[发明专利]一种双面冷却式三维结构功率模块

说明书

一种双面冷却式三维结构功率模块，涉及电力电子和功率模块封装技术领域。由下层DBC板、中层DBC板和上层DBC板组成，下层板和上层板均为双面覆铜，中层板为单面覆铜；下层板的背面铜层、上层板的背面铜层均与外部散热器相连；下层板的正面铜层通过陶瓷层覆铜技术和中层板的陶瓷层背面相连；中层板的正面铜层部分区域设计有导电过孔，利用导电过孔将其在中层板上所在铜层和下层板的正面铜层进行电连接；功率二极管、功率开关管通过焊料与中、上层板的正面铜层进行电连接。采用了多层DBC板结合过孔导电的三维走线结构，极大的减小了高频线路的回路长度和回路面积，减小了回路上的寄生参数的影响，很大程度上提高了模块的开关特性。

技术领域

本发明涉及电力电子和功率模块封装技术领域，具体是涉及一种双面冷却式三维结构功率模块，适用于大功率和高功率密度的电力电子半导体模块、高频开关电源、电动机驱动模块等。

背景技术

电力电子装置正向高功率密度和集成化方向发展，由碳化硅等新型半导体材料为代表的新一代宽禁带半导体带来了更快速的开关速率，更高的开关频率，更高的工作温度和更好的导热性能，大大促进了高功率密度和集成化方向的发展速度，然而，新技术和新产品也带来了问题。首先，高速开关速度对线路的寄生参数提出了更高的要求，寄生参数已经成为新型半导体器件的应用瓶颈之一，新型半导体器件要求高频回路越小越好，线路的寄生参数越小越好。其次，高功率密度和集成化带来了散热问题，尽管新型功率半导体具有更高工作结温和更好的导热等优点，然而在更高功率密度情况下，散热问题依然是个严峻的问题。

在大功率应用中，功率模块是人们普遍采用的器件应用形式，功率模块内部电路在设计上具有灵活性的特点，这使得人们能够针对不同的应用场合而给出最合适的模块设计。然而，现有的商业化模块，是基于传统硅材料功率半导体的应用性能以最普遍的使用情况进行的设计。传统的商业化模块，内部开关回路走线长、面积大，回路寄生参数较高，这种模块内部结构已经很难满足目前新型材料功率半导体的应用需求，也无法满足快速发展的功率集成化要求。为了适应电力电子装置在高功率密度和集成化方向上的发展，新式的功率模块设计势在必行。

发明内容

针对目前存在的上述技术问题，本发明提供了一种双面冷却式三维结构功率模块，提高了散热的效率及模块的可靠性，使其更加适应于高功率密度的应用场合。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种双面冷却式三维结构功率模块，由垂直方向上为层叠结构的下层DBC板、中层DBC板和上层DBC板组成，下层DBC板和上层DBC板均为双面覆铜，中层DBC板为单面覆铜；

下层DBC板的背面铜层、上层DBC板的背面铜层均与外部散热器相连；

下层DBC板的正面铜层通过陶瓷层覆铜技术和中层DBC板的陶瓷层背面相连；

中层DBC板的正面铜层部分区域设计有第一导电过孔、第二导电过孔，利用导电过孔将其在中层DBC板上所在铜层和下层DBC板的正面铜层进行电连接；

中层DBC板的正面铜层、上层DBC板的正面铜层均由多个区域构成，第二功率开关管、第一功率二极管布局在中层DBC板的正面铜层同一区域上，第二功率二极管、第一功率开关管布局在上层DBC板的正面铜层同一区域上，功率二极管、功率开关管通过焊料与其对应的DBC板铜层进行电连接；

中层DBC板和上层DBC板上还设计有数个金属填充物，使上层、中层板不同区域的铜层连通以形成电路拓扑结构，同时，使上、中和下层DBC板在层叠后，在下层DBC板的正面铜层和中层DBC板的正面铜层的边缘形成各个功能区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：