[发明专利]一种具有低寄生参数的功率半导体模块以及封装方法

说明书

本发明公开了一种具有低寄生参数的功率半导体模块以及封装方法。本发明的功率模块包括两个基板，其以顶盖作为第二基板，第二基板的内部贴装二极管或电阻元件；本发明的功率模块通过在传统封装的固晶键合工艺步骤之前将顶盖作为第二基板对需要固定的元件位置标定进而封装获得。本发明采用将二极管或者电阻元件等非主要发热元件固定于顶盖的设计，这一结构设计上的改进有助于减小功率模块高频工作下的寄生参数和其他电学损耗。同时本发明在现有的结构上无需添加新材料新结构，不需要引入新的工艺方案，在已有的制造流程下即可实现，便于推广应用。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体的说，涉及一种具有低寄生参数的功率半导体模块以及封装方法。

背景技术

功率半导体器件作为轨道交通装备、电力装备与新能源汽车中的核心器件，在近年来得到了长足发展。尤其在新能源车领域，随着其产业以及配套的充电桩建设的快速发展，功率半导体器件产业也迎来了黄金发展期，越来越多的高功率器件和模块投入市场，在一定程度上推动了功率半导体的研发进度，能源设备应用领域正朝着高开关频率，高功率密度的方向发展，功率半导体器件的高频性能逐渐成为重要的参量，高频的器件对整模块的发展带来了挑战。在半导体领域，封装是连接功率器件和其应用的桥梁，由于封装的限制，芯片性能的优势不能在同样规格下的功率器件中体现出来。

高功率的器件具有结电容小，栅极电荷低的特性，在实现高开关频率低开关损耗的同时，极高的di/dt状态下会产生更大的电压过冲以及振荡，引起器件电压应力、损耗的增加以及电磁干扰问题。同样，在相同杂散电容情况下，更高的dv/dt也会增加共模电流。高开关速度增加了寄生对称性的灵敏度，使得难以在高开关速度下保持电流平衡。除此之外，器件、模块的封装将需要承受更高的电场，这一特性导致亟需新的绝缘封装材料来兼容各种高功率工况。以上这些电损耗问题在芯片使用量大的功率模块中变得尤为棘手。

一直以来，传统封装结构功率模块的电路拓扑结构都在一个二维平面上，功率芯片、二极管、电阻等元件被贴装在直接铜键合衬底（DBC）上，这类封装方法经过数年的发展已经具有成熟的封装技术，然而对于往高频领域发展的功率模块，传统的封装方式将面临高功率模块封装中寄生参数以及电磁屏蔽诸多电学挑战。在功率模块封装发展的过程中，出现了新型的多基板封装方法，这种方法在原本电路拓扑不变的基础上，利用了三维多层基板的概念，多基板能够实现分离器件和电流换向通道的作用，例如，在原先DBC基板纵向高度上再设置一个“基板”，模块在工作时，电流能够在上层基板和下层基板之间换向，电源环路电流在不同层之间垂直流动，这一先进结构大大减小了电流回路面积，同时能显著减小寄生电感。常见的设计是在DBC基板上通过设置金属支撑柱的方案建立新的基板，第二基板使用技术成熟的印制电路板（PCB），这一方法工艺成熟具有较高的可行性，但是实际生产中出现大量的产品良率的问题，尤其是在支撑柱的可靠性上。

发明内容

针对现有技术的不足，为了应对高功率模块封装中寄生参数以及电磁屏蔽等挑战，为了控制封装的成本，减少工艺的复杂性，本发明提出了一种具有新型封装布局的具有低寄生参数的功率模块及其封装方法。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种具有低寄生参数的功率半导体模块，其包括底板、DBC基板、芯片、功率端子、非主要发热元件和外壳，其采用双基板结构，底板上焊接DBC基板，DBC基板为第一基板， DBC基板的铜层上贴装芯片，DBC基板上焊接功率端子，外壳封装在底板上，外壳的顶盖为第二基板，顶盖内侧通过第一金属贴片贴装非主要发热元件，非主要发热元件通过顶盖上设置的第二金属贴片和功率端子实现电互联。

本发明中，非主要发热元件包括电阻和续流二极管。

本发明中，第一金属贴片为铜片。

本发明中，非主要发热元件和DBC基板上的芯片通过带状键合线柔性键合。

本发明还提供一种上述的功率半导体模块的封装方法，具体步骤如下：