專利名稱：功率器件模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體模塊制造領(lǐng)域，尤其涉及一種功率器件模塊。
背景技術(shù)：
在用傳統(tǒng)思路設(shè)計(jì)制造功率模塊的功率用半導(dǎo)體裝置中，功率模塊使用的都是同 規(guī)格的基板，比如陶瓷敷銅基板，簡(jiǎn)稱DBC (Direct bondedcopper)基板。例如一款模塊中 只使用氧化鋁DBC基板或氮化鋁DBC基板。如果都使用氧化鋁DBC基板，則盡管價(jià)格便宜， 卻存在導(dǎo)熱性能差的缺點(diǎn)，而如果都使用氮化鋁DBC基板，則雖然導(dǎo)熱性能優(yōu)良，卻存在價(jià) 格昂貴的問(wèn)題。另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，絕緣柵型雙極性晶體管芯片(即IGBT芯片)及續(xù)流二極管 芯片(即FWD芯片)都放置到同一塊DBC基板上，而實(shí)際工作中，絕緣柵型雙極性晶體管芯 片所散發(fā)的熱量遠(yuǎn)大于續(xù)流二極管芯片散發(fā)的熱量，將兩者都放置在同一塊DBC基板上， 在散熱設(shè)計(jì)以及成本控制上存在不合理的問(wèn)題。即，要么為了保障良好的散熱效果而使用 導(dǎo)熱性能優(yōu)良但價(jià)格昂貴的DBC基板，要么為了降低成本犧牲散熱效果而使用價(jià)格便宜卻 導(dǎo)熱性能差的DBC基板。再者，在大功率芯片并聯(lián)應(yīng)用的功率模塊中，芯片之間的C極電流主要通過(guò)DBC基 板印制電路導(dǎo)通，而厚度極薄的DBC基板印制電路在大電流流通的時(shí)候會(huì)增加電路電阻， 例如，一般62mm單管模塊設(shè)計(jì)中，如圖1所示，電流走向?yàn)橹麟姌O1輸入電流-DBC基板印 制電路2-連接橋3-DBC基板印制電路4-芯片5-連接橋6-主電極7輸出電流。在上述電路中，部分電流必須流過(guò)DBC基板印制電路2、4、連接橋3等部件，造成模 塊自身電阻增加，增加了模塊的功率損耗，導(dǎo)致產(chǎn)生的熱量增加，進(jìn)而使模塊整體的散熱難 度增加，減小了器件使用壽命。同時(shí)，由于不同DBC基板間需要通過(guò)連接橋來(lái)進(jìn)行電性連接，由此必須在DBC基板 上為連接橋的焊接留出空間，這對(duì)于空間有限、結(jié)構(gòu)緊湊的功率器件模塊而言無(wú)疑增加了 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種功率器件模塊，以在有效保障功率器件模 塊整體散熱效果的同時(shí)顯著降低制造成本。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種功率器件模塊，其包括第一和第二基板，所述第一基板的導(dǎo)熱率低于第二基板的導(dǎo)熱率；第一和第二電路單元，所述第一電路單元的發(fā)熱率低于第二電路單元的發(fā)熱率， 且所述第一電路單元設(shè)置在第一基板上而第二電路單元設(shè)置在第二基板上；和主電極，所述主電極包括輸入端和輸出端并分別與第二和第一基板電性連接。由于將第一電路單元與第二電路單元分開(kāi)設(shè)置在不同的基板上，因此使得在有效保障功率器件模塊整體散熱效果的同時(shí)，通過(guò)為第一電路單元配置滿足其散熱要求的價(jià)格 便宜的第一基板以顯著降低制造成本成為可能。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二基板為多個(gè)，其中在每個(gè)第二基板上設(shè)有至 少一個(gè)第二電路單元，所述主電極的輸入端包括多個(gè)焊腳，其中每個(gè)第二基板至少通過(guò)一 個(gè)焊腳與主電極的輸入端電性連接，所述第一基板通過(guò)焊腳與主電極的輸入端電性連接。由此，電流可以通過(guò)主電極輸入端的的各焊腳經(jīng)充分分流后再送到各電路單元， 避免了由于大電流從某個(gè)或少數(shù)第一和第二基板上集中地和長(zhǎng)行程地流過(guò)所產(chǎn)生的電阻 增大、發(fā)熱量和模塊功率損耗增加，進(jìn)而使模塊整體的散熱難度增加，減小了器件使用壽命 的缺陷。再者，由于不需要連接橋而通過(guò)所述多焊腳的主電極輸入端就可以直接將各第二 基板之間以及第二基板和第一基板之間電性連接，因此節(jié)省了第一和第二基板上的空間， 使功率器件模塊的結(jié)構(gòu)更為緊湊。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一基板為多個(gè)，其中在每個(gè)第一基板上設(shè)有至 少一個(gè)第一電路單元，所述主電極的輸出端包括多個(gè)焊腳，其中每個(gè)第一基板至少通過(guò)一 個(gè)焊腳與主電極的輸出端電性連接。同樣，不需要連接橋而通過(guò)具有多個(gè)焊腳的主電極就可以將各第一基板電性連 接，節(jié)省了第一基板上的空間，使其結(jié)構(gòu)更為緊湊。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1為現(xiàn)有技術(shù)中功率器件模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的功率器件模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。另外，需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的描述中所使用的術(shù)語(yǔ)以及關(guān)于位置關(guān)系的名詞 僅僅是為了方便本發(fā)明的描述，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種功率器件模塊，其包括成方陣狀排列在一起的第一基板100和第二基板200，第一基板100的導(dǎo)熱率低于 第二基板200的導(dǎo)熱率；第一電路單元11和第二電路單元10，所述第一電路單元11的發(fā)熱率低于第二電 路單元10的發(fā)熱率，且所述第一電路單元11設(shè)置在第一基板100上而第二電路單元10設(shè) 置在第二基板200上；和主電極，所述主電極包括輸入端8和輸出端13并分別與第二基板200和第一基板100電性連接。與現(xiàn)有技術(shù)中一款功率器件模塊中只使用價(jià)格昂貴的基板，或者只使用價(jià)格低廉 的基板相比，本發(fā)明由于將第一電路單元11與第二電路單元10分開(kāi)設(shè)置在不同的基板上， 亦即將第一電路單元11設(shè)置在價(jià)格便宜且導(dǎo)熱率較差的第一基板100上，將第二電路單元 10設(shè)置在價(jià)格昂貴且導(dǎo)熱率較高的第二基板200上。由此，可以使得在通過(guò)第二基板200有效保障功率器件模塊整體散熱效果的同 時(shí)，通過(guò)將第一電路單元11配置在滿足其工作時(shí)散熱要求的價(jià)格便宜的第一基板100上以 顯著降低制造成本成為可能。作為本實(shí)施例的一個(gè)示例，所述第一基板100為氧化鋁陶瓷覆銅基板。該氧化鋁 陶瓷覆銅基板100的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，盡管其導(dǎo)熱性能(即導(dǎo)熱率)較差，但對(duì)于其上設(shè)置 的第一電路單元11來(lái)說(shuō)，已經(jīng)足以保障功率器件模塊正常的工作溫度。當(dāng)然，本發(fā)明并不 局限于此，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員說(shuō)，使用具有一定導(dǎo)熱性能且價(jià)格便宜的任何其它能夠 想到或得到的材質(zhì)的基板都是可以的。作為本實(shí)施例的一個(gè)示例，第二基板200為氮化鋁陶瓷覆銅基板。該氮化鋁陶瓷 覆銅基板200相對(duì)于所述氧化鋁陶瓷覆銅基板價(jià)格昂貴，但是其具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，因 此將第二電路單元10設(shè)置在其上，能夠充分保障散熱效果，這無(wú)論對(duì)于保持各元器件或者 說(shuō)電路單元的性能穩(wěn)定還是延長(zhǎng)各元器件或者說(shuō)電路單元的使用壽命都是非常重要的。同 樣，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員說(shuō)，使用任何具有優(yōu)良導(dǎo)熱性能的其它能夠想到或得到的材質(zhì) 的基板都是可以的。例如，還可以使用氮化硅(Si3N4)陶瓷覆銅基板，其亦具有優(yōu)良的導(dǎo)熱 性能，缺點(diǎn)也是價(jià)格較為昂貴。此外，氧化鈹陶瓷覆銅基板也具有良好的導(dǎo)熱性能，缺點(diǎn)是 具有毒性，價(jià)格也不便宜，所以從安全和環(huán)保的角度講，其使用難免受到一定的限制。此外，所述第一電路單元11包括續(xù)流二極管芯片(即FWD芯片)以及C極取樣、 保護(hù)電路等。但本發(fā)明不限于此，功率器件模塊上設(shè)置的任何發(fā)熱很小甚或基本不發(fā)熱的 其它元器件或者說(shuō)電路單元，均可以按照以上的同樣原理和方式進(jìn)行優(yōu)化布置，以達(dá)到在 保障散熱要求的同時(shí)盡可能地降低成本的有益效果。此外，所述第二電路單元10包括絕緣柵型雙極性晶體管芯片(即IGBT芯片)，該 IGBT芯片在工作狀態(tài)下所散發(fā)的熱量遠(yuǎn)大于前述FWD芯片，通常情況下是功率器件模塊 的主要熱源之一，因此如前所述將其設(shè)置在具有較高導(dǎo)熱率的基板如氮化鋁陶瓷覆銅基板 200上。這樣，可以使其工作時(shí)產(chǎn)生的熱量快速地從氮化鋁陶瓷覆銅基板200上導(dǎo)出功率器 件模塊，提高功率器件模塊的工作性能。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明中的第二 電路單元10并不局限于IGBT芯片，而是包括功率器件模塊上任何在工作中具有較高發(fā)熱 率而需要良好散熱條件的元器件或者說(shuō)電路單元。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，參見(jiàn)圖2所示，所述第二基板200為多個(gè)(圖中為2 個(gè))，其中在每個(gè)第二基板200上設(shè)有至少一個(gè)第二電路單元10，所述主電極的輸入端8包 括多個(gè)焊腳81，其中每個(gè)第二基板200至少通過(guò)一個(gè)焊腳81與主電極的輸入端8電性連 接，所述第一基板100也通過(guò)焊腳81與主電極的輸入端8電性連接。這樣，主電極的輸入端8不僅僅作為主電極的輸入端子，同時(shí)還可以起到連接橋 的作用，因此相對(duì)于使用連接橋的現(xiàn)有技術(shù)，減小了第一基板100和第二基板200上印制電 路上的焊點(diǎn)，使第一基板100以及第二基板200上印制電路的設(shè)計(jì)得到大幅度的簡(jiǎn)化，節(jié)約了印制電路面積。同時(shí)也解決了 IGBT芯片和FWD芯片因放置在不同的基板上而出現(xiàn)的“不 共C極”的問(wèn)題。在使用具有多個(gè)焊腳81的主電極輸入端8的情況下，其電流走向?yàn)橹麟姌O的輸 入端8 (通過(guò)其焊腳81)-第二基板200上的印制電路9-IGBT芯片10-綁線14-第一基板 100上的印制電路12-主電極的輸出端13 ；和主電極的輸入端8 (通過(guò)其焊腳81)-第二基 板200上的印制電路(未示出)-FWD芯片11-綁線14-第一基板100上的印制電路12-主 電極的輸出端13。需要強(qiáng)調(diào)的是，盡管圖2中僅僅標(biāo)注出一處的FWD芯片11以及DBC印制 電路12，這僅僅是為了制圖和標(biāo)注的方便，而絕不應(yīng)理解為是對(duì)FWD芯片11以及第一基板 100上的印制電路12數(shù)量的限定。由于電流可以通過(guò)主電極的輸入端8的各個(gè)焊腳81經(jīng)充分分流后經(jīng)由第一基板 100和第二基板200上較短行程的印制電路送到各電路單元(如IGBT芯片10和FWD芯 片)，因此避免了由于大電流從某個(gè)或少數(shù)基板的印制電路上集中地和長(zhǎng)行程地流過(guò)所產(chǎn) 生的電阻增大、發(fā)熱量和模塊功率損耗增加，進(jìn)而使功率器件模塊整體的散熱難度增大，減 小了元器件或者說(shuō)電路單元的使用壽命的缺陷。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一基板100為多個(gè)，其中在每個(gè)第一基板100 上設(shè)有至少一個(gè)第一電路單元11，所述主電極的輸出端13也可以包括多個(gè)焊腳(圖中未示 出)，其中每個(gè)第一基板100至少通過(guò)一個(gè)焊腳與主電極的輸出端13電性連接。如此，可以進(jìn)一步有效率地配置功率器件模塊的元器件，使功率器件模塊的結(jié)構(gòu) 更為緊湊合理。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換 和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
一種功率器件模塊，其特征在于，包括第一和第二基板，所述第一基板的導(dǎo)熱率低于第二基板的導(dǎo)熱率；第一和第二電路單元，所述第一電路單元的發(fā)熱率低于第二電路單元的發(fā)熱率，且所述第一電路單元設(shè)置在第一基板上而第二電路單元設(shè)置在第二基板上；和主電極，所述主電極包括輸入端和輸出端并分別與第二和第一基板電性連接。
2.如權(quán)利要求1所述的功率器件模塊，其特征在于，所述第一基板為氧化鋁陶瓷敷銅 基板。
3.如權(quán)利要求1所述的功率器件模塊，其特征在于，所述第二基板為下列之一氮化鋁 陶瓷敷銅基板、氧化鈹陶瓷敷銅基板以及氮化硅陶瓷敷銅基板。
4.如權(quán)利要求1所述的功率器件模塊，其特征在于，所述第二基板為多個(gè)，其中在每個(gè) 第二基板上設(shè)有至少一個(gè)第二電路單元，所述主電極的輸入端包括多個(gè)焊腳，其中每個(gè)第 二基板至少通過(guò)一個(gè)焊腳與主電極的輸入端電性連接，所述第一基板通過(guò)焊腳與主電極的 輸入端電性連接。
5.如權(quán)利要求1所述的功率器件模塊，其特征在于，所述第一基板為多個(gè)，其中在每個(gè) 第一基板上設(shè)有至少一個(gè)第一電路單元，所述主電極的輸出端包括多個(gè)焊腳，其中每個(gè)第 一基板至少通過(guò)一個(gè)焊腳與主電極的輸出端電性連接。
6.如權(quán)利要求1所述的功率器件模塊，其特征在于，所述第一電路單元包括續(xù)流二極 管芯片和保護(hù)電路。
7.如權(quán)利要求1所述的功率器件模塊，其特征在于，所述第二電路單元包括絕緣柵型 雙極性晶體管芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種功率器件模塊，包括第一和第二基板，所述第一基板的導(dǎo)熱率低于第二基板的導(dǎo)熱率；第一和第二電路單元，所述第一電路單元的發(fā)熱率低于第二電路單元的發(fā)熱率，且所述第一電路單元設(shè)置在第一基板上而第二電路單元設(shè)置在第二基板上；和主電極，所述主電極包括輸入端和輸出端并分別與第二和第一基板電性連接。使用本發(fā)明的功率器件模塊，在有效保障模塊整體散熱效果的同時(shí)能夠顯著降低制造成本，且能夠有效降低模塊的發(fā)熱及功率損耗、延長(zhǎng)器件的使用壽命。
文檔編號(hào)H01L23/498GK101989595SQ200910161028
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者宋貴波, 左仲杰, 張杰夫, 范鑫 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司