CN104779174A - 功率模块的制作方法 - Google Patents
功率模块的制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104779174A CN104779174A CN201510130088.3A CN201510130088A CN104779174A CN 104779174 A CN104779174 A CN 104779174A CN 201510130088 A CN201510130088 A CN 201510130088A CN 104779174 A CN104779174 A CN 104779174A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- power model
- layer
- weld zone
- heat dissipating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 36
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 16
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 13
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 13
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 5
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 claims description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 12
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 abstract description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 11
- 239000002585 base Substances 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000218202 Coptis Species 0.000 description 1
- 235000002991 Coptis groenlandica Nutrition 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 description 1
- CLDVQCMGOSGNIW-UHFFFAOYSA-N nickel tin Chemical compound [Ni].[Sn] CLDVQCMGOSGNIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003319 supportive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001432 tin ion Inorganic materials 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
- H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
- H01L21/561—Batch processing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/484—Connecting portions
- H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
- H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
- H01L2224/491—Disposition
- H01L2224/4912—Layout
- H01L2224/49171—Fan-out arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/191—Disposition
- H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
- H01L2924/19105—Disposition of discrete passive components in a side-by-side arrangement on a common die mounting substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/191—Disposition
- H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
- H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
本发明提出了一种功率模块的制作方法,包括:形成散热层;以所述散热层作为功率模块基材,在所述功率模块基材的一侧形成绝缘层;在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成焊接区和引脚结构;在所述焊接区的功率焊接区装配至少一个功率器件;形成密封层以完成所述功率模块的制作。通过本发明技术方案,有效增大了功率模块的散热面积和散热效率,同时,保证了功率模块的密封性和结构可靠性,降低了功率模块因导热效果差而导致的故障问题,提升了用户的使用体验。
Description
技术领域
本发明涉及功率模块技术领域,具体而言,涉及一种功率模块的制作方法。
背景技术
随着IC(Integrated Circuit,集成电路)技术的小型化、兼容性地发展,IC模块上的模块结构之间的结构越来越近,以IPM(IntelligentPower Module,智能驱动模块)类型的IC模块为例,IPM模块实现了功率开关器件和高压驱动电路的集成,一方面,IPM模块接收微处理器的控制信号,另一方面,IPM模块将检测状态发送给微处理器,因此,IPM模块被广泛应用于变频调速技术、冶金机械技术、电力牵引技术、伺服驱动技术以及变频家电的设计中,但是,IPM模块上多个功率模块之间的间距较小,而不同功率模块因为功耗的差别而导致散热热量差别比较大,因此功率模块之间会产生较大的热串扰,甚至导致某些小功率的功率模块在受到较大热串扰的情况下受损。
在相关技术中,通常采用高导热绝缘层材以及增加散热器来解决功率模块的散热不佳的问题,但是相关技术中的散热方法存在以下缺点:
(1)高导热绝缘层材料成本高,这就导致功率模块的制作成本增高;
(2)如将功率模块贴装于散热器,贴装过程的工艺难度较大,失败率高同时由于增加了散热器结构,会导致功率模块的面积和体积不同程度的增大,这非常不利于功率模块投入实际应用过程。
因此,如何设计功率模块的制作方法以实现功率模块的高效散热成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此,本发明的一个目的在于提出了一种功率模块的制作方法,提高了功率模块的散热效率和结构可靠性。
为实现上述目的,根据本发明的第一方面的实施例,提出了一种功率模块的制作方法,包括:形成散热层;以所述散热层作为功率模块基材,在所述功率模块基材的一侧形成绝缘层;在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成焊接区和引脚结构;在所述焊接区的功率焊接区装配至少一个功率器件;形成密封层以完成所述功率模块的制作。
根据本发明的实施例的功率模块的制作方法,通过形成散热层,有效增大了功率模块的导热面积和导热效率,降低了功率器件因散热不佳导致的烧损或失效等问题,进而提高了功率模块的可靠性,降低了功率模块的故障率,另外,通过将多个功率模块集中设置于同一区域,对上述同一区域进行散热层的集中制备,不会增加制作复杂度,同时,避免了多个功率模块将工况热量传递于非功率模块。
另外,根据本发明的上述实施例的功率模块的制作方法,还可以具有如下附加的技术特征:
根据本发明的一个实施例,所述焊接区还包括非功率焊接区,在所述非功率焊接区装配至少一个非功率器件。
根据本发明的一个实施例,形成散热层,包括以下具体步骤:利用湿式碳素复合层形成散热层;在所述散热层上不与所述绝缘层接触的一侧形成皱褶区,所述皱褶区对应于所述至少一个功率器件所在的区域。
根据本发明的实施例的功率模块的制作方法,通过湿式碳素复合层形成散热层以及形成皱褶层,有效增大了功率模块的散热面积和散热效率,同时,由于湿式碳素复合层具备极高地机械强度,可以有效减小散热层的厚度,进而减小了功率模块的体积。
根据本发明的一个实施例,在所述焊接区的功率焊接区装配至少一个功率器件,包括以下具体步骤:在所述功率焊接区涂布第一锡膏层;在所述功率焊接区装配所述至少一个功率器件后,对所述第一锡膏层进行回流焊处理以固化所述第一锡膏层。
根据本发明的实施例的功率模块的制作方法,通过第一锡膏层将功率模块准确地焊接于功率焊接区,以及在拆卸误安装或者损坏的功率模块时,可以通过快速加热第一锡膏层实现功率模块的拆卸。
根据本发明的一个实施例,在所述焊接区的非功率焊接区装配至少一个非功率器件,包括以下具体步骤:在所述非功率焊接区涂布第二锡膏层;在所述非功率焊接区装配所述至少一个非功率器件后,对所述锡膏层进行回流焊处理以固化所述第二锡膏层;对所述散热层进行清洗处理,其中清洗处理包括喷淋处理和/或超声清洗处理。
根据本发明的实施例的功率模块的制作方法,通过第二锡膏层将非功率模块准确地焊接于非功率焊接区,以及在拆卸误安装或者损坏的非功率模块时,同样地,可以通过快速加热第二锡膏层实现功率模块的拆卸,另外,通过增加清洗处理步骤,有效清除了组焊剂等表面杂质,增强了后续材料的粘附性以及降低了因表面杂质导致的应力问题。
根据本发明的一个实施例,在所述功率模块基材的一侧形成绝缘层,包括以下具体步骤:在所述功率模块基材的一侧形成导热绝缘层,所述导热绝缘层包括二氧化硅层、氮化硅层以及碳化硅层中的一种或多种导热绝缘基层;对所述导热绝缘层进行热压处理以形成所述绝缘层。
根据本发明的实施例的功率模块的制作方法,通过增加导热绝缘基层构成的绝缘层,有效避免了功率模块之间的短路现象,另外,导热绝缘基层中包括大量无机成分,进一步地提高了功率模块的导热效率。
根据本发明的一个实施例,在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成焊接区和引脚,包括以下具体步骤:在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成金属层;刻蚀处理所述金属层以形成所述焊接区、所述引脚结构和焊盘区;在所述焊接区、所述引脚结构和所述焊盘区之间形成布线连线。
根据本发明的一个实施例,在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成金属层,包括以下具体步骤:在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成金属种子层,其中,所述金属种子层的厚度为0.01至0.1微米;对所述种子层进行电镀处理以形成所述金属层,其中,所述金属层的厚度为1至5微米。
根据本发明的一个实施例,形成密封层以完成所述功率模块的制作,包括以下具体步骤:将热塑性树脂进行注入模模制处理形成密封层以完成所述功率模块的制作,其中,所述注入模模制处理的区域为所述功率模块上除皱褶区以外的区域。
根据本发明的一个实施例,形成密封层以完成所述功率模块的制作,包括以下具体步骤:将热硬性树脂进行传递模模制处理形成密封层以完成所述功率模块的制作,其中,所述传递模模制处理的区域为所述功率模块上除皱褶区以外的区域。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1示出了根据本发明的一个实施例的功率模块的制作方法的示意流程图;
图2示出了根据本发明的另一个实施例的功率模块的制作方法的示意流程图;
图3示出了根据本发明的另一个实施例的功率模块的制作方法的示意流程图;
图4示出了根据本发明的另一个实施例的功率模块的制作方法的示意流程图;
图5示出了根据本发明的另一个实施例的功率模块的制作方法的示意流程图;
图6示出了根据本发明的另一个实施例的功率模块的制作方法的示意流程图;
图7示出了根据本发明的再一个实施例的功率模块的制作方法的示意流程图;
图8示出了根据本发明的一个实施例的功率模块的制作方法的剖面示意图;
图9示出了根据本发明的另一个实施例的功率模块的制作方法的剖面示意图;
图10示出了根据本发明的另一个实施例的功率模块的制作方法的剖面示意图;
图11示出了根据本发明的另一个实施例的功率模块的制作方法的剖面示意图;
图12示出了根据本发明的另一个实施例的功率模块的制作方法的剖面示意图;
图13示出了根据本发明的另一个实施例的功率模块的制作方法的剖面示意图;
图14示出了根据本发明的再一个实施例的功率模块的制作方法的剖面示意图;
图15示出了根据本发明的再一个实施例的功率模块的俯视示意图。
图8至图15中的附图标记及其对应的结构名称为:11引脚结构,12树脂密封层,13绝缘层,14非功率器件,15布线连线,16功率器件,17散热层,17A皱褶层,18金属层,18A焊盘区,1001桥堆功能模块,1002压缩机逆变功能模块,1003功率因素校正模块,1004风机逆变功能模块。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示,根据本发明的一个实施例的功率模块的制作方法,包括:步骤102,形成散热层;步骤104,以所述散热层作为功率模块基材,在所述功率模块基材的一侧形成绝缘层;步骤106,在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成焊接区和引脚结构;步骤108,在所述焊接区的功率焊接区装配至少一个功率器件;步骤110,形成密封层以完成所述功率模块的制作。
根据本发明的实施例的功率模块的制作方法,通过形成散热层,有效增大了功率模块的导热面积和导热效率,降低了功率器件因散热不佳导致的烧损或失效等问题,进而提高了功率模块的可靠性,降低了功率模块的故障率,另外,通过将多个功率模块集中设置于同一区域,对上述同一区域进行散热层的集中制备,不会增加制作复杂度,同时,避免了多个功率模块将工况热量传递于非功率模块。
另外,根据本发明的上述实施例的功率模块的制作方法,还可以具有如下附加的技术特征:
根据本发明的一个实施例,所述焊接区还包括非功率焊接区,在所述非功率焊接区装配至少一个非功率器件。
如图2所示,根据本发明的一个实施例,形成散热层,包括以下具体步骤:步骤202,利用湿式碳素复合层形成散热层;步骤204,在所述散热层上不与所述绝缘层接触的一侧形成皱褶区,所述皱褶区对应于所述至少一个功率器件所在的区域。
根据本发明的实施例的功率模块的制作方法,通过湿式碳素复合层形成散热层以及形成皱褶层,有效增大了功率模块的散热面积和散热效率,同时,由于湿式碳素复合层具备极高地机械强度,可以有效减小散热层的厚度,进而减小了功率模块的体积。
如图3所示,根据本发明的一个实施例,在所述焊接区的功率焊接区装配至少一个功率器件,包括以下具体步骤:步骤302,在所述功率焊接区涂布第一锡膏层;步骤304,在所述功率焊接区装配所述至少一个功率器件后,对所述第一锡膏层进行回流焊处理以固化所述第一锡膏层。
根据本发明的实施例的功率模块的制作方法,通过第一锡膏层将功率模块准确地焊接于功率焊接区,以及在拆卸误安装或者损坏的功率模块时,可以通过快速加热第一锡膏层实现功率模块的拆卸。
如图4所示,根据本发明的一个实施例,在所述焊接区的非功率焊接区装配至少一个非功率器件,包括以下具体步骤:步骤402,在所述非功率焊接区涂布第二锡膏层;步骤404,在所述非功率焊接区装配所述至少一个非功率器件后,对所述锡膏层进行回流焊处理以固化所述第二锡膏层;步骤406,对所述散热层进行清洗处理,其中清洗处理包括喷淋处理和/或超声清洗处理。
根据本发明的实施例的功率模块的制作方法,通过第二锡膏层将非功率模块准确地焊接于非功率焊接区,以及在拆卸误安装或者损坏的非功率模块时,同样地,可以通过快速加热第二锡膏层实现功率模块的拆卸,另外,通过增加清洗处理步骤,有效清除了组焊剂等表面杂质,增强了后续材料的粘附性以及降低了因表面杂质导致的应力问题。
如图5所示,根据本发明的一个实施例,在所述功率模块基材的一侧形成绝缘层,包括以下具体步骤:步骤502,在所述功率模块基材的一侧形成导热绝缘层,所述导热绝缘层包括二氧化硅层、氮化硅层以及碳化硅层中的一种或多种导热绝缘基层;步骤504,对所述导热绝缘层进行热压处理以形成所述绝缘层。
根据本发明的实施例的功率模块的制作方法,通过增加导热绝缘基层构成的绝缘层,有效避免了功率模块之间的短路现象,另外,导热绝缘基层中包括大量无机成分,进一步地提高了功率模块的导热效率。
如图6所示,根据本发明的一个实施例,在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成焊接区和引脚,包括以下具体步骤:步骤602,在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成金属层;步骤604,刻蚀处理所述金属层以形成所述焊接区、所述引脚结构和焊盘区;步骤606,在所述焊接区、所述引脚结构和所述焊盘区之间形成布线连线。
如图7所示,根据本发明的一个实施例,在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成金属层,包括以下具体步骤:步骤702,在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成金属种子层,其中,所述金属种子层的厚度为0.01至0.1微米;步骤704,对所述种子层进行电镀处理以形成所述金属层,其中,所述金属层的厚度为1至5微米。
根据本发明的一个实施例,形成密封层以完成所述功率模块的制作,包括以下具体步骤:将热塑性树脂进行注入模模制处理形成密封层以完成所述功率模块的制作,其中,所述注入模模制处理的区域为所述功率模块上除皱褶区以外的区域。
根据本发明的一个实施例,形成密封层以完成所述功率模块的制作,包括以下具体步骤:将热硬性树脂进行传递模模制处理形成密封层以完成所述功率模块的制作,其中,所述传递模模制处理的区域为所述功率模块上除皱褶区以外的区域。
如图8至图14所示,根据本发明的实施例的功率模块的制作过程包括:
(1)形成散热层17和皱褶层17A的步骤,包括:
根据需要的电路布局设计大小合适的散热层17,对于一般的智能功率模块,一枚的大小可选取64mm×30mm,厚度为1.5mm,然后通过耐受温度在300℃以上的耐高温胶水,在上述64mm×30mm矩形纸质散热体的一面装配厚度为0.5mm的同材料矩形;
使用具有角形或球形掺杂的绝缘材料和铜材,通过同时热压的方式,使绝缘材料形成于所述散热层17的表面并作为所述绝缘层13、铜材形成于所述绝缘层13表面作为金属层18。在此,为了提高耐压特性,所述绝缘层13的厚度可以设计为110μm,为了提高散热特性,所述绝缘层13的厚度可以设计为70μm。在此,为了提高通流能力,所述金属层18的厚度可以设计0.07mm,为了降低成本,所述金属层18的厚度可以设计成0.035mm或0.0175mm;
将金属层18的特定位置腐蚀掉,剩余部分为布线连线15及焊盘区18A,使用厚度为0.5mm的湿式碳素复合材料形成不规则形状,作为皱褶层17A。对两面进行如涂敷防水胶的防蚀、防水处理;使用耐受温度在300℃以上的耐高温胶水,将所述皱褶层17A粘附在所述散热层17的背面。
(2)形成引脚结构11的步骤,包括:
每个引脚结构11都是用铜基材,通过冲压或者蚀刻的方式,引脚结构11由12个单独的引脚单元通过加强筋连接;单独的引脚单元为长度C为25mm,宽度K为1.5mm,厚度H为1mm的长条状;有时,为便于装配,也在引脚单元其中一端压制出一定的弧度;然后通过化学镀的方法形成镍层:通过镍盐和次亚磷酸钠混合溶液,并添加了适当的络合剂,在已形成特定形状的铜材表面形成镍层,在金属镍具有很强的钝化能力,能迅速生成一层极薄的钝化膜,能抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀。镀镍结晶极细小,镍层厚度一般为0.1μm;接着通过酸性硫酸盐工艺,在室温下将已形成形状和镍层的铜材浸在带有正锡离子的镀液中通电,在镍层表面形成形成镍锡合金层,合金层一般控制在5μm,合金层的形成极大提高了保护性和可焊性。
(3)形成功率器件16、非功率器件14、金属层18和焊盘区18A的步骤,包括:
首先,通过锡膏印刷机,使用钢网,对所述绝缘层13上的所述布线连线15的特定位置和所述焊盘区18A进行锡膏涂装;在此,为了提高爬锡高度,可使用0.15mm厚度的钢网,为了降低功率器件16和非功率器件14移位的风险,可使用0.12mm厚度的钢网。本实施例中,使用的所述功率器件16的高度为0.07mm,为最轻的元器件,所以钢网厚度选择0.12mm厚度的钢网。
进行所述功率器件16、非功率器件14和引脚结构11的安装,所述功率器件16和所述非功率器件14可直接放置在所述布线连线15的特定位置,而引脚结构11则一端要安放在所述焊盘区18A上,另一端需要载具进行固定,所述载具通过合成石等材料制成。在此,所述载具需要进行底部镂空处理,使所述皱褶层17A露出,所述散热层17背面边缘至少1mm的未被所述皱褶层17A覆盖的位置与所述载具接触起支撑作用。
然后,放于所述载具上的所述绝缘层13通过回流焊,锡膏固化,所述非功率器件14和所述引脚结构11被固定。
在此,可选用溶解温度为280℃的锡膏。
(4)形成布线连线15的步骤,包括:
首先将所述散热层17放入清洗机中进行清洗,将回流焊时残留的松香等助焊剂及冲压时残留的铝线等异物洗净,根据所述非功率器件14在所述布线连线15的排布密度,清洗可通过喷淋或超声或两者结合的形式进行。
清洗时,通过机械臂夹持所述引脚结构11,将所述散热层17置于清洗槽中,并要注意不要让机械臂触碰所述散热层17,因为所述散热层17具有脆性并容易形变,如果机械臂夹持所述散热层17,在清洗时产生的震动,容易造成所述散热层17发生崩裂。
(5)形成邦定线的步骤,包括:
根据通流能力需要,选择适当直径的铝线作为邦定线,对于用于信号控制的集成电路,也可考虑使用金线作为邦定线。在本实施例中,全部选择铝线,一般来说,对所述功率器件16的邦定使用350μm~400μm的铝线,对所述非功率器件14的邦定使用38μm~200μm的铝线,对所述散热器13的邦定使用350μm~400μm的铝线。
所述功率模块包括:桥堆功能模块1001、压缩机逆变功能模块1002、功率因素校正模块1003以及风机逆变功能模块1004。
(6)形成树脂密封层12的步骤,包括:
首先,在无氧环境中对所述散热层17进行烘烤,烘烤时间不应小于2小时,烘烤温度和选择125℃。
将配置好引脚结构11的所述散热层17搬送到模型。通过使引脚结构11的特定部分与固定装置接触,进行所述散热层17的定位,使所述突台与膜腔底部相平,也可在模腔底部安装高度为1mm的顶针,来确保高度不被设置得过低。
合模时,在形成于模具内部的模腔中放置所述散热层17,然后由浇口注入密封树脂。进行密封的方法可采用使用热硬性树脂的传递模模制或使用热硬性树脂的注入模模制。而且,对应自浇口注入的密封树脂模腔内部的气体通过排气口排放到外部。
在此,所述散热层17的背面紧贴在下模上,为了加强贴合,也可在上模增加顶针,但仍会有少量所述密封树进入到所述散热层17的背面和下模之间,因此,在脱模后,需要进行激光蚀刻或者研磨,将残留在所述散热层17背面的少量密封树脂去除,使所述散热层17的背面从所述密封树脂露出,而所述散热层17的背面以上部分被密封树脂密封层12。
(7)对引脚结构11进行后续处理的步骤,包括:
在前工序即传递模模装工序使除所述引脚结构11以外的其他部分都被所述树脂密封层12。本工序根据使用的长度和形状需要,例如,在虚线的位置将外部引脚结构11切断,有时还会折弯成一定形状,便于后续装配。
然后将模块放入测试设备中,进行常规的电参数测试,一般包括绝缘耐压、静态功耗、迟延时间等测试项目,测试合格者为成品。
利用上述工序,完成如图15所示的功率模块。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案,本发明提出了一种功率模块的制作方法,通过形成散热层,有效增大了功率模块的导热面积和导热效率,降低了功率器件因散热不佳导致的烧损或失效等问题,进而提高了功率模块的可靠性,降低了功率模块的故障率,另外,通过将多个功率模块集中设置于同一区域,对上述同一区域进行散热层的集中制备,不会增加制作复杂度,同时,避免了多个功率模块将工况热量传递于非功率模块。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种功率模块的制作方法,其特征在于,包括:
形成散热层;
以所述散热层作为功率模块基材,在所述功率模块基材的一侧形成绝缘层;
在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成焊接区和引脚结构;
在所述焊接区的功率焊接区装配至少一个功率器件;
形成密封层以完成所述功率模块的制作。
2.根据权利要求1所述的功率模块的制作方法,其特征在于,所述焊接区还包括非功率焊接区,在所述非功率焊接区装配至少一个非功率器件。
3.根据权利要求2所述的功率模块的制作方法,其特征在于,形成散热层,包括以下具体步骤:
利用湿式碳素复合层形成散热层;
在所述散热层上不与所述绝缘层接触的一侧形成皱褶区,所述皱褶区对应于所述至少一个功率器件所在的区域。
4.根据权利要求3所述的功率模块的制作方法,其特征在于,在所述焊接区的功率焊接区装配至少一个功率器件,包括以下具体步骤:
在所述功率焊接区涂布第一锡膏层;
在所述功率焊接区装配所述至少一个功率器件后,对所述第一锡膏层进行回流焊处理以固化所述第一锡膏层。
5.根据权利要求4所述的功率模块的制作方法,其特征在于,在所述焊接区的非功率焊接区装配至少一个非功率器件,包括以下具体步骤:
在所述非功率焊接区涂布第二锡膏层;
在所述非功率焊接区装配所述至少一个非功率器件后,对所述锡膏层进行回流焊处理以固化所述第二锡膏层;
对所述散热层进行清洗处理,其中清洗处理包括喷淋处理和/或超声清洗处理。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模块的制作方法,其特征在于,在所述功率模块基材的一侧形成绝缘层,包括以下具体步骤:
在所述功率模块基材的一侧形成导热绝缘层,所述导热绝缘层包括二氧化硅层、氮化硅层以及碳化硅层中的一种或多种导热绝缘基层;
对所述导热绝缘层进行热压处理以形成所述绝缘层。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模块的制作方法,其特征在于,在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成焊接区和引脚,包括以下具体步骤:
在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成金属层;
刻蚀处理所述金属层以形成所述焊接区、所述引脚结构和焊盘区;
在所述焊接区、所述引脚结构和所述焊盘区之间形成布线连线。
8.根据权利要求7所述的功率模块的制作方法,其特征在于,在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成金属层,包括以下具体步骤:
在所述绝缘层上不与所述散热层接触的一侧形成金属种子层,其中,所述金属种子层的厚度为0.01至0.1微米;
对所述种子层进行电镀处理以形成所述金属层,其中,所述金属层的厚度为1至5微米。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模块的制作方法,其特征在于,形成密封层以完成所述功率模块的制作,包括以下具体步骤:
将热塑性树脂进行注入模模制处理形成密封层以完成所述功率模块的制作,其中,所述注入模模制处理的区域为所述功率模块上除皱褶区以外的区域。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模块的制作方法,其特征在于,形成密封层以完成所述功率模块的制作,包括以下具体步骤:
将热硬性树脂进行传递模模制处理形成密封层以完成所述功率模块的制作,其中,所述传递模模制处理的区域为所述功率模块上除皱褶区以外的区域。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510130088.3A CN104779174B (zh) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | 功率模块的制作方法 |
US15/559,834 US10615155B2 (en) | 2015-03-23 | 2016-03-23 | Intelligent power module and manufacturing method thereof |
JP2018500841A JP6500162B2 (ja) | 2015-03-23 | 2016-03-23 | インテリジェントパワーモジュール及びその製造方法 |
PCT/CN2016/077143 WO2016150391A1 (zh) | 2015-03-23 | 2016-03-23 | 智能功率模块及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510130088.3A CN104779174B (zh) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | 功率模块的制作方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104779174A true CN104779174A (zh) | 2015-07-15 |
CN104779174B CN104779174B (zh) | 2018-05-01 |
Family
ID=53620580
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510130088.3A Active CN104779174B (zh) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | 功率模块的制作方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104779174B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016150391A1 (zh) * | 2015-03-23 | 2016-09-29 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及其制造方法 |
CN108231612A (zh) * | 2017-12-30 | 2018-06-29 | 无锡固电半导体股份有限公司 | 一种硅npn型功率晶体管的封装制作方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101443904A (zh) * | 2006-03-13 | 2009-05-27 | 株式会社丰田自动织机 | 功率模块用基体 |
CN102339818A (zh) * | 2010-07-15 | 2012-02-01 | 台达电子工业股份有限公司 | 功率模块 |
CN102484103A (zh) * | 2009-08-31 | 2012-05-30 | 阿波制纸株式会社 | 薄纸板散热器 |
CN203232866U (zh) * | 2012-12-26 | 2013-10-09 | 广东美的电器股份有限公司 | 智能功率模块 |
CN203481230U (zh) * | 2013-09-23 | 2014-03-12 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块 |
CN103715106A (zh) * | 2012-09-29 | 2014-04-09 | 广东美的制冷设备有限公司 | 一种智能功率模块的制造方法及智能功率模块 |
CN104112730A (zh) * | 2013-06-09 | 2014-10-22 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及其制造方法 |
CN104112719A (zh) * | 2013-08-22 | 2014-10-22 | 广东美的制冷设备有限公司 | 混合集成电路模块及其制造方法 |
-
2015
- 2015-03-23 CN CN201510130088.3A patent/CN104779174B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101443904A (zh) * | 2006-03-13 | 2009-05-27 | 株式会社丰田自动织机 | 功率模块用基体 |
CN102484103A (zh) * | 2009-08-31 | 2012-05-30 | 阿波制纸株式会社 | 薄纸板散热器 |
CN102339818A (zh) * | 2010-07-15 | 2012-02-01 | 台达电子工业股份有限公司 | 功率模块 |
CN103715106A (zh) * | 2012-09-29 | 2014-04-09 | 广东美的制冷设备有限公司 | 一种智能功率模块的制造方法及智能功率模块 |
CN203232866U (zh) * | 2012-12-26 | 2013-10-09 | 广东美的电器股份有限公司 | 智能功率模块 |
CN104112730A (zh) * | 2013-06-09 | 2014-10-22 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及其制造方法 |
CN104112719A (zh) * | 2013-08-22 | 2014-10-22 | 广东美的制冷设备有限公司 | 混合集成电路模块及其制造方法 |
CN203481230U (zh) * | 2013-09-23 | 2014-03-12 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016150391A1 (zh) * | 2015-03-23 | 2016-09-29 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及其制造方法 |
US10615155B2 (en) | 2015-03-23 | 2020-04-07 | Gd Midea Airconditioning Equipment Co., Ltd. | Intelligent power module and manufacturing method thereof |
CN108231612A (zh) * | 2017-12-30 | 2018-06-29 | 无锡固电半导体股份有限公司 | 一种硅npn型功率晶体管的封装制作方法 |
CN108231612B (zh) * | 2017-12-30 | 2020-05-12 | 无锡固电半导体股份有限公司 | 一种硅npn型功率晶体管的封装制作方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104779174B (zh) | 2018-05-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104112719B (zh) | 混合集成电路模块及其制造方法 | |
CN204481692U (zh) | 智能功率模块 | |
CN104835794B (zh) | 智能功率模块及其制造方法 | |
CN104795374A (zh) | 智能功率模块及其制造方法 | |
CN106601691A (zh) | 智能功率模块、智能功率模块的制备方法及电力电子设备 | |
CN206116377U (zh) | 一种智能功率模块 | |
CN104795378A (zh) | 智能功率模块及其制造方法 | |
CN104767396B (zh) | 智能功率模块及其制造方法 | |
CN106158801A (zh) | 一种智能功率模块及其制造方法 | |
CN106298698A (zh) | 一种智能功率模块及其制造方法 | |
CN106098652A (zh) | 一种智能功率模块及其制造方法 | |
CN104779174A (zh) | 功率模块的制作方法 | |
CN104752373B (zh) | 智能功率模块及其制造方法 | |
CN204559407U (zh) | 智能功率模块 | |
CN105047623B (zh) | 智能功率模块及其制造方法 | |
CN204558448U (zh) | 智能功率模块 | |
CN106024652A (zh) | 一种智能功率模块及其制造方法 | |
CN206497888U (zh) | 智能功率模块及电力电子设备 | |
CN107706160A (zh) | 智能功率模块及其制造方法 | |
CN104766842A (zh) | 智能功率模块及其制造方法 | |
CN106505057B (zh) | 智能功率模块及其制造方法 | |
CN206040627U (zh) | 一种智能功率模块 | |
CN204596778U (zh) | 智能功率模块 | |
CN207458932U (zh) | 智能功率模块 | |
CN207425842U (zh) | 智能功率模块 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230116 Address after: 400064 plant 1, No. 70, Meijia Road, Nan'an District, Chongqing Patentee after: Meiken Semiconductor Technology Co.,Ltd. Address before: 528311 Lingang Road, Beijiao Town, Shunde District, Foshan, Guangdong Patentee before: GD MIDEA AIR-CONDITIONING EQUIPMENT Co.,Ltd. Patentee before: MIDEA GROUP Co.,Ltd. |
|
TR01 | Transfer of patent right |