[发明专利]一种功率模块陶瓷衬板

说明书

本发明公开了一种功率模块陶瓷衬板，包括：从上至下依次布置的第一金属层、第二金属层和第三金属层。第一金属层与第二金属层之间布置有第一陶瓷层，第二金属层与第三金属层之间布置有第二陶瓷层。第一金属层设置为彼此隔离的发射极区和控制信号端子区，第二金属层设置为集电极区。第二金属层还可以进一步通过布置在第一陶瓷层中的通孔延伸至第一陶瓷层的上表面。在衬板上表面沿厚度方向开设有分别用于安装第一功率芯片和第二功率芯片的凹槽，凹槽自第一金属层延伸至第二金属层。本发明能够解决现有功率模块陶瓷衬板电路互连结构杂散电感大，芯片焊接需要使用焊接工装，衬板正面金属层为强电和弱电的结合层，衬板间互连较复杂的技术问题。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件制造领域，尤其是涉及一种功率模块陶瓷衬板结构。

背景技术

衬板10是功率半导体模块(如：IGBT模块)的基本单元结构，发挥着电气互连、电气绝缘、散热通道等多重作用。传统的IGBT模块衬板纵向结构如附图1所示，陶瓷衬板采用3层结构，即1层陶瓷层(陶瓷层12)和2层金属层(正面金属层11和背面金属层13)，通过陶瓷层对金属层进行隔离。陶瓷层的作用是绝缘，防止高压击穿，同时也起到散热作用。正面金属层的作用是实现电路互连，通常第二功率芯片和第一功率芯片放置于衬板10的正面金属层11上，通过引线键合的方式完成芯片间的电气互连。背面金属层13通常与散热板相连接，并匹配因散热板与陶瓷间的线性热膨胀系数不一致而产生的应力。陶瓷层12两面的正面金属层11和背面金属层13通过烧结、活性钎焊、溅射等工艺与陶瓷层12实现紧密连接。

传统的IGBT模块通常包含多个衬板10，而衬板10的电流路径全部集中在正面金属层11上，电流的进出路径不可能重叠，导致寄生电感无法相互抵消，进而引起寄生电感较大。寄生电感影响IGBT模块在开关过程中的过电压，根据U＝L*di/dt的原理，寄生电感越大则过压就大。寄生电感也会引起衬板10之间芯片的不均流，导致芯片电流路径寄生电感大的芯片分配的电流小，而芯片电流路径寄生电感小的芯片分配的电流大。芯片因电流大小不一致就会产生芯片间的温差，从而影响芯片性能的一致性。

同时，传统的功率半导体模块在进行衬板10的焊接时，需要使用定位工装，将焊片与芯片固定在衬板10上。焊片经过融化和冷却的过程将芯片与正面金属层11连接在一起，然后再去掉焊接工装，因此焊接效率极低。焊层的上部与芯片连接，下部与正面金属层11接触，即芯片焊层凸出于正面金属层11上，由于材料间的线性热膨胀系数不一致，导致焊层周边的应力较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种功率模块陶瓷衬板，以解决现有功率模块陶瓷衬板电路互连结构杂散电感大，芯片焊接需要使用焊接工装，衬板正面金属层为强电和弱电的结合层，衬板间互连较复杂的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种功率模块陶瓷衬板的技术实现方案，一种功率模块陶瓷衬板，所述衬板包括：从上至下依次布置的第一金属层、第二金属层和第三金属层，所述第一金属层与所述第二金属层之间布置有第一陶瓷层，所述第二金属层与所述第三金属层之间布置有第二陶瓷层。所述第一金属层设置为彼此隔离的发射极区和控制信号端子区，所述第二金属层设置为集电极区。在所述衬板上表面沿厚度方向开设有分别用于安装第一功率芯片和第二功率芯片的凹槽，所述凹槽自所述第一金属层延伸至所述第二金属层。

本发明还具体提供了另一种功率模块陶瓷衬板的技术实现方案，一种功率模块陶瓷衬板，所述衬板包括：从上至下依次布置的第一金属层、第二金属层和第三金属层，所述第一金属层与所述第二金属层之间布置有第一陶瓷层，所述第二金属层与所述第三金属层之间布置有第二陶瓷层。所述第一金属层设置为彼此隔离的发射极区和控制信号端子区。所述第二金属层设置为集电极区，所述第二金属层还通过布置在所述第一陶瓷层中的通孔延伸至所述第一陶瓷层的上表面。在所述衬板上表面沿厚度方向开设有分别用于安装第一功率芯片和第二功率芯片的凹槽，所述凹槽自所述第一金属层延伸至所述第二金属层。