一种双芯片并联功率模块及封装方法与流程

1.本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种双芯片并联功率模块及封装方法。


背景技术：

2.目前常用的功率模块表面互连工艺大多数是采用键合铝线的方式实现芯片上表面的电路连接，其缺点是键合铝线的疲劳寿命较差，键合铝线的疲劳寿命已经成为限制功率器件发展的重要因素。对此，有人提出采用铜夹结构替换键合引线表面互连结构。但存在以下问题：容易带来较大的寄生电感，且并联芯片的开启电学性能差异较大。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：现有的双芯片上表面的电路通过铜夹连接，容易带来较大的寄生电感，且并联芯片的开启电学性能差异较大。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双芯片并联功率模块，其包括下层结构，一对芯片，一对导线，金属夹，金属垫，漏极端子，第二源极端子以及上层结构；所述下层结构包括所述下基板、第一源极端子、栅极端子、第一金属层、第二金属层，所述第一源极端子、所述栅极端子、所述第一金属层和所述第二金属层分别铺设于所述下基板的上表面，所述第一源极端子与所述栅极端子位于所述第一金属层和所述第二金属层之间，所述栅极端子设有触头，所述触头位于所述下基板外；两个所述芯片分别焊接于所述第一金属层；所述导线与所述芯片一一对应，所述导线的两端分别与所述栅极端子和所述芯片的栅极电连接；所述金属夹分别与所述第二金属层和所述芯片的源极电连接；所述金属垫分别与所述金属夹和所述第一源极端子电连接，所述金属垫与所述金属夹的连接点在所述金属夹远离所述触头的一侧；所述漏极端子焊接于所述第一金属层；所述第二源极端子焊接于所述第二金属层；所述上层结构与所述金属夹的上表面电连接。
5.进一步地，所述金属夹为拱形，所述金属夹跨过所述第一源极端子和所述栅极端子，所述金属垫位于所述金属夹的下方。
6.进一步地，所述金属夹设有一对第一连接脚，所述第一连接脚分别与芯片一一对应，所述第一连接脚焊接于所述芯片的源极，所述金属夹在两个所述第一连接脚之间形成矩形的卸载槽。
7.进一步地，所述金属夹设有一对第二连接脚，所述第二连接脚与所述第二金属层电连接，所述金属夹靠近所述第一金属层的一侧和所述金属夹靠近所述第二金属层的一侧关于所述金属夹的中心线对称。
8.进一步地，所述金属夹设有圆弧形的卸载缺口，所述卸载缺口向所述金属夹的中心凹入，所述卸载缺口位于所述第二金属层和所述芯片之间。
9.进一步地，所述上层结构包括上基板、第三金属层和垫块，所述第三金属层铺设于所述上基板的下表面，所述垫块焊接于所述第三金属层的下表面，所述垫块的底面焊接于所述金属夹的上表面，所述金属夹通过所述垫块与所述第三金属层电连接。
10.进一步地，所述第二金属层设有垫片，所述垫片位于所述第二金属层的上表面，所述垫片的上表面与所述芯片的上表面平齐，所述金属夹焊接于所述垫片的上表面。
11.进一步地，所述下基板的上表面在所述第一金属层和所述第二金属层之间形成让位空间，所述第一源极端子和所述栅极端子位于所述让位空间内，所述第一源极端子与所述第一金属层相隔开，所述栅极端子与所述第一源极端子相隔开，所述栅极端子与所述第二金属层相隔开，所述第一源极端子的一端伸出所述下基板，所述栅极端子的一端伸出所述下基板。
12.进一步地，所述第一金属层与所述第一金属层关于所述下基板的中心线对称，所述漏极端子与所述第二源极端子关于所述下基板的中心线对称，所述第一源极端子与所述栅极端子关于所述下基板的中心线对称。
13.一种双芯片并联功率模块的封装方法，其包括以下步骤：
14.s01、在下基板的上表面分别铺设第一源极端子、栅极端子、第一金属层及第二金属层，其中第一源极端子、栅极端子、第一金属层、第二金属层相互隔开，将漏极端子和一对芯片焊接于第一金属层的上表面，将第二源极端子焊接于第二金属层的上表面，将金属垫焊接于第一源极端子，将芯片、金属垫、第二金属层分别与金属夹焊接，其中金属垫与金属夹的连接点在金属夹远离触头的一侧；
15.s02、将导线的两端分别与栅极端子和芯片的栅极电连接；
16.s03、将上层结构焊接于金属夹；
17.s04、将上层结构和下层结构进行塑封。
18.本发明实施例一种双芯片并联功率模块及封装方法与现有技术相比，其有益效果在于：通过让所述金属垫与所述金属夹的连接点设置在所述金属夹远离所述触头的一侧，使第一芯片到触头的通路相对于第二芯片到触头的通路短，第二芯片到金属垫的通路相对于第一芯片到金属垫的通路短，从而让两个芯片的驱动回路电感近似，以使两个芯片有近似的驱动效果，可减小两个芯片的开关损耗差异。
附图说明
19.图1是本发明一种实施例的结构示意图；
20.图2是本发明一种实施例的分解图；
21.图3是本发明一种实施例的爆炸图；
22.图4是本发明一种实施例的截面图；
23.图5是栅极端子回路示意图；
24.图6是源极端子回路示意图；
25.图7是本发明一种实施例的工艺流程图。
26.图中，第一焊料层1；垫块2；第二焊料层3；金属夹4；栅极端子5；第三焊料层6；漏极端子7；芯片8；上基板9；导线10；垫片11；第二源极端子12；金属垫13；第一源极端子14；第四焊料层15；下基板16。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施
例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
28.在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.如图1-3所示，本发明实施例优选实施例的一种双芯片并联功率模块，其包括下层结构，一对芯片8，一对导线10，金属夹4，金属垫13，漏极端子7，第二源极端子12以及上层结构，通过金属夹4与导线10相配合，优化功率模块整体的结构。
30.如图1-4所示，所述下层结构包括所述下基板16、第一源极端子14、栅极端子5、第一金属层、第二金属层。所述下基板16由陶瓷制成，陶瓷材料可为al2o3、aln、si3n4。所述第一源极端子14、所述栅极端子5、所述第一金属层和所述第二金属层分别铺设于所述下基板16的上表面，其中所述第一源极端子14、所述栅极端子5、所述第一金属层和所述第二金属层可以采用印刷的方式印刷在下基板16的上表面，所述第一金属层和所述第二金属层由铜制成，除此之外，所述下基板16的下表面也印刷有一层铜层。
31.如图1-4所示，所述第一源极端子14与所述栅极端子5位于所述第一金属层和所述第二金属层之间，所述栅极端子5为长条状，所述栅极端子5沿x方向延伸，所述栅极端子5设有触头，所述触头伸出所述下基板16外，所述触头位于所述下基板16外，所述触头用于连接外部电子器件。所述第一源极端子14与所述栅极端子5由铜制成，所述第一源极端子14与所述栅极端子5之间不连接，所述第一源极端子14与所述第一金属层之间不连接，所述第二金属层与所述栅极端子5之间不连接。
32.如图2-4所示，所述芯片8为碳化硅mosfet芯片，两个所述芯片8通过焊料分别焊接于所述第一金属层的上表面，其中焊料为纳米银烧结或其它高温焊料。所述导线10与所述芯片8一一对应，所述导线10的两端分别与所述栅极端子5和所述芯片8的栅极电连接，所述芯片8的栅极通过导线10与所述栅极端子5传递电信号。所述金属夹4分别与所述第二金属层和所述芯片8的源极电连接，所述金属夹4由铜制成，所述芯片8的源极通过金属夹4与所述第二金属层传递电信号。所述金属垫13分别与所述金属夹4和所述第一源极端子14电连接，所述金属垫13与所述金属夹4的连接点在所述金属夹4远离所述触头的一侧，所述芯片8的源极通过所述金属夹4和所述金属垫13与所述第一源极端子14传递电信号，其中所述金属垫13通过焊料焊接于所述第一源极端子14，所述金属夹4通过焊料焊接于所述第二金属层、所述芯片8的源极、所述金属垫13。
33.如图3-4所示，所述漏极端子7的一端通过第四焊料层15焊接于所述第一金属层，第四焊料层15为纳米银烧结或高温焊料，所述漏极端子7自所述第一金属层向远离所述下基板16中心的方向延伸，所述漏极端子7可以外接用电器。所述第二源极端子12焊的一端接于所述第二金属层，所述第二源极端子12自所述第二金属层向远离所述下基板16中心的方向延伸，所述第二源极端子12可以外接用电器或电源。所述上层结构与所述金属夹4的上表面电连接，芯片8可以通过金属夹4与电连接上层结构的其它电子元件传递电信号。芯片8可以通过金属夹4将热量传递到上层结构，利用上层结构将热量排走，此外，芯片8也可以直接将热量传递到第一金属层，利用下基板16将热量排走，从而实现双通道散热，避免双芯片并联功率模块工作时过热。
34.如图4-6所示，设位于图中上方的芯片8为第一芯片8，设位于图5中下方的芯片8为第二芯片8，如图4-5所示，第一芯片8到触头的通路相对于第二芯片8到触头的通路短，在栅极端子5通电开启的过程中，第一芯片8的栅极到所述触头会产生电感l
g11
、电感l
g12
，第二芯片8的栅极到所述触头会产生电感l
g22
、电感l
g23
、电感l
g11
，其中电感l
g12
和电感l
g22
均在到线上，因此电感l
g12
和电感l
g22
大小相同，第二芯片8比第一芯片8多了电感l
g23
，所以第二芯片8的栅极回路寄生电感较大。如图3和图6所示，第二芯片8到金属垫13的通路相对于第一芯片8到金属垫13的通路短，在栅极端子5通电开启的过程中，第一芯片8的源极到金属垫13会产生电感l
k11
、电感l
k13
，第二芯片8的源极到金属垫13会产生电感l
k12
，忽略电感l
k11
和电感l
k12
的差异，通过将增加第一芯片8的开尔文源回路电感l
k13
，使第一芯片8和第二芯片8的驱动回路电感近似，以使第一芯片8和第二芯片8有着近似的驱动效果，该特性可减小两个芯片8的开关损耗差异。
35.如图2-4所示，所述金属夹4为拱形，所述金属夹4跨过所述第一源极端子14和所述栅极端子5，所述金属夹4不与所述第一源极端子14和所述栅极端子5直接接触，所述金属垫13位于所述金属夹4的下方，通过将所述金属夹4设计成拱形，缓解双芯片并联功率模块在z方向上对芯片8和焊料产生的热应力，大大降低了金属夹4对芯片8和焊料带来的应力集中，提高了双芯片并联功率模块整体的可靠性。所述金属夹4设有一对第一连接脚，所述第一连接脚分别与芯片8一一对应，所述第一连接脚通过第三焊料层6焊接于所述芯片8的源极，所述金属夹4在两个所述第一连接脚之间形成矩形的卸载槽，所述卸载槽可以缓解双芯片并联功率模块在x方向上对芯片8和焊料产生的热应力，降低了金属夹4对芯片8和焊料带来的应力集中，提高了双芯片并联功率模块整体的可靠性。
36.如图2-4所示，所述金属夹4设有圆弧形的卸载缺口，所述卸载缺口向所述金属夹4的中心凹入，所述卸载缺口位于所述第二金属层和所述芯片8之间，所述卸载缺口可以缓解双芯片并联功率模块在y方向上对芯片8和焊料产生的热应力，降低了金属夹4对芯片8和焊料带来的应力集中，提高了双芯片并联功率模块整体的可靠性。所述金属夹4设有一对第二连接脚，所述第二连接脚焊接于所述第二金属层并与所述第二金属层电连接，所述金属夹4靠近所述第一金属层的一侧和所述金属夹4靠近所述第二金属层的一侧关于所述金属夹4的中心线对称，通过将金属夹4设计成对称的结构，避免金属夹4焊接时出现倾斜问题和虚焊问题，减小焊接时的工艺难度。
37.如图1-4所示，所述上层结构包括上基板9、第三金属层和垫块2，所述第三金属层铺设于所述上基板9的下表面，其中所述第三金属层可以采用印刷的方式印刷在所述上基板9的下表面，所述第三金属层由铜制成，除此之外，所述上基板9的上表面也印刷有一层铜层。所述垫块2通过第一焊料层1焊接于所述第三金属层的下表面，所述垫块2的底面通过第二焊料层3焊接于所述金属夹4的上表面，所述金属夹4通过所述垫块2与所述第三金属层电连接，所述垫块2由钼、铜、铝碳化硅或其它导电导热材料制成，金属夹4可以将热量或电信号通过垫块2传递到所述第三金属层。第一焊料层1和第二焊料层3皆为纳米银烧结或高温焊料。
38.如图2-4所示，所述第二金属层设有垫片11，所述垫片11位于所述第二金属层的上表面，所述垫片11的上表面与所述芯片8的上表面平齐，所述第二连接脚通过第三焊料层6焊接于所述垫片11的上表面，第三焊料层6为纳米银烧结或高温焊料。当所述金属夹4焊接
无误时，金属夹4的上表面为水平状态，上基板9上表面的铜层也为水平状态，工作人员可以采用仪器检测上基板9上表面的铜层是否水平来了解金属夹4是否倾斜，从而了解是否存在焊接失误的情况。
39.如图2-4所示，所述下基板16的上表面在所述第一金属层和所述第二金属层之间形成让位空间，所述第一源极端子14和所述栅极端子5位于所述让位空间内，所述第一源极端子14与所述第一金属层相隔开，所述栅极端子5与所述第一源极端子14相隔开，所述栅极端子5与所述第二金属层相隔开，通过设置所述让位空间收容所述第一源极端子14和所述栅极端子5，使所述下基板16的上表面上的所述第一金属层、所述第二金属层、所述第一源极端子14和所述栅极端子5更紧凑，双芯片并联功率模块整体更紧凑，有利于双芯片并联功率模块小型化。所述第一源极端子14的一端伸出所述下基板16，所述第一源极端子14可以外接电子器件。
40.如图1-4所示，所述第一金属层与所述第一金属层关于所述下基板16的中心线对称，所述漏极端子7与所述第二源极端子12关于所述下基板16的中心线对称，所述第一源极端子14与所述栅极端子5关于所述下基板16的中心线对称。将所述第一金属层与所述第一金属层设计成对称结构，将所述漏极端子7与所述第二源极端子12关于所述下基板16的中心线对称，有利于双芯片并联功率模块各种元器件的规模化生产，降低生产成本，规避了金属夹4焊接时出现倾斜或者虚焊的问题，减小了工艺难度。此外，由于设计的并联双芯片8主回路为对称结构，该特性可减小双芯片8的开关损耗差异。
41.如图1-7所示，一种双芯片并联功率模块的封装方法，其包括以下步骤：
42.第一步、在下基板16的上表面分别铺设第一源极端子14、栅极端子5、第一金属层及第二金属层，其中第一源极端子14、栅极端子5、第一金属层、第二金属层相互隔开，将漏极端子7通过焊料焊接于第一金属层的上表面，将一对芯片8通过焊料焊接于第一金属层的上表面，两个芯片8相隔开，将第二源极端子12通过焊料焊接于第二金属层的上表面，将金属垫13通过焊料焊接于第一源极端子14，使金属夹4跨过第一源极端子14、栅极端子5，将第一连接脚通过焊料焊接于芯片8的源极，将第二连接脚通过焊料焊接于垫片11的上表面，其中金属垫13与金属夹4的连接点在金属夹4远离触头的一侧。第二步、将导线10的两端分别与栅极端子5和芯片8的栅极电连接。第三步、将上层结构焊接于金属夹4。第四步、将上层结构和下层结构进行塑封，对上层结构和下层结构之间的元器件进行保护。
43.综上，本发明实施例提供一种双芯片并联功率模块及封装方法，其通过让所述金属垫13与所述金属夹4的连接点设置在所述金属夹4远离所述触头的一侧，使第一芯片8到触头的通路相对于第二芯片8到触头的通路短，第二芯片8到金属垫13的通路相对于第一芯片8到金属垫13的通路短，从而让两个芯片8的驱动回路电感近似，以使两个芯片8有近似的驱动效果，可减小两个芯片8的开关损耗差异。
44.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种双芯片并联功率模块，其特征在于，包括：下层结构，所述下层结构包括所述下基板、第一源极端子、栅极端子、第一金属层及第二金属层，所述第一源极端子、所述栅极端子、所述第一金属层和所述第二金属层分别铺设于所述下基板的上表面，所述第一源极端子与所述栅极端子位于所述第一金属层和所述第二金属层之间，所述栅极端子设有触头，所述触头位于所述下基板外；一对芯片，两个所述芯片分别焊接于所述第一金属层；一对导线，所述导线与所述芯片一一对应，所述导线的两端分别与所述栅极端子和所述芯片的栅极电连接；金属夹，所述金属夹分别与所述第二金属层和所述芯片的源极电连接；金属垫，所述金属垫分别与所述金属夹和所述第一源极端子电连接，所述金属垫与所述金属夹的连接点在所述金属夹远离所述触头的一侧；漏极端子，所述漏极端子焊接于所述第一金属层；第二源极端子，所述第二源极端子焊接于所述第二金属层；上层结构，所述上层结构与所述金属夹的上表面电连接。2.根据权利要求1所述的双芯片并联功率模块，其特征在于：所述金属夹为拱形，所述金属夹跨过所述第一源极端子和所述栅极端子，所述金属垫位于所述金属夹的下方。3.根据权利要求2所述的双芯片并联功率模块，其特征在于：所述金属夹设有一对第一连接脚，所述第一连接脚分别与芯片一一对应，所述第一连接脚焊接于所述芯片的源极，所述金属夹在两个所述第一连接脚之间形成矩形的卸载槽。4.根据权利要求3所述的双芯片并联功率模块，其特征在于：所述金属夹设有一对第二连接脚，所述第二连接脚与所述第二金属层电连接，所述金属夹靠近所述第一金属层的一侧和所述金属夹靠近所述第二金属层的一侧关于所述金属夹的中心线对称。5.根据权利要求2所述的双芯片并联功率模块，其特征在于：所述金属夹设有圆弧形的卸载缺口，所述卸载缺口向所述金属夹的中心凹入，所述卸载缺口位于所述第二金属层和所述芯片之间。6.根据权利要求1所述的双芯片并联功率模块，其特征在于：所述上层结构包括上基板、第三金属层和垫块，所述第三金属层铺设于所述上基板的下表面，所述垫块焊接于所述第三金属层的下表面，所述垫块的底面焊接于所述金属夹的上表面，所述金属夹通过所述垫块与所述第三金属层电连接。7.根据权利要求1所述的双芯片并联功率模块，其特征在于：所述第二金属层设有垫片，所述垫片位于所述第二金属层的上表面，所述垫片的上表面与所述芯片的上表面平齐，所述金属夹焊接于所述垫片的上表面。8.根据权利要求1所述的双芯片并联功率模块，其特征在于：所述下基板的上表面在所述第一金属层和所述第二金属层之间形成让位空间，所述第一源极端子和所述栅极端子位于所述让位空间内，所述第一源极端子与所述第一金属层相隔开，所述栅极端子与所述第一源极端子相隔开，所述栅极端子与所述第二金属层相隔开，所述第一源极端子的一端伸出所述下基板。9.根据权利要求1所述的双芯片并联功率模块，其特征在于：所述第一金属层与所述第一金属层关于所述下基板的中心线对称，所述漏极端子与所述第二源极端子关于所述下基
板的中心线对称，所述第一源极端子与所述栅极端子关于所述下基板的中心线对称。10.一种权利要求1-9任一项所述的双芯片并联功率模块的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：s01、在下基板的上表面分别铺设第一源极端子、栅极端子、第一金属层及第二金属层，其中第一源极端子、栅极端子、第一金属层、第二金属层相互隔开，将漏极端子和一对芯片焊接于第一金属层的上表面，将第二源极端子焊接于第二金属层的上表面，将金属垫焊接于第一源极端子，将芯片、金属垫、第二金属层分别与金属夹焊接，其中金属垫与金属夹的连接点在金属夹远离触头的一侧；s02、将导线的两端分别与栅极端子和芯片的栅极电连接；s03、将上层结构焊接于金属夹；s04、将上层结构和下层结构进行塑封。

技术总结
本发明涉及电子技术领域，公开了一种双芯片并联功率模块及封装方法，其包括下层结构，一对芯片，导线，金属夹，金属垫，漏极端子，第二源极端子及上层结构；第一源极端子、栅极端子、第一金属层和第二金属层分别铺设于下基板的上表面，第一源极端子与栅极端子位于第一金属层和第二金属层之间，栅极端的触头位于下基板外；两个芯片焊接于第一金属层；导线的两端分别与栅极端子和芯片的栅极电连接；金属夹分别与第二金属层和芯片的源极电连接；金属垫分别与金属夹和第一源极端子电连接，金属垫与金属夹的连接点在金属夹远离触头的一侧；上层结构与金属夹的上表面电连接，两个芯片有近似的驱动效果。动效果。动效果。


技术研发人员：滕晓东 郑博宇 刘振
受保护的技术使用者：广州安牧泉封装技术有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/9