18可以与位于散热基板10一端的第一导体单元13、第三导体单元15在散热基板的平面位置对应，且通过导电过孔12连接。
47.此外，在该实施方式中，为了进一步提高散热基板10的散热特性，该散热基板10可以采用陶瓷材料制成。对于功率半导体芯片30和导体层20之间、导体层20的各个导电单元之间的具体连接方式，则可以是本领域人员所知的多种形式，包括但不限于键合线、键合带或铜夹等。
48.在该实施方式中，对于带电过孔的具体排列方式，则可以是本领域人员所知的多种形式，例如图7及图8所示的排布结构。
49.另一方面，本实用新型还提供一种功率半导体模块组，该可以功率半导体模块组包括如图1至图8所示的功率半导体模块01、系统负母线铜排02、系统正母线铜排03以及系统输出母线铜排04。其中，如图9和图10所示，该系统负母线铜排02可以与每个功率半导体模块01的第四导体单元12连接；系统正母线铜排03可以与每个功率半导体模块01的第六导体单元18连接；系统输出母线铜排04可以与每个功率半导体模块01的第五导电单元17连接。
50.通过上述技术方案，本实用新型提供的一种功率半导体模块以功率半导体模块组通过在散热基板中设置散热流道和导电过孔，使得在散热基板的两侧能够设置导体层，两侧的导体层之间能够通过导电过孔相互连接。设置于散热基板正面的导体层直接与功率半导体芯片连接，而功率半导体芯片通过设置于散热基板背面的导体层直接连接至外部的汇流铜排，在减少了焊料层和热界面材料的情况下，减少了封装层数，从而降低了功率半导体模块的热阻。
51.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
52.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。