[发明专利]一种高热可靠性的多单元功率集成模块及其加工工艺

权利要求书

1.一种高热可靠性的多单元功率集成模块，其特征是，模块内部自上而下包括：芯片层、上焊料层(13)、铜布线层(16)、陶瓷层(17)、下铜层(18)、下焊料层(20)、铝碳化硅基板(21)；所述铜布线层(16)、陶瓷层(17)和下铜层(18)组成覆铜陶瓷衬板(19)；所述芯片层包括多个硅基二极管芯片(10)、碳化硅SBD芯片(11)和硅基IGBT芯片(12)，其中，由六个硅基IGBT芯片(12)和六个碳化硅SBD芯片(11)并联组成三相桥式逆变电路(26)，由独立的一个硅基IGBT芯片(12)和一个硅基二极管芯片(10)串联组成斩波电路(27)，由六个硅基二极管芯片(10)组成三相全波整流电路(28)；电路的连接通过铜布线层(16)中的线路以及键合引线实现，在铜布线层(16)中制作有与各芯片电极相连通的芯片电极引出端；所述铝碳化硅基板(21)及其以上的部分封装在外壳(25)中，外壳(25)中填充石墨烯基封装树脂(24)；铝碳化硅基板(21)底部通过导热硅脂(22)贴有散热器(23)。

2.根据权利要求1所述的高热可靠性的多单元功率集成模块，其特征在于，所述逆变电路(26)中，一个硅基IGBT芯片(12)和一个碳化硅SBD芯片(11)为一组，共六组，每组芯片中硅基IGBT芯片(12)的发射极和碳化硅SBD芯片(11)的阳极相连接，硅基IGBT芯片(12)的集电极和碳化硅SBD芯片(11)的阴极相连接，硅基IGBT芯片(12)的栅极和发射极、碳化硅SBD芯片(11)的阳极朝上，硅基IGBT芯片(12)的集电极、碳化硅SBD芯片(11)的阴极朝下；上桥臂的三个硅基IGBT芯片(12)背面共集电极，通过上焊料层(13)焊接在覆铜陶瓷衬板(19)的铜布线层第一区域(16-1)；下桥臂的三个硅基IGBT(12)背面集电极分别通过上焊料层(13)焊接在覆铜陶瓷衬板(19)的铜布线层第二区域(16-2)、铜布线层第三区域(16-3)、铜布线层第四区域(16-4)，并且分别一一对应地与上桥臂的三个硅基IGBT芯片(12)发射极相连，引出三相输出端子，实现电路需求；每个硅基IGBT芯片(12)的栅极通过键合线与铜布线层(16)中的栅极引出端(16-11)相连接，用于连接外部驱动电路。

3.根据权利要求1所述的高热可靠性的多单元功率集成模块，其特征在于，所述斩波电路(27)中，硅基IGBT芯片(12)的集电极和硅基二极管芯片(10)的阳极相连接，硅基IGBT芯片(12)的栅极和发射极、硅基二极管芯片(10)的阳极朝上，硅基IGBT芯片(12)的集电极、硅基二极管芯片(10)的阴极朝下。

4.根据权利要求1所述的高热可靠性的多单元功率集成模块，其特征在于，所述三相全波整流电路(28)中，所有硅基二极管芯片(10)的背面电极即阴极朝下；上桥臂的三个硅基二极管芯片(10)背面共阴极，通过上焊料层(13)焊接在覆铜陶瓷衬板(19)的铜布线层第十区域(16-10)，引出整流输出正极端子；下桥臂的三个硅基二极管芯片(10)背面分别贴装在覆铜陶瓷衬板(19)的铜布线层第七区域(16-7)、铜布线层第八区域(16-8)和铜布线层第九区域(16-9)；所有硅基二极管芯片(10)的正面电极即阳极朝上，通过键合线实现电路需求，包括：下桥臂的三个硅基二极管芯片(10)正面共阳极相连，引出整流输出负极端子，上桥臂的三个硅基二极管芯片(10)阳极一一对应地与下桥臂的三个硅基二极管芯片(10)阴极相连，其连接点分别引出三相输入端子，用以连接输入交流电。

5.根据权利要求3所述的高热可靠性的多单元功率集成模块，其特征在于，所述斩波电路(27)中，硅基IGBT芯片(12)的发射极涂有纳米银导电胶(15)，同时铜布线层(16)中制作的发射极引出端(16-12)通过上焊料层(13)贴装与硅基IGBT芯片(12)相同厚度的铜垫片(9)，铜垫片(9)上表面也涂上纳米银导电胶(15)；用一片铜/石墨烯纳米片异质薄膜(14)贴装在两处纳米银导电胶(15)上，将硅基IGBT芯片(12)的发射极连接到发射极引出端(16-12)上；硅基IGBT芯片(12)的栅极用键合引线(29)连接到铜布线层(16)中相应的栅极引出端(16-11)上。