一种压接式功率模块及其制备方法与流程

半导体领域，具体涉及电力电子器件的制备

背景技术：

本发明设计一种基于多层pcb板便于检测的压接式器件，这种器件可以方便的测试出压接式器件的失效子单元芯片的位置。

在传统的焊接式igbt内部，线路的杂散参数较大，关断的过程中会产生很大的电压尖峰并伴随着一定的电磁干扰。当电力系统对功率等级提出更高的要求，需要更多的芯片并联时，将进一步增大芯片栅极、发射极、集电极的寄生参数及其差异性，加剧了电压过冲、增大了开关损耗，并导致电流极大的不均衡，从而降低了器件的可靠性。相比于焊接式igbt，压接式具有高电压、大电流、杂散电感低、开关速度快、可双面散热等优势，因此压接式igbt已经成为高压直流输电中半导体器件的主流选择。

而压接式igbt由于是通过压力将各个子单元芯片并联压接在一起，在使用过程中多发生短路失效，然而传统由于器件是所有芯片一起并联，一旦内部有芯片短路就会导致整个器件的失效。而传统的压接型器件在排除失效芯片时非常困难，需要将各个芯片单独取出进行晶圆级测试，整个测试过程非常繁琐。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，解决压接式功率模块内部子单元芯片难以单独排除故障的技术问题，本发明可实现功率模块内部可单独控制和检测的压接式功率模块结构及其制备方法。

一种压接式功率模块，包括：堆叠设置的至少一层功率模块层，所述功率模块层包括由上至下设置的第一功率模块层，及第二功率模块层；

所述第二功率模块层包括基板，及设置在基板上n*m个凸台，每个所述凸台上设置一个子单元芯片；所述第二功率模块层还包括n个用于连接每行子单元芯片栅极的信号传输条，所述信号传输条包括m层堆叠集成的信号传输子条，每个信号传输子条用于传输一个子单元芯片的信号；n>1，m>1。

优选的，所述m层堆叠集成的信号传输子条宽度相等，每层集成的信号传输子条的长度根据子单元芯片位置由上至下依次递减。

优选的，所述m层堆叠集成的信号传输子条包括顶针，所述顶针与子单元芯片连接；所述m层堆叠集成的信号传输子条之间采用绝缘材料连接。

优选的，所述第一功率模块层包括金属端盖上层及金属端盖下层，所述金属端盖下层包括绝缘外框及及与子单元芯片对应设置的n*m个金属块。

优选的，所述子单元芯片包括功率芯片及frd芯片，所述功率芯片包括mosfet芯片或igbt芯片；所述绝缘材料为有机硅胶，酚醛树脂胶，脲醛树脂胶，耐温环氧胶，聚酰亚胺胶中的一种或多种组合。

一种压接式功率模块的制备方法，包括：

s1：制备m层堆叠集成的信号传输子条，第一功率模块层；m>1；

s2：采用n个所述m层堆叠集成的信号传输子条制备第二功率模块层；所述第二功率模块层包括基板，及设置在基板上n*m个凸台，每个所述凸台上设置一个子单元芯片；所述信号传输条包括m层堆叠集成的信号传输子条，每个信号传输子条用于传输一个子单元芯片的信号；n>1；

s3：将第一功率模块层放置于第二功率模块层顶部，压接制备功率模块层；

s4：垂直放置将至少一个所述功率模块层，压接形成功率模块。

优选的，所述s1制备m层堆叠集成的信号传输子条包括：

s1.1：在印制电路板上裁剪获得n个长度为xi的信号传输子条，1<i<m；

s1.2：选择长度为xi的m个信号传输子条，根据长度由短到长的顺序叠置并采用绝缘材料粘接，1<i<m，形成m层堆叠集成的信号传输子条。

优选的，所述粘接时，预先在信号传输子条上留出与顶针接触位置不进行粘接，所述顶针接触位置根据子单元芯片栅极信号连接处确定。

优选的，所述第一功率模块层包括金属端盖上层及金属端盖下层，所述金属端盖下层包括绝缘外框及及与子单元芯片对应设置的n*m个金属块。

优选的，所述子单元芯片包括功率芯片及frd芯片，所述功率芯片包括mosfet芯片或igbt芯片；所述绝缘材料为有机硅胶，酚醛树脂胶，脲醛树脂胶，耐温环氧胶，聚酰亚胺胶中的一种或多种组合。

本发明提出改变传统安装方法，将上端盖分离成两层，底下一层用单独的铜块嵌入fr4板中与各个芯片的栅极相连，上层依旧用铜端盖盖住。栅极引出使用多层信号传输条，在外接测试端各层板的覆铜面依次漏出，这种特殊的信号传输条可以实现器件内指定芯片的驱动。在器件发生故障时，将上端盖的上层铜板去除，单独驱动单一器件的栅极，并且联通该芯片的ce端，可以达到检测单个芯片的效果。

附图说明

图1为实施例一提供的堆叠型压接式功率模块的示意图

图2为实施例一提供的堆叠型压接式功率模块的俯视图

图3为实施例一提供的拆掉端盖的堆叠型压接式功率模块俯视图

图4为实施例一提供的多层信号传输条的示意图

图5为实施例一提供的制备多层信号传输条的一层示意图

图6为实施例一提供的制备多层信号传输条的二层示意图

图7为实施例一提供的制备多层信号传输条的三层示意图

图8为实施例一提供的制备多层信号传输条的五层示意图

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

实施例一

本实施例提供一种堆叠型压接式功率模块及其制造方法，如图1-8所示。

如图1-2所示，本实施例提供的一种堆叠型压接式功率模块，其包括自上而下依次设置的芯片、fr4板、铜块、铜板，将上端盖分离成两层；底下一层用单独的铜块嵌入fr4板中与各个芯片的c级相连，且端盖上套有绝缘外框，铜板作为端盖置于顶层；栅极的引出使用多层pcb板，在外接测试端各层pcb板的覆铜面依次漏出，这种特殊的pcb板可以实现器件内指定芯片的驱动。

如图3所示，是本实施例提供的多层信号传输条，将单个pcb按需求裁剪，把多个pcb错开粘接，粘接时把与芯片栅极信号相连处和最外侧引出部分漏出不粘接，便于顶针接触也避免后续的打磨工序。胶水可使用有机硅类胶、酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、耐温环氧胶、聚酰亚胺胶等，所需层数，可按照压接式功率芯片的列或行的子单元芯片数量确定。

在器件发生故障时，需要单独控制各个子单元芯片，进行维护测试等时，将上端盖的上层铜板去除，如图3所示，单独驱动单一器件的栅极，并且联通该芯片的ce端，可以达到检测单个芯片的效果。

一种压接式功率模块制造方法，如图5-8所示，包括：

第一步，制作多层信号传输条；根据每行五个子单元芯片到功率模块外边沿的距离，在pcb上裁剪五个与距离一一对应的长度的单条。若每行子单元芯片数量为其他数量，或每一个信号传输条用于传输每列的子单元芯片的信号，则pcb单条的数量根据压接式功率芯片的每列或行的子单元芯片数量确定。如图5所示为制备的单层的pcb。通过胶水将pcb错开粘接，粘接时把与芯片栅极信号相连处和最外侧引出部分漏出，便于顶针接触。如图6所示为粘接的两层不同长度pcb单条的信号传输条，如图7所示为粘接的三层不同长度pcb单条的信号传输条，如图8所示为粘接的五层不同长度pcb单条的信号传输条。

第二步，按结构特征制作两层端盖，底下一层用单独的铜块嵌入fr4板中与各个芯片的c级相连，铜板作为端盖置于顶层；所述端盖套有绝缘体外壳；端盖的上层铜板可拆卸，在器件发生故障时，将端盖的上层铜板去除，单独驱动单一器件的栅极，并且联通该芯片的ce端，可以达到检测单个芯片的效果。

第三步，完成所有子单元芯片的并联后压接形成功率模块并封装。可选的，可制备多个所述功率模块，垂直压接形成堆叠式压接功率模块。

本方法制备简单，仅在常规的压接式功率模块的制备方法的基础上增设采用pcb基板切割获得的多层信号传输条步骤，即可实现采用上述压接式功率模块制造方法可制造易于单独检测短路失效的模块，可驱动压接式igbt器件中的指定子单元芯片，当器件失效时，可便捷地检测失效子单元芯片。

尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。