本发明属于半导体领域，具体涉及一种带有元件腔室的混合封装功率模块及制作方法。
背景技术：
1、在半导体器件及其封装领域中，功率半导体模块的开关特性受到许多外部参数的影响，常规的封装形式会引入较大的直流链路环路电感和栅极环路电感，会给模块开关过程带电压过冲、电流振荡的影响，同时产生极大的开关损耗。通常芯片源极通过铝键合线实现电气连接，这也将严重影响模块的载流能力和可靠性。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供一种带有元件腔室的混合封装功率模块及制作方法，利用大面积铜层克服传统键合线封装的制约，同时通过换流回路的叠层设计，有效降低模块寄生电感。
2、为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
3、带有元件腔室的混合封装功率模块，包括上层的柔性印制电路板，中层的sic芯片、下层的dbc双面覆铜陶瓷基板；所述柔性印制电路板为双面板，由双面铜层和覆盖在双面基材上的聚酰亚胺绝缘覆盖膜组成，双面铜层均蚀刻出电路布局，聚酰亚胺覆盖膜在进行连接的区域开窗，以实现与dbc双面覆铜陶瓷基板、sic芯片和外部电路的互连；未开窗区域保持电气绝缘；所述柔性印制电路板布置有通孔和盲孔，通孔和盲孔用于实现跨层的电气连接。
4、进一步地，所述dbc双面覆铜陶瓷基板的双面铜层中间设置陶瓷，构成三明治结构，其下层覆铜部分与散热器相连，上层覆铜部分蚀刻上桥臂部分、下桥臂部分的电路布局。
5、进一步地，所述dbc双面覆铜陶瓷基板在所述sic芯片的位置蚀刻出元件腔室，所述sic芯片烧结嵌入在元件腔室内形成一个整体，且烧结后，sic芯片的上表面与dbc双面覆铜陶瓷基板的上层覆铜部分处于同一平面。
6、进一步地，柔性印制电路板的底面的开窗区域涂敷银膏与所述平面烧结连接，最终实现上层的柔性印制电路板、中层的sic芯片、下层的dbc双面覆铜陶瓷基板互连，构成完整功率模块。
7、进一步地，所述sic芯片的背面的漏极、正面的源极和栅极的区域为镀银。
8、进一步地，所述dbc双面覆铜陶瓷基板在sic芯片的互连区域通过化学方法刻蚀有元件腔室，通过纳米银膜切割或3d印刷的方式在元件腔室的底部附着一层银膏，在元件腔室内预贴sic芯片，通过有压银烧结的方式实现sic芯片与dbc双面覆铜陶瓷基板的可靠连接，通过合理设置银膏层的厚度确保烧结后sic芯片的上表面与dbc双面覆铜陶瓷基板的上表面在同一平面。
9、进一步地，柔性印制电路板的顶面和底面设有输入端子焊盘、输出端子焊盘、驱动焊盘、换流回路电路、驱动回路电路；通过印刷的方式在焊接有sic芯片的dbc双面覆铜陶瓷基板的上表面印刷银膏，对其覆盖柔性印制电路板，随后通过特氟龙薄膜高度补偿后进行整体有压银烧结，完成功率模块封装制作。
10、进一步地，所述sic芯片预贴在元件腔室内，整体放置于银烧结设备的载物台上，并在其上方覆盖特氟龙膜；载物台位于上压头和下压头之间，通过设置合适的压力和温度，上压头和下压头合模进行烧结。
11、进一步地，混合封装功率模块的电流换流路径为：输入正极端子经通孔流入dbc双面覆铜陶瓷基板的上桥臂区域，经上桥臂部分的sic芯片的漏极、源极流入至柔性印制电路板的底面，经柔性印制电路板的底面绝缘的铜层流入至下桥臂部分，经下桥臂部分的sic芯片的漏极、源极及通孔流入至柔性印制电路板的顶面，柔性印制电路板的顶面经过输入负极端子流出。
12、本发明还提供一种带有元件腔室的混合封装功率模块的制作方法，包括：在所述dbc双面覆铜陶瓷基板与sic芯片的互连区域通过化学方法刻蚀有元件腔室，通过纳米银膜切割或3d印刷的方式在元件腔室的底部附着一层银膏，在元件腔室内预贴sic芯片，通过有压银烧结的方式实现sic芯片与dbc双面覆铜陶瓷基板的可靠连接，通过合理设置银膏层的厚度确保烧结后sic芯片的上表面与dbc双面覆铜陶瓷基板的上表面在同一平面；通过印刷的方式在焊接有sic芯片的dbc双面覆铜陶瓷基板的上表面印刷银膏，对其覆盖柔性印制电路板，随后通过特氟龙薄膜的高度补偿后进行整体有压银烧结，完成功率模块封装制作。
13、有益效果：
14、1、本发明的功率模块通过带有元件腔室的混合封装，一方面内部焊料层采用银烧结的方式，具有较高的可靠性和较低的热阻。在dbc（直接覆铜）上表面形成元件腔室，并将芯片嵌入至腔室中，一方面可以兼顾不同芯片高度，另一方面为后续一体化银烧结做好准备。
15、2、本发明利用具有元件腔室的dbc陶瓷基板实现与集成驱动和换流回路的fpc（柔性印制电路板）一体式烧结连接，略去常规封装用的键合线，增加了载流能力，提高了能量密度，引入fpc的同时减小直流环路电感和驱动回路电感。fpc与dbc上表面进行银烧结连接，fpc可以有效、克服模块运行中膨胀系数cte的不同对焊接可靠性的影响。同时利用大面积铜层克服传统键合线封装的制约，同时通过换流回路的叠层设计，有效降低模块寄生电感。
1.带有元件腔室的混合封装功率模块，其特征在于，包括上层的柔性印制电路板，中层的sic芯片、下层的dbc双面覆铜陶瓷基板；所述柔性印制电路板为双面板，由双面铜层和覆盖在双面基材上的聚酰亚胺绝缘覆盖膜组成，双面铜层均蚀刻出电路布局，聚酰亚胺覆盖膜在进行连接的区域开窗，以实现与dbc双面覆铜陶瓷基板、sic芯片和外部电路的互连；未开窗区域保持电气绝缘；所述柔性印制电路板布置有通孔和盲孔，通孔和盲孔用于实现跨层的电气连接。
2.根据权利要求1所述的带有元件腔室的混合封装功率模块，其特征在于，所述dbc双面覆铜陶瓷基板的双面铜层中间设置陶瓷，构成三明治结构，其下层覆铜部分与散热器相连，上层覆铜部分蚀刻上桥臂部分、下桥臂部分的电路布局。
3.根据权利要求1所述的带有元件腔室的混合封装功率模块，其特征在于，所述dbc双面覆铜陶瓷基板在所述sic芯片的位置蚀刻出元件腔室，所述sic芯片烧结嵌入在元件腔室内形成一个整体，且烧结后，sic芯片的上表面与dbc双面覆铜陶瓷基板的上层覆铜部分处于同一平面。
4.根据权利要求3所述的带有元件腔室的混合封装功率模块，其特征在于，柔性印制电路板的底面的开窗区域涂敷银膏与所述平面烧结连接，最终实现上层的柔性印制电路板、中层的sic芯片、下层的dbc双面覆铜陶瓷基板互连，构成完整功率模块。
5.根据权利要求1所述的带有元件腔室的混合封装功率模块，其特征在于，所述sic芯片的背面的漏极、正面的源极和栅极的区域为镀银。
6.根据权利要求1所述的带有元件腔室的混合封装功率模块，其特征在于，所述dbc双面覆铜陶瓷基板在sic芯片的互连区域通过化学方法刻蚀有元件腔室，通过纳米银膜切割或3d印刷的方式在元件腔室的底部附着一层银膏，在元件腔室内预贴sic芯片，通过有压银烧结的方式实现sic芯片与dbc双面覆铜陶瓷基板的可靠连接，通过合理设置银膏层的厚度确保烧结后sic芯片的上表面与dbc双面覆铜陶瓷基板的上表面在同一平面。
7.根据权利要求1所述的带有元件腔室的混合封装功率模块，其特征在于，柔性印制电路板的顶面和底面设有输入端子焊盘、输出端子焊盘、驱动焊盘、换流回路电路、驱动回路电路；通过印刷的方式在焊接有sic芯片的dbc双面覆铜陶瓷基板的上表面印刷银膏，对其覆盖柔性印制电路板，随后通过特氟龙薄膜高度补偿后进行整体有压银烧结，完成功率模块封装制作。
8.根据权利要求3所述的带有元件腔室的混合封装功率模块，其特征在于，所述sic芯片预贴在元件腔室内，整体放置于银烧结设备的载物台上，并在其上方覆盖特氟龙膜；载物台位于上压头和下压头之间，通过设置合适的压力和温度，上压头和下压头合模进行烧结。
9.根据权利要求1所述的带有元件腔室的混合封装功率模块，其特征在于，混合封装功率模块的电流换流路径为：输入正极端子经通孔流入dbc双面覆铜陶瓷基板的上桥臂区域，经上桥臂部分的sic芯片的漏极、源极流入至柔性印制电路板的底面，经柔性印制电路板的底面绝缘的铜层流入至下桥臂部分，经下桥臂部分的sic芯片的漏极、源极及通孔流入至柔性印制电路板的顶面，柔性印制电路板的顶面经过输入负极端子流出。
10.带有元件腔室的混合封装功率模块的制作方法，其特征在于，包括：在所述dbc双面覆铜陶瓷基板与sic芯片的互连区域通过化学方法刻蚀有元件腔室，通过纳米银膜切割或3d印刷的方式在元件腔室的底部附着一层银膏，在元件腔室内预贴sic芯片，通过有压银烧结的方式实现sic芯片与dbc双面覆铜陶瓷基板的可靠连接，通过合理设置银膏层的厚度确保烧结后sic芯片的上表面与dbc双面覆铜陶瓷基板的上表面在同一平面；通过印刷的方式在焊接有sic芯片的dbc双面覆铜陶瓷基板的上表面印刷银膏，对其覆盖柔性印制电路板，随后通过特氟龙薄膜的高度补偿后进行整体有压银烧结，完成功率模块封装制作。
