[发明专利]一种功率半导体模块封装结构

说明书

本发明提供一种功率半导体模块封装结构，包括：封装基板、封装管壳、半桥型功率半导体模块；封装管壳与封装基板紧固连接，形成容纳空间；半桥型功率半导体模块设置在容纳空间内；半桥型功率半导体模块包括并联设置在封装基板上的配对的上开关管和下开关管，且上开关管和下开关管在水平方向相对设置；上开关管包括键合在基板上的第一衬板和键合在第一衬板上的功率半导体芯片组、主功率端子和辅助控制端子；下开关管包括键合在基板上的第二衬板和键合在第二衬板上的功率半导体芯片组、主功率端子和辅助控制端子；第一衬板和第二衬板之间通过主功率端子、辅助控制端子和模块级键合线连接，主功率端子和辅助控制端子的顶部外延伸出封装管壳。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种功率半导体模块封装结构。

背景技术

在未来新一代功率模块在电动汽车，轨道交通和智能电网中，多个功率模块并联形成同一桥臂再组成多相开关应用的设计在高功率组件中逐渐推广。这种方法解决和简化了将所有芯片同时并联所遇到的芯片并联电磁均衡以及多芯片或衬板键合到大尺寸的基板或者散热器上的焊接或烧结工艺所遇到的热-机失效等难题。

在电力电子能量转换应用中，为适应高速率高能量开关转换，功率模块内部通常采用并联多个功率芯片的方法，形成单开关或半桥电路结构。为提高多芯片并联模块的性能，功率模块需要低电感回路和低电磁干扰的模块封装结构。在使用相同模块满足不同功率等级的应用需求时，有一种易于采用的方法是将相同的模块进一步并联成为同一桥臂，如2个，3个，4个，或者更多相同的模块再度并联组成单一桥臂，三组这样的桥臂组成三相六开关的功率系统来提高功率组件系统的整体输出功率。

在此类多个半桥模块并联形成桥臂的更高能量功率开关过程中，多模块组成的同一桥臂在系统的开关能量交替转换过程中，共同工作在开通和关断状态。相邻的并联模块的上端或者下端在工作状态下同为开通状态或者关闭状态，同一桥臂的上开关管或下开关管形成相同的温度变化，模块间热耦合系数高。并联模块的上管或下管分别工作在相同状态时，进行冷却工作的散热流体对相邻的多个开关在高功率状况下的散热效率会受到影响，由于模块间的热耦合效应会造成模块温升过快，不利于模块的长期工作可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种功率半导体模块封装结构，以解决现有的功率模块升温过快无法实现长期可靠工作的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种功率半导体模块封装结构，包括：封装基板、封装管壳、半桥型功率半导体模块；所述封装管壳与所述封装基板紧固连接，形成容纳空间；所述半桥型功率半导体模块设置在所述容纳空间内；

所述半桥型功率半导体模块包括并联设置在所述封装基板上的配对的上开关管和下开关管，且所述上开关管和所述下开关管在水平方向相对设置；所述上开关管包括键合在所述基板上的第一衬板和键合在所述第一衬板上的功率半导体芯片组、主功率端子和辅助控制端子；所述下开关管包括键合在所述基板上的第二衬板和键合在所述第二衬板上的功率半导体芯片组、主功率端子和辅助控制端子；所述第一衬板和所述第二衬板之间通过主功率端子辅助控制端子和模块级键合线连接，所述主功率端子和所述辅助控制端子的顶部外延伸出所述封装管壳。

在其中一个实施例中，所述主功率端子包括正直流功率端子、负直流功率端子和交流功率端子；其中，所述正直流功率端子与所述负直流功率端子分别设置在所述第一衬板和第二衬板的金属层上，所述交流功率端子的底部引脚设置在所述第一衬板的金属层上；所述正直流功率端子与所述负直流功率端子呈镜像对称设置，以使所述主功率端子导通不同方向电流时电流重叠，形成耦合低电感；所述交流功率端子的顶部与所述正直流功率端子与所述负直流功率端子的顶部呈镜像对称设置。

在其中一个实施例中，所述正直流功率端子与所述负直流功率端子均包括安装部、第一导电部和第二导电部；所述安装部与所述第一导电部通过第一弯折部垂直连接，所述第一弯折部的形状与所述封装管壳的形状相适配，使所述安装部外延伸出所述封装管壳；所述第一导电部与所述第二导电部通过第二弯折部垂直连接；