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基板間需要通過連接橋來進(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，所述第一基板通過焊腳與主電極的輸入端電性連接。由此，電流可以通過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，需要說明的是，在本發(fā)明的描述中所使用的術(shù)語以及關(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來說，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，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，這無論對(duì)于保持各元器件或者 說電路單元的性能穩(wěn)定還是延長(zhǎng)各元器件或者說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，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電路單元。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，參見圖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