功率模块用衬板及功率模块的制作方法

本发明涉及功率模块，具体涉及一种功率模块用衬板及功率模块。

背景技术：

1、功率半导体器件是功率电子变换器的核心部件，负责电路的开通和关断。一款优秀的功率模块需要具备较好的制造工艺性、电性能和可靠性等。功率模块的衬板布局很大程度上决定了功率模块产品的电性能以及制作工艺，又间接的影响功率模块的可靠性。

2、传统的功率模块根据制造工艺的定义，有使用引线框架结构及压接针(pressfit)两种工艺路线。其中使用引线框架工艺的功率模块，因为受模块尺寸和引线框架的工艺限制，需要在电性能和工艺性、可靠性之间做平衡。实践中，为了保障功率模块的可制造性及产品可靠性，一种工艺路线是在芯片打线过程中取消开尔文源极，通过芯片的主源极来驱动芯片，以实现简化打线工艺、提高产品的可制造性和可靠性。但是，这种工艺路线也不可避免地带来杂散电感的产生、电流均衡性差等问题，导致功率模块的电性能下降。

3、相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述至少一个问题，即为了解决现有功率模块在保障可制造性和产品可靠性的前提下产品电性能降低的问题，本技术第一方面，提供了一种功率模块用衬板，包括绝缘层以及位于所述绝缘层一侧的蚀刻层，其中所述蚀刻层上蚀刻形成有：

2、直流负极金属层；

3、上桥臂输入极金属层，所述上桥臂输入极金属层上用于连接上桥臂芯片的两个区域对称设置；

4、下桥臂输入极金属层，所述下桥臂输入极金属层上用于连接下桥臂芯片的两个区域对称设置；

5、上桥臂控制极金属层，所述上桥臂控制极金属层上用于连接上桥臂驱动元件的两个区域对称设置且分别位于所述上桥臂输入极金属层上用于连接上桥臂芯片的两个区域的外侧；

6、下桥臂控制极金属层，所述下桥臂控制极金属层上用于连接下桥臂驱动元件的两个区域对称设置且分别位于所述下桥臂输入极金属层上用于连接下桥臂芯片的两个区域的外侧。

7、在上述功率模块用衬板的优选技术方案中，所述上桥臂输入极金属层包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层分别由所述蚀刻层的第一侧边向与所述第一侧边相对的第二侧边的方向延伸，所述第一金属层和所述第二金属层上用于连接上桥臂芯片的区域均位于靠近所述第二侧边的位置。

8、在上述功率模块用衬板的优选技术方案中，所述蚀刻层上还蚀刻形成有用于连接上桥臂输入极测试汇流排的上桥臂输入极测试金属层，所述上桥臂输入极测试金属层由所述第一金属层和所述第二金属层中的一个引出并延伸至所述第二侧边。

9、在上述功率模块用衬板的优选技术方案中，所述第一金属层和所述第二金属层在靠近所述第一侧边的端部区域用于连接正极汇流排。

10、在上述功率模块用衬板的优选技术方案中，所述蚀刻层上还蚀刻形成有中继金属层，所述中继金属层位于所述下桥臂输入极金属层内。

11、在上述功率模块用衬板的优选技术方案中，所述下桥臂输入极金属层呈y字型且部分位于所述第一金属层与所述第二金属层之间，所述下桥臂输入极金属层上用于连接下桥臂芯片的两个区域分别位于所述y字型的上部两个部分，所述第一金属层和所述第二金属层上用于连接上桥臂芯片的区域分别紧邻在所述y字型下部两侧。

12、在上述功率模块用衬板的优选技术方案中，所述y字型的下端部由所述第一金属层和所属第二金属层之间伸出并朝向所述第一金属层或所述第二金属层的方向延伸，所述y字型的下端部用于连接交流汇流排，所述y字型的下端部延伸出的区域用于连接上桥臂输出极汇流排。

13、在上述功率模块用衬板的优选技术方案中，所述蚀刻层上还蚀刻形成有第一热敏电阻金属层和第二热敏电阻金属层，所述第一热敏电阻金属层和所述第二热敏电阻金属层并排设置且位于所述y字型的下端一侧。

14、在上述功率模块用衬板的优选技术方案中，所述直流负极金属层呈t型，所述t型的上部两侧分别与所述第一金属层和所述第二金属层相邻，所述t型的下部插入所述下桥臂输入极金属层的y字型的上部两个部分之间，所述t型的上部用于连接负极汇流排。

15、在上述功率模块用衬板的优选技术方案中，所述蚀刻层上还蚀刻形成有用于与下桥臂输出极汇流排连接的下桥臂输出极金属层，所述下桥臂输出极金属层由所述t型的上部边角沿所述所述蚀刻层的边缘延伸至所述第二侧边。

16、在上述功率模块用衬板的优选技术方案中，所述上桥臂控制极金属层呈u型，所述u型的两侧区域分别延伸至所述所述第一金属层和所述第二金属层上用于连接上桥臂芯片的区域的外侧，所述u型的底部区域的一端用于连接上桥臂控制极驱动汇流排。

17、在上述功率模块用衬板的优选技术方案中，所述下桥臂控制极金属层呈u型，所述u型的两侧区域分别延伸至所述y字型的上部两个部分的外侧，且分别被所述第一金属层和所述第二金属层隔离开，所述u型的底部区域的一端用于连接下桥臂控制极驱动汇流排。

18、本技术的功率模块用衬板，可以在具备良好电性能的前提下，实现工艺性、可靠性和电性能之间的平衡。具体而言，上桥臂输入极金属层上用于连接上桥臂芯片的两个区域对称、下桥臂金属层上用于连接下桥臂芯片的两个区域对称、上桥臂控制极金属层上用于连接上桥臂驱动元件的两个区域对称、以及下桥臂控制极金属层上用于连接下桥臂驱动元件的两个区域对称的设置方式，使得衬板用于功率模块时，控制极驱动元件和芯片均可以对称设置，也即芯片位置一致性高，驱动的对称性一致性高，如此在工作时各芯片的工作一致性高，从而降低控制极开通震荡、降低杂散电感、提升工作电流均衡性。同时，高对称性的设置方式还可以一定程度上减少工艺复杂度，提升衬板的制造工艺性和可靠性。而降低开通震荡和杂散电感，以及较好的电流均衡性又降低了芯片过热造成的功率模块失效风险，进一步提升功率模块的可靠性。

19、进一步地，通过上桥臂控制极金属层上用于连接上桥臂驱动元件的两个区域分别位于上桥臂输入极金属层上用于连接上桥臂芯片的两个区域的外侧，下桥臂控制极金属层上用于连接下桥臂驱动元件的两个区域分别位于下桥臂输入极金属层上用于连接下桥臂芯片的两个区域的外侧的设置方式，使得后续功率模块的打线过程更加方便，提升功率模块的制造工艺性和使用可靠性。

20、本技术第二方面，还提供了一种功率模块，包括：

21、第一方面任一项所述的功率模块用衬板；

22、负极汇流排，连接于所述直流负极金属层；

23、正极汇流排，连接于所述上桥臂输入极金属层；

24、交流汇流排，连接于所述下桥臂输入极金属层；

25、多个上桥臂芯片，多个所述上桥臂芯片对称设置在所述上桥臂输入极金属层上用于连接上桥臂芯片的两个区域内，每个所述上桥臂芯片的输出极通过第一连接件与所述下桥臂输入极金属层连接；

26、多个下桥臂芯片，多个所述下桥臂芯片对称设置在所述下桥臂输入极金属层上用于连接下桥臂芯片的两个区域内，每个所述下桥臂芯片的输出极通过第二连接件与所述直流负极金属层连接；

27、多个上桥臂驱动元件，所述上桥臂驱动元件的数量与所述上桥臂芯片的数量一一对应，且每个所述上桥臂驱动元件通过第三连接件与所述上桥臂芯片的控制极连接；

28、多个下桥臂驱动元件，所述下桥臂驱动元件的数量与所述下桥臂芯片的数量一一对应，且每个所述下桥臂驱动元件通过第四连接件与所述下桥臂芯片的控制极连接。

29、本技术的功率模块，通过采用上述衬板，可以具备较好的制造工艺性，较低的杂散电感、良好的电流均衡性及稳定的可靠性，实现工艺性、可靠性和电性能之间的平衡。

30、方案1.一种功率模块用衬板，其特征在于，包括绝缘层以及位于所述绝缘层一侧的蚀刻层，其中所述蚀刻层上蚀刻形成有：

31、直流负极金属层；

32、上桥臂输入极金属层，所述上桥臂输入极金属层上用于连接上桥臂芯片的两个区域对称设置；

33、下桥臂输入极金属层，所述下桥臂输入极金属层上用于连接下桥臂芯片的两个区域对称设置；

34、上桥臂控制极金属层，所述上桥臂控制极金属层上用于连接上桥臂驱动元件的两个区域对称设置且分别位于所述上桥臂输入极金属层上用于连接上桥臂芯片的两个区域的外侧；

35、下桥臂控制极金属层，所述下桥臂控制极金属层上用于连接下桥臂驱动元件的两个区域对称设置且分别位于所述下桥臂输入极金属层上用于连接下桥臂芯片的两个区域的外侧。

36、方案2.根据方案1所述的功率模块用衬板，其特征在于，所述上桥臂输入极金属层包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层分别由所述蚀刻层的第一侧边向与所述第一侧边相对的第二侧边的方向延伸，所述第一金属层和所述第二金属层上用于连接上桥臂芯片的区域均位于靠近所述第二侧边的位置。

37、方案3.根据方案2所述的功率模块用衬板，其特征在于，所述蚀刻层上还蚀刻形成有用于连接上桥臂输入极测试汇流排的上桥臂输入极测试金属层，所述上桥臂输入极测试金属层由所述第一金属层和所述第二金属层中的一个引出并延伸至所述第二侧边。

38、方案4.根据方案2所述的功率模块用衬板，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层在靠近所述第一侧边的端部区域用于连接正极汇流排。

39、方案5.根据方案2所述的功率模块用衬板，其特征在于，所述蚀刻层上还蚀刻形成有中继金属层，所述中继金属层位于所述下桥臂输入极金属层内。

40、方案6.根据方案2所述的功率模块用衬板，其特征在于，所述下桥臂输入极金属层呈y字型且部分位于所述第一金属层与所述第二金属层之间，所述下桥臂输入极金属层上用于连接下桥臂芯片的两个区域分别位于所述y字型的上部两个部分，所述第一金属层和所述第二金属层上用于连接上桥臂芯片的区域分别紧邻在所述y字型下部两侧。

41、方案7.根据方案6所述的功率模块用衬板，其特征在于，所述y字型的下端部由所述第一金属层和所属第二金属层之间伸出并朝向所述第一金属层或所述第二金属层的方向延伸，所述y字型的下端部用于连接交流汇流排，所述y字型的下端部延伸出的区域用于连接上桥臂输出极汇流排。

42、方案8.根据方案6所述的功率模块用衬板，其特征在于，所述蚀刻层上还蚀刻形成有第一热敏电阻金属层和第二热敏电阻金属层，所述第一热敏电阻金属层和所述第二热敏电阻金属层并排设置且位于所述y字型的下端一侧。

43、方案9.根据方案6所述的功率模块用衬板，其特征在于，所述直流负极金属层呈t型，所述t型的上部两侧分别与所述第一金属层和所述第二金属层相邻，所述t型的下部插入所述下桥臂输入极金属层的y字型的上部两个部分之间，所述t型的上部用于连接负极汇流排。

44、方案10.根据方案9所述的功率模块用衬板，其特征在于，所述蚀刻层上还蚀刻形成有用于与下桥臂输出极汇流排连接的下桥臂输出极金属层，所述下桥臂输出极金属层由所述t型的上部边角沿所述所述蚀刻层的边缘延伸至所述第二侧边。

45、方案11.根据方案2所述的功率模块用衬板，其特征在于，所述上桥臂控制极金属层呈u型，所述u型的两侧区域分别延伸至所述所述第一金属层和所述第二金属层上用于连接上桥臂芯片的区域的外侧，所述u型的底部区域的一端用于连接上桥臂控制极驱动汇流排。

46、方案12.根据方案6所述的功率模块用衬板，其特征在于，所述下桥臂控制极金属层呈u型，所述u型的两侧区域分别延伸至所述y字型的上部两个部分的外侧，且分别被所述第一金属层和所述第二金属层隔离开，所述u型的底部区域的一端用于连接下桥臂控制极驱动汇流排。

47、方案13.一种功率模块，其特征在于，包括：

48、方案1至12中任一项所述的功率模块用衬板；

49、负极汇流排，连接于所述直流负极金属层；

50、正极汇流排，连接于所述上桥臂输入极金属层；

51、交流汇流排，连接于所述下桥臂输入极金属层；

52、多个上桥臂芯片，多个所述上桥臂芯片对称设置在所述上桥臂输入极金属层上用于连接上桥臂芯片的两个区域内，每个所述上桥臂芯片的输出极通过第一连接件与所述下桥臂输入极金属层连接；

53、多个下桥臂芯片，多个所述下桥臂芯片对称设置在所述下桥臂输入极金属层上用于连接下桥臂芯片的两个区域内，每个所述下桥臂芯片的输出极通过第二连接件与所述直流负极金属层连接；

54、多个上桥臂驱动元件，所述上桥臂驱动元件的数量与所述上桥臂芯片的数量一一对应，且每个所述上桥臂驱动元件通过第三连接件与所述上桥臂芯片的控制极连接；

55、多个下桥臂驱动元件，所述下桥臂驱动元件的数量与所述下桥臂芯片的数量一一对应，且每个所述下桥臂驱动元件通过第四连接件与所述下桥臂芯片的控制极连接。