功率半导体模块及车辆的制作方法

本公开涉及电力电子技术领域，具体地，涉及一种功率半导体模块及车辆。

背景技术：

功率半导体模块是将多个半导体芯片按照一定的电路结构封装在一起的器件。在一个IGBT模块里，IGBT芯片及二极管芯片被集成到一块共同的底板上，且模块的功率器件与其安装表面相互绝缘。

目前IGBT模块具有的结构：芯片下表面直接连接在DBC基板上，再将贴有芯片的DBC基板与散热底板进行连接，连接方式有压接、焊接等，上表面金属化的芯片采用细的铝制键接线用键接方式实现电气连接。DBC基板既保证了良好导热性能还使得功率器件与模块底板之间实现电气绝缘。散热形式大多采用对芯片一侧的散热板进行液体冷却的方式来对模块进行散热。

芯片上表面被硅凝胶覆盖，基本没有散热能力，只有靠芯片下表面的DBC基板和底板进行散热，并且这种封装结构由多层材料组成，结构较为复杂，多层的结构妨碍散热，底板散热能力有限，整个模块热阻大。DBC基板在多个温度循环或温度冲击过程中有出现裂纹等失效的风险进而影响模块的使用寿命。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种功率半导体模块及车辆，该模块可实现双面散热，结构简单、散热能力强。

为了实现上述目的，本公开提供一种功率半导体模块，所述模块包括功率半导体芯片和分别连接在该功率半导体芯片两侧的第一散热基板和第二散热基板，所述模块还包括第一电气转接块，所述第一散热基板或所述第二散热基板上具有导电层，所述功率半导体芯片通过所述第一电气转接块与所述导电层相连。

可选地，所述模块包括功率端子，所述功率端子设置在所述第一散热基板上，所述功率半导体芯片通过所述第一电气转接块与所述第二散热基板的所述导电层相连，所述功率端子通过第二电气转接块与所述导电层相连。

可选地，所述模块还包括控制端子，所述功率半导体芯片包括第一芯片和第二芯片，该第一芯片和第二芯片分别设在所述第一散热基板上，并且分别通过一个第一电气转接块与所述导电层相连，所述第一芯片通过相应的第一电气转接块、所述导电层和所述第二电气转接块与所述功率端子相连，所述第二芯片通过键合线与所述控制端子电连接。

可选地，所述第一芯片为IGBT芯片，所述第二芯片为FRD芯片。

可选地，所述第一散热基板具有同侧且间隔设置的第一导电层、第二导电层和第三导电层，所述第一芯片和所述第二芯片固定连接在该第一导电层上，所述功率端子焊接在所述第二导电层上，所述控制端子焊接在所述第三导电层上。

可选地，所述功率半导体芯片为多个，该多个功率半导体芯片分别通过所述第一电气转接块与所述导电层相连。

可选地，所述导电层和相应的电气转接块之间，以及所述功率半导体芯片和所述电气转接块之间均采用焊接连接。

可选地，所述第一散热基板和/或所述第二散热基板为覆铜树脂基板，所述导电层为所述覆铜树脂基板所覆的铜皮层。

可选地，所述模块还包括塑封体，所述塑封体用于对所述模块进行模封。

可选地，相应的电气转接块的材料为铜钼。

本公开还提供一种车辆，该车辆包括所述的功率半导体模块。

本公开的有益效果：

通过在功率半导体芯片的两侧设置第一散热基板和第二散热基板以实现对功率半导体芯片的双面散热，并且通过设置第一电气转接块和导电层的电连接，可以通过导电层使得功率半导体芯片完成和其他器件的电连接，从而取代现有的绑线实现功率半导体芯片的电连接，更加稳定可靠。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开的一种实施方式的功率半导体模块的结构示意简图；

图2是本公开的一种实施方式的功率半导体模块的俯视图。

附图标记说明

1 功率半导体芯片 2 第一散热基板

3 第二散热基板 4 第一电气转接块

5 功率端子 6 第二电气转接块

7 控制端子 8 键合线

9 塑封体 11 第一芯片

12 第二芯片 21 第一导电层

22 第二导电层 23 第三导电层

100 焊料 10 第一铜皮层

20 第二铜皮层 30 树脂层

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

如图1和图2所示，本公开提供一种功率半导体模块，该模块可以包括功率半导体芯片1和分别连接在该功率半导体芯片1两侧的第一散热基板2和第二散热基板3，该第一散热基板2和第二散热基板3用于对该功率半导体芯片1的两侧进行散热处理，结构简单、散热性能好。具体地可以通过液体冷却该第一散热基板2和第二散热基板3的方式来对上述功率半导体芯片1进行散热处理。模块还可以包括第一电气转接块4，第一散热基板2或第二散热基板3上可以具有导电层，功率半导体芯片1可以通过第一电气转接块4与导电层相连，使得该第一电气转接块4作为电气连接部件取代了现有技术的多条绑线，从而通过导电层完成功率半导体芯片和其他器件的电连接，结构简单，实现电连接的同时也可以实现热量的传递，将功率半导体芯片1上的热量通过第一电气转接块4传递给第一散热基板2或者第二散热基板3。

具体地，如图1所示，该功率半导体模块可以包括功率端子5，该功率端子5可以包括输入端和输出端，输入端可以与车辆上的电池包连接输入直流电，利用该功率半导体模块内的功率半导体芯片1的逆变功能进行电流的逆变，并经输出端输出交流电与电机连接。功率端子5可以设置在第一散热基板2上，功率半导体芯片1可以通过第一电气转接块4与第二散热基板3的导电层相连，功率端子5通过第二电气转接块6与导电层相连。在具体工作情况下，功率端子5输入端输入的电流经过功率半导体芯片1的逆变后，依次传递给第一电气转接块4、第二散热基板3的导电层以及第二电气转接块6，最后传递至功率端子5的输出端，即通过两个电气转接块和导电层完成逆变后电流的输出。并且在工作过程中，第一电气转接块4也能将功率半导体芯片1上的热量传递至第二散热基板3上，相应地，第一散热基板2也与该功率半导体芯片1的另一侧连接，从而实现对该功率半导体芯片1的两侧(即双面)进行散热处理，结构简单且散热性好。

更具体地，如图1所示，该功率半导体模块还可以包括控制端子7，该控制端子7可以作为信号输出端用于对功率半导体芯片1上的电流或温度等进行检测，以保证功率半导体芯片1的正常工作。该控制端子7还可以作为门极信号端用于输入电压信号，从而实现对该功率半导体模块的导通或者关闭的控制。功率半导体芯片1可以包括第一芯片11和第二芯片12，该第一芯片11和第二芯片12可以分别设在第一散热基板2上，并且分别通过一个第一电气转接块4与上述的第二散热基板3的导电层相连，第一芯片11通过相应的第一电气转接块4、第二散热基板3的导电层和第二电气转接块6与功率端子5相连，第二芯片12可以通过键合线8与控制端子7电连接。在这种实施方式中，之所以这样布置，是因为控制端子7输出的电流小，可以直接通过一根键合线8安装在第二芯片12上并且占用极少的安装空间，故第二芯片12采用键合线8和控制端子7电连接即可。

作为一种可选的实施方式，第一芯片11可以为IGBT芯片(insulated gate bipolar transistor,绝缘栅双极型晶体管)，第二芯片12可以为FRD芯片(fast recovery diode,快速恢复二极管)，通过特定的电路桥接封装在功率半导体模块中以实现特定的功能，例如可以通过IGBT芯片和FRD芯片的组合实现直流电转换成交流电的功能。

进一步地，如图1所示，第一散热基板2可以具有同侧且间隔设置的第一导电层21、第二导电层22和第三导电层23，第一导电层21、第二导电层22以及第三导电层23彼此之间相互绝缘。第一芯片11和第二芯片12可以固定连接在该第一导电层21上，这里的固定连接不仅限于焊接方式，也可以采用银烧结、压接等方式进行连接。功率端子5可以焊接在第二导电层22上，控制端子7可以焊接在第三导电层23上，具体地，焊料100可以为锡基合金，但是本公开对此不作限制，也可以选用其他类型满足焊接要求的焊接材料进行焊接。

作为另外一种可选的实施方式，功率半导体芯片1可以为多个，该多个功率半导体芯片1可以分别通过第一电气转接块4与第二散热基板3上的导电层相连，以实现功率半导体芯片1的电连接，并且该第一电气转接块4也能够实现热量的传递，可以将功率半导体芯片1上的热量传递至第二散热基板3上。即，本实施方式中，电气转接块和导电层还能够完成多个芯片之间的信号传输。

此外，导电层和相应的电气转接块之间，以及功率半导体芯片1和电气转接块之间均采用焊接连接，具体地，第一电气转接块4的两侧可以分别与功率半导体芯片1以及第二散热基板3上的导电层焊接在一起，第二电气转接块6的两侧可以分别与第二散热基板3上的导电层以及上述的第二导电层22焊接在一起，安装稳定，结构紧凑。

如图1所示，第一散热基板2和/或第二散热基板3可以为覆铜树脂基板，覆铜树脂基板可以包括第一铜皮层10、第二铜皮层20以及设置在第一铜皮层10和第二铜皮层20之间的树脂层30，该树脂层30具有良好的绝缘性能，能够有效防止该功率半导体模块出现漏电的情况；并且该覆铜树脂基板导热性能良好，具有较高的耐温度循环及温度冲击能力，从而使该功率半导体模块的可靠性得到有效地提高。且上述的导电层可以为覆铜树脂基板所覆的第二铜皮层20以实现导电的功能。本实用新型实施例采用覆铜树脂基板，与现有应用的覆铜陶瓷基板(DBC)相比，覆铜树脂基板具有更高的耐温度循环和温度冲击能力，使得功率半导体模块的具有更高的可靠性。如图2所示，模块还包括塑封体9，塑封体9用于对上述的功率半导体模块进行模封，保证模块的稳定性和安全性。

作为一种可选的实施方式，相应的电气转接块的材料为可以铜钼，具体地，第一电气转接块4和第二电气转接块6可选用铜钼材料，但本公开对第一电气转接块4和第二电气转接块6选用的材料不作限制，也可以选用如铜等其他符合使用要求的材料进行使用。

本公开还提供一种车辆，该车辆包括上述的功率半导体模块，该功率半导体模块可以用于车辆中电机的控制器中，该模块的输入端可以与车辆上的电池包连接以输入直流电，利用该功率半导体模块内的功率半导体芯片1的逆变功能进行电流的逆变，并经输出端输出交流电与电机连接，驱动电机转动，该模块结构简单且占用布置空间小。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。