本發(fā)明涉及電力電子功率模塊，尤其是一種疊層封裝雙面散熱功率模塊。

背景技術：

電力電子技術在當今快速發(fā)展的工業(yè)領域占有非常重要的地位，電力電子功率模塊作為電力電子技術的代表，已廣泛應用于電動汽車，光伏發(fā)電，風力發(fā)電，工業(yè)變頻等行業(yè)。隨著我國工業(yè)的崛起，電力電子功率模塊有著更加廣闊的市場前景。

現有電力電子功率模塊封裝體積大，重量重，不符合電動汽車、航空航天等領域的高功率密度、輕量化的要求。體積較大的電力電子功率模塊，其寄生電感往往也比較大，這會造成過沖電壓較大、損耗增加，而且也限制了在高開關頻率場合的應用。sic電力電子器件具有高頻、高溫、高效的特性，但現有功率模塊的寄生電感較大，限制了sic性能的發(fā)揮。另外，隨著應用端功率密度的不斷升級，現有功率模塊的封裝結構已經阻礙了功率密度的進一步提升，必須開發(fā)出更加有效的散熱結構才能滿足功率密度日益增長的需求。

現有的雙面散熱功率模塊如cn105161477a，由于芯片單層設置，電流的換流回路面積仍然較大，往往寄生電感也比較大，而且芯片單層設置，使得功率模塊的體積相對較大，另外功率端子與控制端子只與第一襯板連接，設置不夠靈活、襯板面積無法進一步減小，還會由于電流路徑較長造成損耗增加。

技術實現要素：

發(fā)明目的：針對上述現有技術存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種體積小、重量輕、寄生電感小的疊層封裝雙面散熱功率模塊。

技術方案：一種疊層封裝雙面散熱功率模塊，包括輸入功率端子、輸出功率端子、頂部金屬絕緣基板、底部金屬絕緣基板，所述輸入功率端子包括正極功率端子和負極功率端子，頂部金屬絕緣基板和底部金屬絕緣基板疊層設置，頂部金屬絕緣基板和底部金屬絕緣基板在二者相對的面上均燒結有芯片，所述正極功率端子和負極功率端子與頂部金屬絕緣基板和底部金屬絕緣基板均電連接，輸出功率端子包括焊接部和位于塑封外殼外部的連接部，焊接部設置在頂部金屬絕緣基板上燒結的芯片和底部金屬絕緣基板上燒結的芯片之間并與芯片電連接。

進一步的，所述頂部金屬絕緣基板上燒結的芯片為下半橋二極管芯片和上半橋二極管芯片，底部金屬絕緣基板上燒結的芯片為下半橋開關芯片和上半橋開關芯片，其中，下半橋二極管芯片與下半橋開關芯片疊層設置，上半橋二極管芯片與上半橋開關芯片疊層設置。

進一步的，頂部金屬絕緣基板上燒結的芯片為上半橋開關芯片和上半橋二極管芯片，底部金屬絕緣基板上燒結的芯片為下半橋開關芯片和下半橋二極管芯片，其中，上半橋開關芯片與下半橋二極管芯片疊層設置，上半橋二極管芯片與下半橋開關芯片疊層設置。

進一步的，所述正極功率端子和負極功率端子均燒結在頂部金屬絕緣基板上，并且至少一個輸入功率端子與底部金屬絕緣基板通過金屬連接柱相連；或者，正極功率端子和負極功率端子均燒結在底部金屬絕緣基板上，并與頂部金屬絕緣基板通過金屬連接柱相連；或者，正極功率端子和負極功率端子與頂部金屬絕緣基板和底部金屬絕緣基板均燒結。

進一步的，所述頂部金屬絕緣基板包括與正極功率端子電連接的頂部金屬絕緣基板正極金屬層、與負極功率端子電連接的頂部金屬絕緣基板負極金屬層、與輸出功率端子和一個上半橋驅動端子電連接的上半橋開關芯片發(fā)射極/源極局部金屬層，以及與另一個上半橋驅動端子電連接的上半橋開關芯片門極局部金屬層；

頂部金屬絕緣基板正極金屬層的表面燒結有上半橋二極管芯片，頂部金屬絕緣基板負極金屬層的表面燒結有下半橋二極管芯片，上半橋開關芯片門極局部金屬層與上半橋開關芯片的門極電連接。

進一步的，所述底部金屬絕緣基板包括與正極功率端子電連接的底部金屬絕緣基板正極金屬層、與負極功率端子及一個下半橋驅動端子電連接的底部金屬絕緣基板負極金屬層，以及與另一個下半橋驅動端子電連接的下半橋開關芯片門極局部金屬層；

底部金屬絕緣基板正極金屬層的表面燒結有上半橋開關芯片，底部金屬絕緣基板負極金屬層表面燒結有下半橋開關芯片；下半橋開關芯片門極局部金屬層與下半橋開關芯片的門極電連接。

進一步的，所述輸出功率端子還包括上半橋引出端，所述焊接部與上半橋開關芯片的發(fā)射極或源極連接、與下半橋開關芯片的集電極或漏極連接、與上半橋二極管芯片的正極連接、與下半橋二極管芯片的負極連接；上半橋引出端與頂部金屬絕緣基板的上半橋開關芯片發(fā)射極/源極局部金屬層連接。

進一步的，所述輸出功率端子的焊接部與上半橋開關芯片的發(fā)射極/源極、與下半橋開關芯片的集電極/漏極、與上半橋二極管芯片的正極、與下半橋二極管芯片的負極之間均設有應力緩沖層。

進一步的，所述塑封外殼為傳遞模一體化成型工藝制作，頂部金屬絕緣基板背面金屬層上表面的中間部分以及底部金屬絕緣基板背面金屬層下表面的中間部分均露出在塑封外殼的外部，并且高出塑封外殼。

進一步的，所述塑封外殼在頂部金屬絕緣基板背面金屬層和底部金屬絕緣基板背面金屬層的兩側均設有熱沉。

有益效果：本發(fā)明的頂部金屬絕緣基板與底部金屬絕緣基板疊層設置，正極功率端子、負極功率端子以及輸出功率端子均作為層狀結構燒結在頂部金屬絕緣基板與底部金屬絕緣基板之間，可以大大降低回路寄生電感，并且部分芯片之間存在堆疊關系，減小了功率模塊的體積，節(jié)約了成本，減輕了重量，尤其適合sic功率芯片的封裝；同時，功率模塊的兩側均可設置熱沉，可以減小功率模塊的熱阻，提高功率模塊的散熱效率；并且，功率模塊內部芯片的功率端全部采用大面積燒結結構，內部無鍵合線，充分提高了過流能力，提高了模塊的可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明疊層封裝雙面散熱功率模塊內部示意圖；

圖2是本發(fā)明功率模塊外觀示意圖；

圖3是本發(fā)明功率模塊側視圖；

圖4是本發(fā)明功率模塊內部示意圖；

圖5是本發(fā)明的功率模塊組裝爆炸圖；

圖6是本發(fā)明的頂部金屬絕緣基板結構示意圖；

圖7是本發(fā)明的底部金屬絕緣基板結構示意圖；

圖8是本發(fā)明的輸出功率端子結構示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例并結合附圖對本技術方案進行詳細說明。

實施例1：

本發(fā)明通過將開關芯片與續(xù)流二極管芯片堆疊設置，減小了功率模塊封裝體積，從而減少回路寄生電感；通過在疊層設置芯片的兩側設置散熱通路，達到雙面散熱的目的，能夠進一步降低功率模塊的熱阻。

如圖1所示，一種疊層封裝雙面散熱功率模塊，包括塑封外殼13、輸入功率端子、輸出功率端子3、頂部金屬絕緣基板4、底部金屬絕緣基板5，所述輸入功率端子包括正極功率端子1和負極功率端子2，頂部金屬絕緣基板4和底部金屬絕緣基板5疊層設置，頂部金屬絕緣基板4和底部金屬絕緣基板5在二者相對的面上均燒結有芯片，輸入功率端子、輸出功率端子3與芯片電連接，所述正極功率端子1和負極功率端子2與頂部金屬絕緣基板4或/和底部金屬絕緣基板5連接，輸出功率端子3包括焊接部31和位于塑封外殼13外部的連接部32，焊接部31設置在頂部金屬絕緣基板4上燒結的芯片和底部金屬絕緣基板5上燒結的芯片之間并與芯片電連接；具體的，正極功率端子1和負極功率端子2均燒結在頂部金屬絕緣基板4上，并且至少一個輸入功率端子與底部金屬絕緣基板5通過金屬連接柱相連；

或者，正極功率端子1和負極功率端子2均燒結在底部金屬絕緣基板5上，并與頂部金屬絕緣基板4通過金屬連接柱相連；

或者，正極功率端子1和負極功率端子2與頂部金屬絕緣基板4和底部金屬絕緣基板5均燒結。

本實施例中頂部金屬絕緣基板4、底部金屬絕緣基板5所采用的金屬絕緣基板均為dbc，即包括絕緣基板和基板兩側的金屬層，頂部金屬絕緣基板4與底部金屬絕緣基板5相對的一面上安裝了芯片，未安裝芯片的另一面則分別為頂部金屬絕緣基板背面金屬層41、底部金屬絕緣基板背面金屬層51；本領域技術人員在實施時也可不采用dbc結構，也可以采用絕緣基板兩側覆鋁，或者一側覆銅一側覆鋁等金屬覆蓋在絕緣介質兩側的結構；

塑封外殼13在頂部金屬絕緣基板背面金屬層41和底部金屬絕緣基板背面金屬層51的兩側均設有熱沉12。

如圖2、圖3所示，塑封外殼13為傳遞模一體化成型工藝制作，頂部金屬絕緣基板背面金屬層41上表面的中間部分以及底部金屬絕緣基板背面金屬層51下表面的中間部分均露出在塑封外殼13的外部，并且高出塑封外殼13，這種結構可以使金屬絕緣基板背面金屬層更好地與散熱裝置接觸，可以實現更好的散熱效果。

如圖4、圖5所示，頂部金屬絕緣基板4上燒結的芯片為下半橋二極管芯片9和上半橋二極管芯片7，底部金屬絕緣基板5上燒結的芯片為下半橋開關芯片8和上半橋開關芯片6，其中，下半橋二極管芯片9與下半橋開關芯片8疊層設置，上半橋二極管芯片7與上半橋開關芯片6疊層設置；此外，本實施例中所述的燒結具體為通過焊接層16燒結，由于芯片兩側通過電鍍或者濺射或者蒸發(fā)有上表面下表面鈦鎳銀金屬結構，因此焊接層16可以是錫鉛等釬焊料通過燒結形成的焊接層16，也可以是銀漿通過燒結形成的焊接層16。

如圖6所示，頂部金屬絕緣基板4包括與正極功率端子1通過燒結或超聲波金屬焊接的方式實現電連接的頂部金屬絕緣基板正極金屬層421、與負極功率端子2通過燒結的方式實現電連接的頂部金屬絕緣基板負極金屬層422、與輸出功率端子3和一個上半橋驅動端子電連接的上半橋開關芯片發(fā)射極/源極局部金屬層423，以及與另一個上半橋驅動端子電連接的上半橋開關芯片門極局部金屬層424；

頂部金屬絕緣基板正極金屬層421的表面燒結有上半橋二極管芯片7，并且與上半橋二極管芯片7的負極相對，頂部金屬絕緣基板負極金屬層422的表面燒結有下半橋二極管芯片9，并且與下半橋二極管芯片9的正極相對，上半橋開關芯片門極局部金屬層424與上半橋開關芯片6的門極電連接。

如圖7所示，底部金屬絕緣基板5包括與正極功率端子1通過燒結或超聲波金屬焊接的方式實現電連接的底部金屬絕緣基板正極金屬層521、與負極功率端子2及一個下半橋驅動端子電連接的底部金屬絕緣基板負極金屬層522，以及與另一個下半橋驅動端子電連接的下半橋開關芯片門極局部金屬層523；正極功率端子1、負極功率端子2均可通過燒結或超聲波金屬焊接的方式分別連接至底部金屬絕緣基板正極金屬層521和底部金屬絕緣基板負極金屬層522；

底部金屬絕緣基板正極金屬層521的表面燒結有上半橋開關芯片6，并與上半橋開關芯片6的集電極或漏極正對，底部金屬絕緣基板負極金屬層522表面燒結有下半橋開關芯片8，并與下半橋開關芯片8的發(fā)射極或源極正對；下半橋開關芯片門極局部金屬層523通過燒結的方式與下半橋開關芯片8的門極電連接。

如圖8所示，輸出功率端子3包括設有連接孔的連接部32、用于與芯片連接的焊接部31，以及上半橋引出端33，所述焊接部31與上半橋開關芯片6的發(fā)射極或源極燒結，當上半橋開關芯片6是igbt時為發(fā)射極，當上半橋開關芯片6是mosfet時為源極、與下半橋開關芯片8的集電極或漏極燒結，當下半橋開關芯片8是igbt時為集電極，當下半橋開關芯片8是mosfet時為漏極、與上半橋二極管芯片7的正極燒結、與下半橋二極管芯片9的負極燒結，或者所述焊接部31與芯片之間均設有金屬應力緩沖層，并通過該金屬應力緩沖層連接。

實施例2：

本實施例與實施例1的結構基本相同，不同之處在于，本實施例中頂部金屬絕緣基板4上燒結的芯片為上半橋開關芯片6和上半橋二極管芯片7，底部金屬絕緣基板5上燒結的芯片為下半橋開關芯片8和下半橋二極管芯片9，其中，上半橋開關芯片6與下半橋二極管芯片9疊層設置，上半橋二極管芯片7與下半橋開關芯片8疊層設置。

實施例3：

本實施例與實施例1的結構基本相同，不同之處在于，本實施例與實施例1中的頂部金屬絕緣基板4與底部金屬絕緣基板5上所燒結的芯片互換，其他結構根據本領域技術人員的常規(guī)選擇作適應性改進。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。