CN108878383B - 一种高性能ipm封装模块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高性能IPM封装模块及其制备方法，该方法包括以下步骤：提供一树脂基底，在所述树脂基底的上表面由两个倾斜表面组成，形成电路布线结构，在第一倾斜表面区域内装配控制元件，并在第二倾斜表面区域内装配功率元件，接着形成第一隔热密封胶层，接着在每个功率元件上方和下方分别嵌入第一散热块和第二散热块，最后形成第一树脂密封胶层。本发明的高性能IPM封装模块具有优异的散热性能、密封性能以及防潮性能，进而可以增长IPM封装模块的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件封装技术领域，特别是涉及一种高性能IPM封装模块及其制备方法。
背景技术
智能功率模块(IPM)是Intelligent Power Module的缩写，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类半导体封装结构。与传统的分立式半导体封装结构相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势而得到越来越广泛的应用。传统的智能功率模块通常是在平面结构的基板上装配各类电子元件，而随着半导体封装结构朝着小尺寸化、集成化的方向发展，如何提高智能功率模块的集成度且减少智能功率模块的尺寸是越来越多的技术人员关注的问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种高性能IPM封装模块及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提出的一种高性能IPM封装模块的制备方法，包括以下步骤：
1)提供一树脂基底，在所述树脂基底的上表面由两个倾斜表面组成，其中第一倾斜表面的面积小于第二倾斜表面的面积，在所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面上形成多个凹槽；
2)接着在所述树脂基底的下表面的四周边缘形成一环形凹孔；
3)形成多个金属凸块，每个所述金属凸块嵌入到相应的所述凹槽中，以形成一电路布线结构；
4)在所述第一倾斜表面区域内的所述电路布线结构上装配控制元件以及相应的引脚，在所述第二倾斜表面区域内的所述电路布线结构上装配功率元件以及相应的引脚；
5)将装配有所述控制元件、所述功率元件和所述引脚的所述树脂基底置于第一模具中，所述树脂基底的下表面和侧表面均与所述第一模具紧密贴合，注入一定量的第一隔热型树脂材料，以形成第一隔热密封胶层，所述第一隔热密封胶层完全覆盖所述树脂基底的上表面、所述控制元件以及所述功率元件，且所述第一隔热密封胶层覆盖部分的所述引脚；
6)去除部分的所述第一隔热密封胶层，以在所述功率元件的上方形成第一盲孔，所述第一盲孔的底表面与相应的所述功率元件的顶表面相互平行，然后将一第一散热块紧密嵌入到所述第一盲孔中，使得所述散热块的底面与所述功率元件的顶表面之间的隔热密封胶层的厚度小于100微米，所述第一散热块的上端裸露于所述第一隔热密封胶层；
7)去除部分的所述树脂基底，以在所述功率元件的下方均形成第二盲孔，然后将第二散热块嵌入到相应的所述第二盲孔中，所述第二散热块的下端裸露于所述树脂基底；
8)接着置于第二模具中，所述第一散热块的上表面以及所述第二散热块的下表面均与所述第二模具紧密贴合，注入一定量的第一密封树脂材料，以形成第一树脂密封胶层，所述第一树脂密封胶层充满所述第一环形凹孔，且所述第一树脂密封胶层完全覆盖所述树脂基底的下表面及侧表面、所述第一隔热密封胶层的上表面及侧表面、所述第一散热块的侧表面以及所述第二散热块的侧表面。
作为优选，在所述步骤1中，所述树脂基底的材质为PET、PEN、ABS、PMMA以及PC中的一种，通过切割工艺形成所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面，通过切割工艺形成所述凹槽，所述凹槽的深度为80-150微米。
作为优选，在所述步骤2中，通过切割工艺形成所述环形凹孔，所述环形凹孔的深度为1-2毫米。
作为优选，在所述步骤3中，金属凸块的材质铜，通过冲压或切割工艺形成多个所述金属凸块，所述金属凸块的厚度为200-300微米。
作为优选，在所述步骤4中，所述控制元件和所述功率元件通过倒装工艺安装在所述电路布线结构上，所述引脚通过焊接工艺安装在所述电路布线结构中的引脚焊盘上。
作为优选，在所述步骤5中，所述第一隔热型树脂材料按照重量百分比计算包括以下组分：ABS树脂20-30份，PET树脂30-40份，PC树脂10-20份，聚酰胺5-15份，玻璃纤维2-10份，硅酸铝粉末2-8份，膨胀珍珠岩粉末2-6份，硅酸镁粉末2-5份。
作为优选，所述第一散热块和所述第二散热块的材质为石墨、铜、铝中的一种。
作为优选，在所述步骤8中，所述第一密封树脂材料按照重量百分比计算包括以下组分：ABS树脂20-30份，PET树脂30-40份，PC树脂10-20份，聚酰胺5-15份，碳化硅粉末2-5份。
本发明还提供了一种高性能IPM封装模块，该高性能IPM封装模块采用上述方法制备形成的。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
本发明的高性能IPM封装模块中，树脂基底的上表面由两个倾斜表面组成，在第一倾斜表面区域内装配控制元件并在第二倾斜表面区域内装配功率元件，上述装配方式可以使得控制元件和功率元件分离，进而可以消除功率元件对控制元件性能的影响，同时所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面的存在可以有效减少树脂基底的尺寸，进而可以使得IPM封装模块小型化；每个功率元件的上方形成有第一导热块，且每个功率元件的下方形成有第二导热块，形成双面散热结构，有效提高了本发明的IPM封装模块的散热性能，同时利用树脂基底代替现有的金属基底，有效降低了IPM封装模块的重量，同时树脂基底与各密封胶层的结合更紧密，密封性能更优。此外，本发明的IPM封装模块的制备方法中，首先在第一模具中形成第一隔热密封胶层，接着装配第一散热块和第二散热块，最后在第二模具中形成第一树脂密封胶层，保证优异散热性能的同时，有效提高了整个IPM封装模块密封性能以及防潮性能，进而可以增长IPM封装模块的使用寿命，本发明的IPM封装模块的制备方法简单易行，与现有的IPM封装模块的工艺制程兼容，便于大规模工业化生产。
附图说明
图1为本发明的高性能IPM封装模块的结构示意图。
图2为本发明的高性能IPM封装模块的仰视图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明提出了一种高性能IPM封装模块，其包括树脂基底1，在所述树脂基底1的上表面由两个倾斜表面组成，其中第一倾斜表面11的面积小于第二倾斜表面12的面积，在所述第一倾斜表面11和所述第二倾斜表面12上形成多个凹槽13，在所述树脂基底1的下表面的四周边缘形成一环形凹孔14，形成多个金属凸块，每个所述金属凸块嵌入到相应的所述凹槽13中，以形成一电路布线结构2，在所述第一倾斜表面11区域内的所述电路布线结构2上装配控制元件3以及相应的引脚31，在所述第二倾斜表面12区域内的所述电路布线结构2上装配功率元件4以及相应的引脚41，所述控制元件3和所述功率元件4通过倒装工艺安装在所述电路布线结构2上，第一隔热密封胶层5，所述第一隔热密封胶层5完全覆盖所述树脂基底1的上表面、所述控制元件3以及所述功率元件4，且所述第一隔热密封胶层5覆盖部分的所述引脚31和41，去除部分的所述第一隔热密封胶层5，以在所述功率元件4的上方形成第一盲孔51，所述第一盲孔51的底表面与相应的所述功率元件4的顶表面相互平行，然后将一第一散热块6紧密嵌入到所述第一盲孔51中，使得所述第一散热块6的底面与所述功率元件4的顶表面之间的隔热密封胶层的厚度小于100微米，所述第一散热块6的上端裸露于所述第一隔热密封胶层5；去除部分的所述树脂基底1，以在所述功率元件4的下方均形成第二盲孔15，然后将第二散热块7嵌入到相应的所述第二盲孔15中，所述第二散热块7的下端裸露于所述树脂基底1，第一树脂密封胶层8，所述第一树脂密封胶层8充满所述第一环形凹孔14，且所述第一树脂密封胶层8完全覆盖所述树脂基底1的下表面及侧表面、所述第一隔热密封胶层5的上表面及侧表面、所述第一散热块6的侧表面以及所述第二散热块7的侧表面。
本发明还提出了上述高性能IPM封装模块的制备方法，包括以下步骤：
1)提供一树脂基底，在所述树脂基底的上表面由两个倾斜表面组成，其中第一倾斜表面的面积小于第二倾斜表面的面积，在所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面上形成多个凹槽，所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面的存在可以有效减少树脂基底的尺寸，进而可以使得IPM封装模块小型化，所述树脂基底的材质为PET、PEN、ABS、PMMA以及PC中的一种，通过切割工艺形成所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面，通过切割工艺形成所述凹槽，所述凹槽的深度为80-150微米，该些凹槽的存在可以牢固固定后续形成的电路布线结构；
2)接着在所述树脂基底的下表面的四周边缘形成一环形凹孔，通过切割工艺形成所述环形凹孔，所述环形凹孔的深度为1-2毫米，提高后续形成的第一树脂密封胶层与树脂基底的结合紧密性，进而提高整个IPM封装模块的密封性能以及防潮性能；
3)形成多个金属凸块，每个所述金属凸块嵌入到相应的所述凹槽中，以形成一电路布线结构，金属凸块的材质铜，通过冲压或切割工艺形成多个所述金属凸块，所述金属凸块的厚度为200-300微米；
4)在所述第一倾斜表面区域内的所述电路布线结构上装配控制元件以及相应的引脚，在所述第二倾斜表面区域内的所述电路布线结构上装配功率元件以及相应的引脚，所述控制元件和所述功率元件通过倒装工艺安装在所述电路布线结构上，所述引脚通过焊接工艺安装在所述电路布线结构中的引脚焊盘上，上述装配方式可以使得控制元件和功率元件分离，进而可以消除功率元件对控制元件性能的影响；
5)将装配有所述控制元件、所述功率元件和所述引脚的所述树脂基底置于第一模具中，所述树脂基底的下表面和侧表面均与所述第一模具紧密贴合，注入一定量的第一隔热型树脂材料，以形成第一隔热密封胶层，所述第一隔热密封胶层完全覆盖所述树脂基底的上表面、所述控制元件以及所述功率元件，且所述第一隔热密封胶层覆盖部分的所述引脚，所述第一隔热型树脂材料按照重量百分比计算包括以下组分：ABS树脂20-30份，PET树脂30-40份，PC树脂10-20份，聚酰胺5-15份，玻璃纤维2-10份，硅酸铝粉末2-8份，膨胀珍珠岩粉末2-6份，硅酸镁粉末2-5份，第一隔热密封胶层完全覆盖所述树脂基底的上表面、所述控制元件以及所述功率元件，可以有效防止热量在第一隔热密封胶层中扩散，进而避免扩散的热量影响控制元件的性能，并通过优化第一隔热型树脂材料的组分以及含量，有效提高了第一隔热密封胶层的密封性能和隔热性能；
6)去除部分的所述第一隔热密封胶层，以在所述功率元件的上方形成第一盲孔，所述第一盲孔的底表面与相应的所述功率元件的顶表面相互平行，然后将一第一散热块紧密嵌入到所述第一盲孔中，使得所述第一散热块的底面与所述功率元件的顶表面之间的隔热密封胶层的厚度小于100微米，所述第一散热块的上端裸露于所述第一隔热密封胶层，所述第一散热块的材质为石墨、铜、铝中的一种，第一散热块的存在有效提高了IPM封装模块的散热性能；
7)去除部分的所述树脂基底，以在所述功率元件的下方均形成第二盲孔，然后将第二散热块嵌入到相应的所述第二盲孔中，所述第二散热块的下端裸露于所述树脂基底，所述第二散热块的材质为石墨、铜、铝中的一种，第二散热块的存在有效提高了IPM封装模块的散热性能；
8)接着置于第二模具中，所述第一散热块的上表面以及所述第二散热块的下表面均与所述第二模具紧密贴合，注入一定量的第一密封树脂材料，以形成第一树脂密封胶层，所述第一树脂密封胶层充满所述第一环形凹孔，且所述第一树脂密封胶层完全覆盖所述树脂基底的下表面及侧表面、所述第一隔热密封胶层的上表面及侧表面、所述第一散热块的侧表面以及所述第二散热块的侧表面，所述第一密封树脂材料按照重量百分比计算包括以下组分：ABS树脂20-30份，PET树脂30-40份，PC树脂10-20份，聚酰胺5-15份，碳化硅粉末2-5份，第一树脂密封胶层的存在有效提高了整个IPM封装模块密封性能以及防潮性能，进而可以增长IPM封装模块的使用寿命。
实施例1
本发明提出了一种高性能IPM封装模块的制备方法，包括以下步骤：
1)提供一树脂基底，在所述树脂基底的上表面由两个倾斜表面组成，其中第一倾斜表面的面积小于第二倾斜表面的面积，在所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面上形成多个凹槽，所述树脂基底的材质为PET，通过切割工艺形成所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面，通过切割工艺形成所述凹槽，所述凹槽的深度为100微米；
2)接着在所述树脂基底的下表面的四周边缘形成一环形凹孔，通过切割工艺形成所述环形凹孔，所述环形凹孔的深度为1.5毫米；
3)形成多个金属凸块，每个所述金属凸块嵌入到相应的所述凹槽中，以形成一电路布线结构，金属凸块的材质铜，通过切割工艺形成多个所述金属凸块，所述金属凸块的厚度为250微米；
4)在所述第一倾斜表面区域内的所述电路布线结构上装配控制元件以及相应的引脚，在所述第二倾斜表面区域内的所述电路布线结构上装配功率元件以及相应的引脚，所述控制元件和所述功率元件通过倒装工艺安装在所述电路布线结构上，所述控制元件和所述功率元件各自的所述引脚通过焊接工艺安装在所述电路布线结构中的引脚焊盘上；
5)将装配有所述控制元件、所述功率元件和所述引脚的所述树脂基底置于第一模具中，所述树脂基底的下表面和侧表面均与所述第一模具紧密贴合，注入一定量的第一隔热型树脂材料，以形成第一隔热密封胶层，所述第一隔热密封胶层完全覆盖所述树脂基底的上表面、所述控制元件以及所述功率元件，且所述第一隔热密封胶层覆盖部分的所述引脚，所述第一隔热型树脂材料按照重量百分比计算包括以下组分：ABS树脂25份，PET树脂35份，PC树脂15份，聚酰胺12份，玻璃纤维7份，硅酸铝粉末6份，膨胀珍珠岩粉末4份，硅酸镁粉末4份；
6)去除部分的所述第一隔热密封胶层，以在所述功率元件的上方形成第一盲孔，所述第一盲孔的底表面与相应的所述功率元件的顶表面相互平行，然后将一第一散热块紧密嵌入到所述第一盲孔中，使得所述散热块的底面与所述功率元件的顶表面之间的隔热密封胶层的厚度为90微米，所述第一散热块的上端裸露于所述第一隔热密封胶层，所述第一散热块的材质为石墨；
7)去除部分的所述树脂基底，以在所述功率元件的下方均形成第二盲孔，然后将第二散热块嵌入到相应的所述第二盲孔中，所述第二散热块的下端裸露于所述树脂基底，所述第二散热块的材质为石墨；
8)接着置于第二模具中，所述第一散热块的上表面以及所述第二散热块的下表面均与所述第二模具紧密贴合，注入一定量的第一密封树脂材料，以形成第一树脂密封胶层，所述第一树脂密封胶层充满所述第一环形凹孔，且所述第一树脂密封胶层完全覆盖所述树脂基底的下表面及侧表面、所述第一隔热密封胶层的上表面及侧表面、所述第一散热块的侧表面以及所述第二散热块的侧表面，所述第一密封树脂材料按照重量百分比计算包括以下组分：ABS树脂25份，PET树脂35份，PC树脂15份，聚酰胺10份，碳化硅粉末4份。
实施例2
本发明提出了一种高性能IPM封装模块的制备方法，包括以下步骤：
1)提供一树脂基底，在所述树脂基底的上表面由两个倾斜表面组成，其中第一倾斜表面的面积小于第二倾斜表面的面积，在所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面上形成多个凹槽，所述树脂基底的材质为PEN，通过切割工艺形成所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面，通过切割工艺形成所述凹槽，所述凹槽的深度为120微米；
2)接着在所述树脂基底的下表面的四周边缘形成一环形凹孔，通过切割工艺形成所述环形凹孔，所述环形凹孔的深度为2毫米；
3)形成多个金属凸块，每个所述金属凸块嵌入到相应的所述凹槽中，以形成一电路布线结构，金属凸块的材质铜，通过冲压工艺形成多个所述金属凸块，所述金属凸块的厚度为300微米；
4)在所述第一倾斜表面区域内的所述电路布线结构上装配控制元件以及相应的引脚，在所述第二倾斜表面区域内的所述电路布线结构上装配功率元件以及相应的引脚，所述控制元件和所述功率元件通过倒装工艺安装在所述电路布线结构上，所述控制元件和所述功率元件各自的所述引脚通过焊接工艺安装在所述电路布线结构中的引脚焊盘上；
5)将装配有所述控制元件、所述功率元件和所述引脚的所述树脂基底置于第一模具中，所述树脂基底的下表面和侧表面均与所述第一模具紧密贴合，注入一定量的第一隔热型树脂材料，以形成第一隔热密封胶层，所述第一隔热密封胶层完全覆盖所述树脂基底的上表面、所述控制元件以及所述功率元件，且所述第一隔热密封胶层覆盖部分的所述引脚，所述第一隔热型树脂材料按照重量百分比计算包括以下组分：ABS树脂30份，PET树脂30份，PC树脂20份，聚酰胺15份，玻璃纤维2份，硅酸铝粉末3份，膨胀珍珠岩粉末4份，硅酸镁粉末2份；
6)去除部分的所述第一隔热密封胶层，以在所述功率元件的上方形成第一盲孔，所述第一盲孔的底表面与相应的所述功率元件的顶表面相互平行，然后将一第一散热块紧密嵌入到所述第一盲孔中，使得所述散热块的底面与所述功率元件的顶表面之间的隔热密封胶层的厚度为80微米，所述第一散热块的上端裸露于所述第一隔热密封胶层，所述第一散热块的材质为铜；
7)去除部分的所述树脂基底，以在所述功率元件的下方均形成第二盲孔，然后将第二散热块嵌入到相应的所述第二盲孔中，所述第二散热块的下端裸露于所述树脂基底，所述第二散热块的材质为铜；
8)接着置于第二模具中，所述第一散热块的上表面以及所述第二散热块的下表面均与所述第二模具紧密贴合，注入一定量的第一密封树脂材料，以形成第一树脂密封胶层，所述第一树脂密封胶层充满所述第一环形凹孔，且所述第一树脂密封胶层完全覆盖所述树脂基底的下表面及侧表面、所述第一隔热密封胶层的上表面及侧表面、所述第一散热块的侧表面以及所述第二散热块的侧表面，所述第一密封树脂材料按照重量百分比计算包括以下组分：ABS树脂20份，PET树脂30份，PC树脂20份，聚酰胺8份，碳化硅粉末5份。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高性能IPM封装模块的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)提供一树脂基底，在所述树脂基底的上表面由两个倾斜表面组成，其中第一倾斜表面的面积小于第二倾斜表面的面积，在所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面上形成多个凹槽；
2）接着在所述树脂基底的下表面的四周边缘形成第一环形凹孔；
3）形成多个金属凸块，每个所述金属凸块嵌入到相应的所述凹槽中，以形成一电路布线结构；
4）在所述第一倾斜表面区域内的所述电路布线结构上装配控制元件以及相应的引脚，在所述第二倾斜表面区域内的所述电路布线结构上装配功率元件以及相应的引脚；
5）将装配有所述控制元件、所述功率元件、所述控制元件的引脚和所述功率元件的引脚的所述树脂基底置于第一模具中，所述树脂基底的下表面和侧表面均与所述第一模具紧密贴合，注入一定量的第一隔热型树脂材料，以形成第一隔热密封胶层，所述第一隔热密封胶层完全覆盖所述树脂基底的上表面、所述控制元件以及所述功率元件，且所述控制元件的引脚的一部分和所述功率元件的引脚的一部分均被所述第一隔热密封胶层覆盖；
6）去除部分的所述第一隔热密封胶层，以在所述功率元件的上方形成第一盲孔，所述第一盲孔的底表面与相应的所述功率元件的顶表面相互平行，然后将一第一散热块紧密嵌入到所述第一盲孔中，使得所述散热块的底面与所述功率元件的顶表面之间的隔热密封胶层的厚度小于100微米，所述第一散热块的上端裸露于所述第一隔热密封胶层；
7）去除部分的所述树脂基底，以在所述功率元件的下方均形成第二盲孔，然后将第二散热块嵌入到相应的所述第二盲孔中，所述第二散热块的下端裸露于所述树脂基底；
8）接着置于第二模具中，所述第一散热块的上表面以及所述第二散热块的下表面均与所述第二模具紧密贴合，注入一定量的第一密封树脂材料，以形成第一树脂密封胶层，所述第一树脂密封胶层充满所述第一环形凹孔，且所述第一树脂密封胶层完全覆盖所述树脂基底的下表面及侧表面、所述第一隔热密封胶层的上表面及侧表面、所述第一散热块的侧表面以及所述第二散热块的侧表面。
2.根据权利要求1所述的高性能IPM封装模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤1中，所述树脂基底的材质为PET、PEN、ABS、PMMA以及PC中的一种，通过切割工艺形成所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面，通过切割工艺形成所述凹槽，所述凹槽的深度为80-150微米。
3.根据权利要求1所述的高性能IPM封装模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤2中，通过切割工艺形成所述环形凹孔，所述环形凹孔的深度为1-2毫米。
4.根据权利要求1所述的高性能IPM封装模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤3中，金属凸块的材质铜，通过冲压或切割工艺形成多个所述金属凸块，所述金属凸块的厚度为200-300微米。
5.根据权利要求1所述的高性能IPM封装模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤4中，所述控制元件和所述功率元件均通过倒装工艺安装在所述电路布线结构上，所述控制元件的引脚和所述功率元件的引脚均通过焊接工艺安装在所述电路布线结构中的引脚焊盘上。
6.根据权利要求1所述的高性能IPM封装模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤5中，所述第一隔热型树脂材料按照重量百分比计算包括以下组分：ABS树脂20-30份，PET树脂30-40份，PC树脂10-20份，聚酰胺5-15份，玻璃纤维2-10份，硅酸铝粉末2-8份，膨胀珍珠岩粉末2-6份，硅酸镁粉末2-5份。
7.根据权利要求1所述的高性能IPM封装模块的制备方法，其特征在于：所述第一散热块和所述第二散热块的材质为石墨、铜、铝中的一种。
8.根据权利要求1所述的高性能IPM封装模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤8中，所述第一密封树脂材料按照重量百分比计算包括以下组分：ABS树脂20-30份，PET树脂30-40份，PC树脂10-20份，聚酰胺5-15份，碳化硅粉末2-5份。
9.一种高性能IPM封装模块，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的方法制备形成的。
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