專利名稱：非絕緣型功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體，尤其涉及非絕緣型功率模塊及其封裝技術(shù)。
背景技術(shù)：
功率模塊，按照其芯片與基板之間是電氣絕緣的結(jié)構(gòu)還是非絕緣的結(jié)構(gòu)，分為絕緣型功率模塊，和非絕緣型功率模塊。功率模塊通常其基板用作公共電極，而且其具有正向壓降低、浪涌電流大等特點(diǎn)，主要用于各類焊接機(jī)和開關(guān)電源。但是，正是由于功率模塊通常工作在高電壓、大電流條件下，因此，功率模塊的散熱就是通常必須考慮的一個問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的之一是提供一種非絕緣型功率模塊。這種非絕緣型功率模塊能夠降低模塊的熱阻，從而提高功率模塊的可靠性。本實(shí)用新型的另一個目的是簡化非絕緣型功率模塊的結(jié)構(gòu)，從而降低制造成本。按照本實(shí)用新型提供的非絕緣型功率模塊200包含:銅基板210 ;位于銅基板210指定位置處的功率模塊芯片220 ;從功率模塊芯片220引出的門極電極230 ;以及外殼280，用于罩蓋銅基板210、門極電極230和功率模塊芯片220 ;其中，功率模塊芯片220直接焊接在銅基板210上，電極230焊接在功率模塊芯片220上。按照本實(shí)用新型提供的非絕緣型功率模塊200，其中，功率模塊芯片220、門極電極230、銅基板210以及外殼280采用硅凝膠270密封，在硅凝膠270上采用環(huán)氧樹脂290固化封裝，以形成密封結(jié)構(gòu)。門極電極230最好從環(huán)氧樹脂290中引出。在按照本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊200中，門極電極230最好被打彎成型。在按照本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊200中，在非絕緣型功率模塊200中的芯片220和芯片220之間，最好采用鋁絲鍵合在起來。在按照本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊200中，銅基板的厚度最好為3毫米。
圖1中示出現(xiàn)有技術(shù)中的絕緣型功率模塊在封裝時所采用的工藝步驟；圖2示出的是現(xiàn)有技術(shù)中絕緣型功率模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3中示出的是本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊在封裝時所采用的工藝步驟；以及圖4示出的是采用本實(shí)用新型的封裝工藝所形成的非絕緣型功率模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖，說明本實(shí)用新型實(shí)施例的非絕緣型功率模塊及其封裝工藝。[0020]本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，本實(shí)用新型中所采用的術(shù)語“功率模塊”是一種泛指，它可以是晶閘管、二極管模塊、IGBT模塊或MOSFET模塊等。但為了描述方便起見，說明書的描述中，僅以“功率模塊”來代表晶閘管、二極管模塊、IGBT模塊或MOSFET模塊等。功率模塊由于通常工作在大電流下，其本身的熱阻會受很多因素的影響。例如，模塊的散熱條件、器件工作時的功率、焊接層的厚度以及焊接層的熱膨脹系數(shù)等都會影響器件的熱阻。功率模塊的熱阻由下式給出:R= Δ T/P式(I)其中，R是熱阻；Δ T是器件兩端形成的溫差；P是器件由于所加電流和電壓所引起的功率。從式⑴可以看出，器件兩端形成的溫差越小，則熱阻越小。因此，設(shè)法減小焊接層的厚度，可以減小器件兩端的溫差，從而大大減小功率器件的熱阻。圖1示出的是現(xiàn)有技術(shù)的絕緣型功率模塊封裝工藝，而圖2示出的是采用圖1所示工藝所制成的現(xiàn)有技術(shù)的絕緣型功率模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，現(xiàn)有技 術(shù)的絕緣型功率模塊100包括銅基板110，其設(shè)置于功率模塊100的底部。銅基板110上設(shè)置有直接鍵合銅Direct Bonding Copper，DBC基板120。一個或多個芯片140被貼裝在DBC基板120的預(yù)定位置上，經(jīng)封裝后形成絕緣型功率模塊100。芯片140通過鋁絲連接橋150在模塊內(nèi)部進(jìn)行引線連接。彎折電極130由彎折銅片形成。銅片的一端彎折地接觸于DBC基板120的表面上的芯片上，其另一端在功率模塊的上表面彎折形成彎折電極130。另外，功率模塊100還包括包覆銅基板110等的外殼180。外殼180的內(nèi)部填充有硅凝膠170，功率模塊100還包括外殼蓋板190。圖1示出圖2所示現(xiàn)有技術(shù)的功率模塊至少需要通過以下工藝步驟來形成:將芯片140安裝到DBC基板120的指定位置處；將DBC基板120焊接至銅基板110的預(yù)定位置上；通過鋁絲鍵合，將一個芯片與另一芯片連接起來；給銅基板110等加上外殼180 ；給加了外殼180的功率模塊灌膠、密封；加上外殼蓋板190，并進(jìn)一步密封封裝；在外殼蓋板上將彎折電極130打彎成型。從圖1和圖2可以看出，現(xiàn)有技術(shù)的絕緣型功率模塊在工作時，由于先將芯片140焊接在DBC基板120上，然后再將DBC基板120焊接在銅基板110之上，因而其熱阻較大，散熱問題難以解決。另外，由于上述工藝步驟中，在灌膠密封時，需要加上外殼蓋板190，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。為了解決這一問題，本實(shí)用新型中采用將芯片與銅基板直接焊接，來代替原有的將芯片焊接在DBC上而后再將DBC焊接在銅基板上的工藝步驟，并且采用環(huán)氧樹脂對功率模塊進(jìn)行塑封，來代替原有的灌膠工藝。[0043]本實(shí)用新型的封裝工藝如圖3所示。如圖3所示，本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊封裝工藝包括下述步驟:步驟(I)，即元器件定位步驟:將功率模塊芯片220安裝到銅基板210的指定位置處；步驟(2)，即第一焊接步驟:將功率模塊芯片220與銅基板210焊接在一起；步驟(3)，即密封步驟:將焊接有功率模塊芯片220的銅基板210與一外殼280安裝在一起，并采用密封膠270進(jìn)行密封；步驟(4)，即固化步驟:采用環(huán)氧樹脂290，封裝銅基板210并使環(huán)氧樹脂固化。在本實(shí)用新型的上述工藝中，將功率模塊芯片220與銅基板210焊接在一起是在真空狀態(tài)下進(jìn)行的。在完成將功率模塊芯片220與銅基板210焊接在一起以后，還可以包括一個第二焊接步驟:在所述功率模塊芯片220上，將門極電極230焊接到功率模塊芯片220上，并且使門極電極230從環(huán)氧樹脂290中裸露出來。另外，在上述完成固化步驟以后，還可以包含一個外觀處理步驟，S卩，將外殼280上的裸露電極打彎成型。通過如圖3所示的工藝步驟，就可以形成本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊。圖4中示出采用本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊封裝工藝所形成的本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。將圖4與圖2比較后可以看出，本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與圖2所示現(xiàn)有技術(shù)的絕緣型功率模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)在于，現(xiàn)有技術(shù)中的絕緣型功率模塊中是帶有DBC基板的，而圖4所示的本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊中，是不帶有DBC基板，即芯片是直接焊接在銅基板上的。如圖4所示，本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊包含:銅基板210;位于銅基板210指定位置處的功率模塊芯片220 ；以及從功率模塊芯片引出的門極電極230，外殼280，用于罩蓋住銅基板、門極電極和功率模塊芯片，并且門極電極230從外殼引出；其中，功率模塊芯片220和門極電極230是直接焊接在銅基板210上的，并且其中，先用硅凝膠270密封功率模塊芯片220、銅基板210以及與功率模塊芯片220相耦聯(lián)的門極電極230 —端以形成一個密封結(jié)構(gòu)，然后在硅凝膠270上用環(huán)氧樹脂290固化封裝整個密封結(jié)構(gòu)，從而形成非絕緣型功率模塊200。因此環(huán)氧樹脂290置于硅凝膠270之上，形成固化密封模塊，其與外殼280共同保護(hù)非絕緣型功率模塊200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。另外，在圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的絕緣型功率模塊100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，功率模塊芯片140與另一功率模塊芯片140之間是可以采用鋁絲150鍵合在一起。與圖2相比，圖4所示的本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，并沒有示出這種采用鋁絲鍵合的模塊結(jié)構(gòu)。但是，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以理解，在具體的電路結(jié)構(gòu)中，本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊200中也可以采用鋁絲將某一芯片與另一芯片按電路要求鍵合起來的。[0064]從上述本實(shí)用新型的工藝步驟中可以看出，由于非絕緣型功率模塊的特殊結(jié)構(gòu)(即非絕緣型)使其壓降很低，而且焊接層厚度主要因?yàn)闆]有使用DBC而比絕緣型模塊要薄很多，這樣更有利于模塊的散熱，從而使得其熱阻大大降低。在一優(yōu)選實(shí)施例中，還可以減薄銅基板210的厚度以進(jìn)一步降低熱阻，例如，將銅基板210的厚度設(shè)置在3毫米左右。此外，采用環(huán)氧樹脂290代替圖2所示的外殼蓋板190，結(jié)構(gòu)簡單，并且工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)，而且使用環(huán)氧樹脂膠密封可有效地減小模塊的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，從而能提高非絕緣型功率模塊工作時的可靠性。上文中，參照附圖描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。但是，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，在不偏離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下，還可以對本實(shí)用新型的上述實(shí)施例作某些修改和變更。實(shí)施例的描述僅僅是為了使本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解、實(shí)施本實(shí)用新型，不應(yīng)當(dāng)將本實(shí)用新型理解為僅僅限于所描述的實(shí)施例。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求1.一種非絕緣型功率模塊(200)，它包含: 銅基板(210)； 位于所述銅基板(210)指定位置處的功率模塊芯片(220)； 從所述功率模塊芯片(220)引出的門極電極(230);以及 外殼(280)，用于罩蓋所述銅基板(210)、門極電極(230)和所述功率模塊芯片(220)；其中，所述功率模塊芯片(220)直接焊接在所述銅基板(210)上，所述門極電極(230)焊接在所述功率模塊芯片(220)上。
2.如權(quán)利要求1所述的非絕緣型功率模塊(200)，其特征在于， 其中，所述功率模塊芯片(220)、所述門極電極(230)、所述銅基板(210)以及所述外殼(280)采用硅凝膠(270)密封，在所述硅凝膠(270)上采用環(huán)氧樹脂(290)固化封裝，以形成密封結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的非絕緣型功率模塊(200)，其特征在于，所述門極電極(230)從所述環(huán)氧樹脂(290)中引出。
4.如權(quán)利要求3所述的非絕緣型功率模塊(200)，其特征在于，所述門極電極(230)被打彎成型。
5.如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的非絕緣型功率模塊(200)，其特征在于，在所述非絕緣型功率模塊(200)中的芯片(220)和芯片(220)之間，采用鋁絲鍵合起來。
6.如權(quán)利要求1所述的非絕緣型功率模塊(200)，其特征在于，所述銅基板的厚度為3毫米。
7.如權(quán)利要求1所述的非絕緣型功率模塊，其特征在于，所述功率模塊是晶閘管模塊、二極管模塊、IGBT模塊或MOSFET模塊。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種非絕緣型功率模塊，它包含銅基板；位于銅基板指定位置處的功率模塊芯片；從功率模塊芯片引出的門極電極；以及外殼，用于罩蓋住所述銅基板、門極電極和所述功率模塊芯片，并且所述門極電極從所述外殼引出；其中，功率芯片直接焊接在銅基板上，電極焊接在所述功率模塊芯片上。本實(shí)用新型的非絕緣型功率模塊結(jié)構(gòu)簡單、封裝工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可以有效地減小模塊的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，從而提高非絕緣型功率模塊的可靠性。
文檔編號H01L23/34GK202948921SQ20122007520
公開日2013年5月22日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者鄭軍, 周錦源, 賀東曉, 王濤 申請人:江蘇宏微科技有限公司