[实用新型]高压功率模块封装结构

说明书

本实用新型涉及封装技术领域，特别是一种高压功率模块封装结构，包括若干芯片、输出端子和基板，所述芯片通过焊料层焊接固定在覆铜陶瓷板上；所述芯片之间通过键合引线相连，所述芯片通过键合引线与输出端子相连接；所述覆铜陶瓷板固定在基板上，所述芯片、输出端子、覆铜陶瓷板和基板外侧设置通过树脂密封层灌封。采用上述结构后，本实用新型摒弃了原先单层陶瓷层的结构，将其二等分并加入金属铜层，金属铜层的引入使原先在顶层和底层铜与陶瓷层的交接面处电场强度减弱，同时减小了由陶瓷层带来的寄生电容。

技术领域

本实用新型涉及封装技术领域，特别是一种高压功率模块封装结构。

背景技术

随着数十兆瓦功率变换器实现兆伏电机调速，固态变压器实现配电网及输电线路潮流控制等现代电力电子技术的兴起，高压全控器件开始进入人们的视野。但是，功率器件不断升高的额定电压以及更轻薄的芯片结构对器件封装提出了严峻的挑战。传统硅器件的功率封装结构解决方案已无法承载新兴器件的各种优点，封装技术成为了限制其优点的短板之一。

高压功率模块封装的设计除了涉及到电、热、机械性能的综合考虑外，还要考虑模块封装的最高耐压。早在2004年，ABB公司就推出了针对6.5kV IGBT的高压工业标准封装，随后英飞凌、中国中车等公司也相继推出了6.5kV电压等级的功率模块。随着碳化硅功率器件的兴起，富士电机、美国科锐公司在近两年也推出了相同甚至更高电压等级的碳化硅功率模块。由于高压碳化硅芯片仍未商业化，对模块规格和技术性能了解十分有限，导致国内外关于高压碳化硅功率模块的研究都较少。

在高压领域，模块封装的设计更多考虑电场击穿现象。首先，封装内部无法避免电场不均匀分布带来的电场集中现象，当电场强度超过绝缘介质击穿场强，介质就会发生击穿，产生局部放电的现象甚至损坏整个器件；其次，若各接触面的热匹配系数相差较大，在较大的热应力下产生变形就会形成空洞，空洞里的空气击穿场强仅有3kV/mm，很容易发生局部放电，另外，密封材料在灌封过程中也会产生空洞。

中国实用新型专利CN 207354068 U公开了一种IGBT功率模块及包含其的功率模组，包括多个IGBT功率模块子模块和两个冷却基板，多个IGBT功率模块子模块沿冷却基板的长度方向按照预定间隔布置并通过封装体封装在两个冷却基板之间，冷却基板包括第一冷却基板和第二冷却基板，第一冷却基板和第二冷却基板在不与 IGBT功率模块子模块接触的表面上形成有由多个突起构成的冷却部，并且第一冷却基板和第二冷却基板分别在两端开设有相互连通以分别构成第一导水口和第二导水口的开口。虽然，对比文件能够提高散热效率，但是无法减少电场集中现象。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种能有效减少电场集中现象使其分布均匀的高压功率模块封装结构。

为解决上述技术问题，本实用新型的高压功率模块封装结构，包括若干芯片、输出端子和基板，所述芯片通过焊料层焊接固定在覆铜陶瓷板上；所述芯片之间通过键合引线相连，所述芯片通过键合引线与输出端子相连接；所述覆铜陶瓷板固定在基板上，所述芯片、输出端子、覆铜陶瓷板和基板外侧设置通过树脂密封层灌封。

优选的，所述覆铜陶瓷板包括从上至下依次连接的顶部铜层、上部陶瓷层、中间铜层、下部陶瓷层和底部铜层，所述中间铜层厚度分别小于顶部铜层和底部铜层的厚度；所述顶部铜层为芯片提供流通路径，所述底部铜层与基板固定连接。

优选的，所述中间铜层切割为若干等分。

优选的，所述下部陶瓷层和上部陶瓷层厚度相同。

优选的，所述上部陶瓷层和下部陶瓷层的材料为氧化铝或氮化铝。

采用上述结构后，本实用新型摒弃了原先单层陶瓷层的结构，将其二等分并加入金属铜层，金属铜层的引入使原先在顶层和底层铜与陶瓷层的交接面处电场强度减弱，同时减小了由陶瓷层带来的寄生电容。

附图说明