[发明专利]电功率模块

说明书

本发明涉及一种集成半导体功率晶体管封装(10)，包括一半桥电路(100)，包括与低侧开关(130)的正功率端子串联连接的高侧开关(110)的负功率端子；每个开关(110、130)包括多个电并联连接的半导体功率晶体管管芯(400a、400b)；一第一基板(41)，具有覆层(415c)，覆层(415c)烧结接合至至少一个半导体功率晶体管管芯(400b)，至少一个半导体功率晶体管管芯(400b)限定所述低侧功率开关(130)；一第二基板(41)，与所述第一基板(41)平行；所述第二基板(44)具有覆层(445d)，覆层(445d)烧结接合至至少一个半导体功率晶体管管芯(400a)，至少一个半导体功率晶体管管芯(400a)限定所述高侧功率开关(110)；多个竖直间隔件(425b)，将至少一个半导体功率晶体管管芯(400b)烧结接合到所述第二基板(44)的覆层(445c)，其中至少一个半导体功率晶体管管芯(400b)限定所述第一基板(41)上的低侧功率开关(130)；多个竖直间隔件(425a)，将至少一个半导体功率晶体管管芯(400a)烧结接合到第一基板(41)的覆层(415c)，其中至少一个半导体功率晶体管管芯(400a)限定所述第二基板上的高侧功率开关(110)；和密封剂(460)，其至少密封所述第一和第二基板(41、44)之间的空腔。

技术领域

本发明涉及高功率密度封装双面冷却封装结构的多个半导体功率晶体管，这种封装方法减少了热阻，改进了栅极控制信号的完整性，降低了材料成本，同时需要的生产工艺步骤更少。

背景技术

封装在半桥电路结构中的半导体功率晶体管通常用于实现直流(DC)到交流(AC)功率逆变器电路、AC到DC功率转换器电路和DC到DC功率转换器电路。在这种功率转换电路中使用的半导体功率晶体管会散热。以有效的方式将散发的热量从封装中传导出去对于最大化这种半导体功率晶体管可以处理的功率，同时最小化半导体功率晶体管封装的尺寸和成本是重要的。

通过减少半导体功率晶体管管芯和封装散热器之间的材料层和材料键合层的数量，可以最小化半导体功率晶体管管芯和封装散热器之间的热阻。减少材料和材料键合层的数量进一步减少了所需的生产工艺步骤的数量，从而降低了封装成本。

通过改进半导体功率晶体管技术提高了晶体管开关速度，大概为几纳秒内几十个安培。半导体功率晶体管封装的寄生源极电感与快速开关电流瞬变相结合会导致与控制栅极信号相反的瞬态电压尖峰，如果这种瞬态电压尖峰不加以缓解，可能会导致开关性能显著下降，在某些情况下会导致器件出现故障。

半导体功率晶体管管芯和基板之间的焊接在受到热循环引起的应力的影响时，通常会限制封装的可靠性。使用热循环耐久性提高的替代键合方法来改进整体封装可靠性。

半导体功率晶体管封装内的杂散电感和与外部电路的连接会在快速晶体管开关事件期间导致过电压瞬变。如果不加以缓解，这种过电压瞬变会导致半导体功率晶体管失效。虽然可以通过增加栅极电阻来降低晶体管开关速度以抑制这种过电压瞬变，但是晶体管开关速度的这种降低会增加开关损耗，这是不可取的。

并联多个半导体功率晶体管可能会导致栅极信号谐振振荡到并联驱动的晶体管。如果不减轻这种振荡，可能会导致动态均流出现巨大变化，以及并联晶体管之间出现结温变化，从而导致性能损失和可能的器件故障。

本发明旨在提供解决一个或多个上述问题的实施例。包括对半导体功率晶体管的封装和冷却的改进的本公开描述了允许功率半导体开关以最佳性能、最高功率密度和最低成本操作的实施例。

附图说明

图1示出了根据本发明某些实施例的示例性半桥电路。

图2示意性地示出了根据本发明某些实施例的半导体功率晶体管管芯的横截面。

图3示出了根据本发明某些实施例的示例性电栅极驱动电路结构。

图4示出了根据本发明某些实施例的示例性双面冷却封装结构的横截面。