[发明专利]高功率密度超散热性芯片对称堆叠封装结构及其封装方法

说明书

本发明涉及一种高功率密度超散热性芯片对称堆叠封装结构及其封装方法，所述堆叠封装结构包括上双面覆铜板、下双面覆铜板、第一芯片、第二芯片、第一铜夹、第二铜夹、引脚和塑封体，第一芯片的集电极焊接在上双面覆铜板的内表面，第二芯片的集电极焊接在下双面覆铜板的内表面，第一铜夹的一端焊接在下双面覆铜板的内表面上，第一芯片的发射极焊接在第一铜夹的上表面上，第二芯片的发射极焊接在第一铜夹的下表面上。本申请基于现有产品结构进行创新优化，开发一种全新芯片对称结构，实现垂直对称性快速散热，具有性能更稳定、功率密度更大、散热性更好、可靠性更高、功耗更小的优点，产品体积更小、物料使用更少、成本更低，组装流程更加简单高效。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种高功率密度超散热性芯片对称堆叠封装结构及其封装方法。

背景技术

功率模组广泛用于电力、能源等领域，其中IGBT/MOSFET功率模组以优越的性能优势占据大部分市场，尤其是在新能源汽车、轨道交通等领域应用中，IGBT/MOSFET功率模组已成为电控组成不可或缺的一部分。IGBT/MOSFET功率模组在运行过程中，功率模组内部芯片因电阻存在会快速产生热量，热量若不能及时散出，快速积累会导致芯片温度升高，随着芯片温度升高，芯片的性能稳定性变差，甚至造成芯片直接损坏失效。目前，业界最有效的改善方案是通过在功率模组顶面和底面双面连接金属，直接裸露以实现快速高效散热，以减缓功率模组运行时温度升高，保证功率模组运行稳定可靠。

以IGBT功率模组为例，如图1至图3所示，包括上双面覆铜板1、下双面覆铜板2、多个芯片10、金属垫块A(91)、金属垫块B(92)、引脚7和塑封体8，多个芯片10平铺布置，芯片10的集电极101焊接在下双面覆铜板2的内表面上，芯片10的发射极102先与金属垫块A(91)焊接，金属垫块A(91)再与上双面覆铜板1的内表面焊接，芯片10的栅极103通过金属焊线11与下双面覆铜板2上的电路电连接，形成有效功能回路，金属垫块B(92)设置在上双面覆铜板1和下双面覆铜板2之间，用于支撑上双面覆铜板1和下双面覆铜板2，引脚7焊接在下双面覆铜板2的内表面上，并通过下双面覆铜板2上的电路与芯片10的集电极101、发射极102和栅极103电连接，塑封体8用于包裹芯片10、金属垫块A(91)、金属垫块B(92)、引脚7的内侧部分以及上双面覆铜板1、下双面覆铜板2的内表面和侧面，上双面覆铜板1、下双面覆铜板2的外表面裸露出来，用于快速散热。

在该方案中，芯片10的发射极102通过金属垫块A(91)焊接到上双面覆铜板1上，而集电极101是直接焊接到下双面覆铜板2上，导致芯片10的集电极101与发射极102形成非对称结构，非对称散热会导致功率模组上下两面的温升不同，长时间运行温度不平衡会在一定程度上影响产品的性能和使用寿命；功率模组中同时使用多颗芯片的平面布局结构，导致产品尺寸大，双面覆铜板面积大，塑封材料使用多，使用金属垫块数量也多，金属垫块的高度也不完全相同，组装过程复杂，成本高，因为金属垫块焊接倾斜、焊接空洞问题多，这些都会导致产品性能降低或失效，难以满足下级产品高可靠、高稳定的需求。

在该方案中，功率模组的封装方法具体如下：S1、需要先将芯片10和金属垫块B(92)装贴至下双面覆铜板2上，然后进行回流焊固定；S2、再将芯片10的栅极通过金属焊线11连接到下双面覆铜板2上；S3、再将金属垫块A(91)装贴到芯片10上，使金属垫块A(91)与芯片10的发射极电连接；S4、再将上双面覆铜板1装贴到金属垫块A(91)和金属垫块B(92)上；S5、进行塑封。该封装方法也比较复杂，芯片栅极焊接需要有金属丝焊线工艺，双面覆铜板焊点多，铜层线路布局复杂，焊接不良几率大，封装工艺复杂，模组中芯片电路路径长，运行过程电路路径功耗损失大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率密度更大、散热性更好、性能更稳定的高功率密度超散热性芯片对称堆叠封装结构及其封装方法。