一种功率模块倒装芯片垂直堆叠结构

专利摘要:
本实用新型公开了一种功率模块倒装芯片垂直堆叠结构，包括IGBT芯片、二极管芯片、铜片、Spacer层、DBC基板、接线端子，所述IGBT芯片设于所述二极管芯片下方，所述IGBT芯片下端设有连接层；所述铜片上下两端设置的第一纳米银烧结层与第二纳米银烧结层分别与所述二极管芯片的下端面、所述IGBT芯片的上端面联结；所述Spacer层上下两端分别设有焊料层和第三纳米银烧结层，所述Spacer层通过所述第三纳米银烧结层与所述二极管芯片上端面联结；所述DBC基板与焊料层、连接层的外端面联接；所述接线端子分别与所述DBC基板及铜片联接并穿出设置的塑封。本实用新型将IGBT芯片倒装并与二极管芯片堆叠，可进一步缩小电源封装模块体积，并进一步提高功率密度。
公开号:CN214336714U
申请号:CN202120681743.5U
申请日:2021-04-02
公开日:2021-10-01
发明作者:朱文辉；孙国辽；汪炼成；彭程
申请人:Changsha Anmuquan Intelligent Technology Co ltd；Central South University；
IPC主号:H01L25-18

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种功率模块倒装芯片垂直堆叠结构。
[n0002] 绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)作为能源变换与传输的核心器件，已经成为功率半导体器件的主流，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。
[n0003] 目前广泛应用的电源封装技术是使用铝线连接器件顶端端子，现有技术中IGBT电源封装模块，通常是IGBT芯片与二极管芯片并联使用，而倒装IGBT芯片双面散热封装技术中使用双面散热结构且用焊接端子方式引出电极来代替传统打线式连接，但存在如下缺点：1、芯片布局仍为平面结构；2、电源封装模块体积大；3、功率密度不高。
[n0004] 本实用新型旨在一定程度上解决上述存在的技术问题，提供一种功率模块倒装芯片垂直堆叠结构，将IGBT芯片倒装并二极管芯片堆叠，缩小电源封装模块体积，提高功率密度。
[n0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种功率模块倒装芯片垂直堆叠结构，包括二极管芯片、IGBT芯片、铜片、Spacer层、DBC基板、接线端子，所述二极管芯片阴极朝上、阳极朝下；所述IGBT芯片设于所述二极管芯片下方，所述IGBT芯片下端设有连接层；所述铜片设于所述二极管芯片与所述IGBT芯片之间，并通过铜片上下两端设置的第一纳米银烧结层与第二纳米银烧结层分别与所述二极管芯片的下端面、所述IGBT芯片的上端面联结；所述Spacer层上下两端分别设有焊料层和第三纳米银烧结层，所述Spacer层通过所述第三纳米银烧结层与所述二极管芯片上端面联结；所述DBC基板相对设置设有两个并分别与焊料层、连接层的外端面联接；所述接线端子分别与所述DBC基板及铜片联接并穿出设置的塑封。
[n0006] 优选的，所述DBC基板为DBC陶瓷基板。
[n0007] 优选的，所述DBC基板包括中间层及设于中间层上下两边的铜片，所述中间层为Al2O3或AlN。
[n0008] 优选的，所述Spacer层为Cu、Mo、CuMo、AlSiC或AlSiMg。
[n0009] 优选的，所述连接层为锡焊球或铜柱。
[n0010] 优选的，所述接线端子包括第一接线端子、第二接线端子、第三接线端子和第四接线端子，所述第一接线端子与联接所述焊料层的DBC基板联接，所述第二接线端子联接所述铜片，所述第三接端子和第四接线端子与联接所述连接层的DBC基板联接。
[n0011] 优选的，所述第一接线端子、第二接线端子及第三接线端子穿出塑封位于同一侧，所述第四接线端子相对第三接线端子设置在另一侧。
[n0012] 本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[n0013] 该功率模块倒装芯片垂直堆叠结构将IGBT芯片倒装并与二极管芯片堆叠，可进一步缩小电源封装模块体积，并进一步提高功率密度，同时减少工艺流程、缩短IGBT芯片集电极至二极管芯片阴极联结距离、减小寄生电感，降低损耗。
[n0014] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
[n0015] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[n0016] 附图中：
[n0017] 图1为本实用新型所述功率模块倒装芯片垂直堆叠结构结构图；
[n0018] 图2为本实用新型所述功率模块倒装芯片垂直堆叠结构工艺流程图。
[n0019] 附图标号：1-二极管芯片；2-IGBT芯片；3-铜片；4-Spacer层；5-DBC基板；6-连接层；7-第一纳米银烧结层；8-第二纳米银烧结层；9-焊料层；10-第三纳米银烧结层；11-塑封；12-第一接线端子；13-第二接线端子；14-第三接线端子；15-第四接线端子。
[n0020] 为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”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、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[n0021] 还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[n0022] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。
[n0023] 如图1-2所示，本实用新型提供一种功率模块倒装芯片垂直堆叠结构，包括二极管芯片1、IGBT芯片2、铜片3、Spacer层4、DBC基板5、接线端子，所述二极管芯片1阴极朝上、阳极朝下；所述IGBT芯片2设于所述二极管芯片1下方，所述IGBT芯片2下端设有连接层6；所述铜片3设于所述二极管芯片1与所述IGBT芯片2之间，并通过铜片3上下两端设置的第一纳米银烧结层7与第二纳米银烧结层8分别与所述二极管芯片1的下端面、所述IGBT芯片2的上端面联结，具体的，第一纳米银烧结层7联结二极管芯片阳极及铜片3，第二纳米银烧结层8联结IGBT芯片集电极及铜片3，从而使铜片3联结二极管芯片阳极与IGBT芯片集电极；所述Spacer层4上下两端分别设有焊料层9和第三纳米银烧结层10，所述Spacer层4通过所述第三纳米银烧结层10与所述第一IGBT芯片1上端面联结，具体的，第三纳米银烧结层10联结Spacer层4及二极管芯片阴极；所述DBC基板5相对设置设有两个并分别与焊料层9、连接层6的外端面联接，具体的，连接层6用于引出IGBT芯片栅极与发射极并连接DBC基板5；所述接线端子分别与所述DBC基板5及铜片3联接并穿出设置的塑封11。
[n0024] 其中，所述DBC基板5为DBC陶瓷基板，具体的，所述DBC基板5包括中间层及设于中间层上下两边的铜片3，所述中间层为Al2O3或AlN。
[n0025] 其中，所述Spacer层4为Cu、Mo、CuMo、AlSiC或AlSiMg。起到调节IGBT芯片与二极管芯片高度差的作用。
[n0026] 其中，所述连接层6为锡焊球或铜柱。
[n0027] 其中，所述接线端子包括第一接线端子12、第二接线端子13、第三接线端子14和第四接线端子15，所述第一接线端子12与联接所述焊料层9的DBC基板5联接，所述第二接线端子13联接所述铜片3，所述第三接端子和第四接线端子15与联接所述连接层6的DBC基板5联接，具体的，所述第一接线端子12、第二接线端子13及第三接线端子14穿出塑封11位于同一侧，所述第四接线端子15相对第三接线端子14设置在另一侧；具体的，第一接线端子12用于引出二极管芯片阴极，第二接线端子13用于引出极管芯片阳极与IGBT芯片集电极，第三接线端子14用于引出IGBT芯片发射极，第四接线端子15用于引出IGBT芯片栅极，
[n0028] 本实施方工中该功率模块倒装芯片垂直堆叠结构先将二极管芯片1与Spacer层4通过第三纳米银烧结层10联结构成小模块，再将IGBT芯与铜片3通过第二纳米银烧结层8联结构成小模块，然后再通过第一纳米银烧结层7将两小模块联结成整个模块，并在该模块两端分别焊接DBC陶瓷基板5，再在DBC陶瓷基板5及铜片3上焊接接线端子，最后将其整体塑封11并使接线端子伸出塑封11，从而将IGBT芯片倒装并与二极管芯片堆叠，可进一步缩小电源封装模块体积，并进一步提高功率密度，同时减少工艺流程、缩短IGBT芯片集电极至二极管芯片阴极联结距离、减小寄生电感，降低损耗。
[n0029] 可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

权利要求:
Claims (7)
[0001] 1.一种功率模块倒装芯片垂直堆叠结构，其特征在于，包括：
二极管芯片，所述二极管芯片阴极朝上、阳极朝下；
IGBT芯片，所述IGBT芯片设于所述二极管芯片下方，所述IGBT芯片下端设有连接层；
铜片，所述铜片设于所述二极管芯片与所述IGBT芯片之间，并通过铜片上下两端设置的第一纳米银烧结层与第二纳米银烧结层分别与所述二极管芯片的下端面、所述IGBT芯片的上端面联结；
Spacer层，所述Spacer层上下两端分别设有焊料层和第三纳米银烧结层，所述Spacer层通过所述第三纳米银烧结层与所述二极管芯片上端面联结；
DBC基板，所述DBC基板相对设置设有两个并分别与焊料层、连接层的外端面联接；
接线端子，所述接线端子分别与所述DBC基板及铜片联接并穿出设置的塑封。
[0002] 2.根据权利要求1所述的功率模块倒装芯片垂直堆叠结构，其特征在于：所述DBC基板为DBC陶瓷基板。
[0003] 3.根据权利要求2所述的功率模块倒装芯片垂直堆叠结构，其特征在于：所述DBC基板包括中间层及设于中间层上下两边的铜片，所述中间层为Al2O3或AlN。
[0004] 4.根据权利要求1所述的功率模块倒装芯片垂直堆叠结构，其特征在于：所述Spacer层为Cu、Mo、CuMo、AlSiC或AlSiMg。
[0005] 5.根据权利要求1所述的功率模块倒装芯片垂直堆叠结构，其特征在于：所述连接层为锡焊球或铜柱。
[0006] 6.根据权利要求1所述的功率模块倒装芯片垂直堆叠结构，其特征在于：所述接线端子包括第一接线端子、第二接线端子、第三接线端子和第四接线端子，所述第一接线端子与联接所述焊料层的DBC基板联接，所述第二接线端子联接所述铜片，所述第三接端子和第四接线端子与联接所述连接层的DBC基板联接。
[0007] 7.根据权利要求6所述的功率模块倒装芯片垂直堆叠结构，其特征在于：所述第一接线端子、第二接线端子及第三接线端子穿出塑封位于同一侧，所述第四接线端子相对第三接线端子设置在另一侧。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120681743.5U|CN214336714U|2021-04-02|2021-04-02|一种功率模块倒装芯片垂直堆叠结构|CN202120681743.5U| CN214336714U|2021-04-02|2021-04-02|一种功率模块倒装芯片垂直堆叠结构|