CN108878391A - 智能功率模块结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能功率模块结构及其制造方法。该智能功率模块结构包括基板(1)、芯片单元、预成型焊料(2)和封装材料(3)，芯片单元设置在基板(1)上，预成型焊料(2)与芯片单元电性连接，封装材料(3)封装在基板(1)、芯片单元和预成型焊料(2)外，预成型焊料(2)露出封装材料(3)。根据本发明的智能功率模块结构，能够实现智能功率模块的无引脚设计，便于智能功率模块实现自动化焊接，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种智能功率模块结构及其制造方法。
背景技术
随着半导体器件技术的发展，半导体器件一直在往高性能、高可靠性、小型化和低成本发展。传统智能功率模块采用铜引线框架为载体，在引线框架上焊接功率芯片，为了减小模块体积甚至采用内嵌PCB板的方式来实现驱动IC的走线。在制造成本及工艺难度上分析，引线框架冲压难度大，加工成本高，且实际生产上只能采用点胶焊片，工艺效率低；PCB在与引线框架组装上工艺繁琐，且PCB焊线稳定性不好，国内生产厂家也寥寥无几，成本昂贵；传统智能功率模块由于采用树脂全包封方式，在散热性能上较差；由于采用双列插脚安装，客户在模块组装过程中很难实现自动化焊接。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种智能功率模块结构及其制造方法，能够实现智能功率模块的无引脚设计，便于智能功率模块实现自动化焊接，提高生产效率。
为了解决上述问题，本发明提供一种智能功率模块结构，包括基板、芯片单元、预成型焊料和封装材料，芯片单元设置在基板上，预成型焊料与芯片单元电性连接，封装材料封装在基板、芯片单元和预成型焊料外，预成型焊料露出封装材料。
优选地，基板为铜绝缘基板。
优选地，预成型焊料的焊接端面与封装材料的表面齐平。
优选地，基板上对应芯片单元的位置印刷有焊料，芯片单元通过焊料回流焊接至基板上。
优选地，芯片单元通过焊线与基板之间电性连接。
优选地，预成型焊料通过回流焊、超声波或电阻焊的方式焊接固定在基板上。
优选地，基板的背面露出封装材料。
优选地，芯片单元包括驱动芯片、IGBT芯片和FRD芯片。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述的智能功率模块结构的制造方法，包括：
将芯片单元和预成型焊料固定在基板上；
对基板、芯片单元和预成型焊料之间进行电性连接；
对基板、芯片单元和预成型焊料进行封装；
打磨封装材料，使得预成型焊料露出封装材料。
优选地，将芯片单元和预成型焊料固定在基板上的步骤包括：
在基板上芯片单元的安装位置印刷焊料；
将芯片单元放置在安装位置；
对芯片单元进行回流焊接。
优选地，将芯片单元和预成型焊料固定在基板上的步骤包括：通过回流焊、超声波或电阻焊将预成型焊料焊接固定在基板上。
优选地，对基板、芯片单元和预成型焊料之间进行电性连接的步骤包括：
将芯片单元和基板之间通过焊线焊接的方式电性连接。
优选地，基板由铜绝缘基板拼板形成。
本发明提供的智能功率模块结构，包括基板、芯片单元、预成型焊料和封装材料，芯片单元设置在基板上，预成型焊料与芯片单元电性连接，封装材料封装在基板、芯片单元和预成型焊料外，预成型焊料露出封装材料。该智能功率模块结构采用预成型焊料与芯片单元之间实现电性连接，并通过预成型焊料来代替现有智能功率模块的引脚作用，在模块制造流程上可以省略传统智能功率模块中的切筋、引脚整型、引脚电镀三道工序，降低成本缩短产品交期，同时通过预成型焊料使得客户端能够采用贴片工艺焊接模块，能够实现智能功率模块的无引脚设计，便于智能功率模块实现自动化焊接，简化生产工艺，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例的智能功率模块结构的内部结构示意图；
图2为本发明实施例的智能功率模块结构的侧视结构示意图；
图3为本发明实施例的智能功率模块结构的立体结构示意图；
图4为本发明实施例的智能功率模块结构处于铜绝缘基板准备时的结构示意图；
图5为本发明实施例的智能功率模块结构处于铜绝缘基板印刷锡膏时的结构示意图；
图6为本发明实施例的智能功率模块结构处于放置IBGT、FRD、驱动芯片，进行回流焊时的结构示意图；
图7为本发明实施例的智能功率模块结构处于铝线焊接时的结构示意图；
图8为本发明实施例的智能功率模块结构焊接预成型锡焊料时的结构示意图；
图9为本发明实施例的智能功率模块结构进行环氧树脂填充后的结构示意图；
图10为本发明实施例的智能功率模块结构进行环氧树脂打磨后的结构示意图；
图11为本发明实施例的智能功率模块结构的制造方法流程图。
附图标记表示为：
1、基板；2、预成型焊料；3、封装材料；4、焊线；5、驱动芯片；6、IGBT芯片；7、FRD芯片；8、结合材。
具体实施方式
结合参见图1至图3所示，根据本发明的实施例，智能功率模块结构包括基板1、芯片单元、预成型焊料2和封装材料3，芯片单元设置在基板1上，预成型焊料2与芯片单元电性连接，封装材料3封装在基板1、芯片单元和预成型焊料2外，预成型焊料2露出封装材料3。
该智能功率模块结构采用预成型焊料2与芯片单元之间实现电性连接，并通过预成型焊料2来代替现有智能功率模块的引脚作用，在模块制造流程上可以省略传统智能功率模块中的切筋、引脚整型、引脚电镀三道工序，降低成本，缩短产品交期，同时通过预成型焊料2使得客户端能够采用贴片工艺焊接模块，能够实现智能功率模块的无引脚设计，便于智能功率模块实现自动化焊接，简化生产工艺，提高生产效率。
基板1可以为铝基板或者铜绝缘基板。在本实施例中，基板1为铜绝缘基板。铜基板和铝基板基本架构都为三层结构，电路层均为铜，中间层为树脂绝缘层，底部散热层则分为铝层和铜层；铜基板顶层和底层均为铜，中间为树脂，导热性能好、三层材料热膨胀系数一致，在温度变化时不会出现应力不匹配而导致基板翘曲、绝缘层开裂等问题；反之铝基板导热性能略差、材料热膨胀系数不匹配，容易出现失效。因此，采用铜绝缘基板具有更好的工作性能。
优选地，基板1由多块铜绝缘基板拼板而成，能够提高基板生产效率。
由于采用铜绝缘基板来取代引线框架，因此可以降低智能功率模块结构的成本，提高其散热性能。
预成型焊料2的焊接端面与封装材料3的表面齐平，可以使得成型后的智能功率模块结构的外形结构更好，保证预成型焊料2高度的一致性，可以更加方便实现预成型焊料2与其他结构的焊接操作，焊接效果更佳。
基板1上对应芯片单元的位置印刷有焊料，芯片单元通过焊料回流焊接至基板1上。在基板1为铜绝缘基板的基础上，由于采用铜绝缘基板为载体引入焊料印刷工艺，可以增加焊片效率，且较小的走线间距能够完全替代驱动芯片的载体PCB板，生产成本更低，产品可靠性更高。上述的焊料例如为锡膏。
芯片单元通过焊线4与基板1之间电性连接。在本实施例中，焊线4例如为铝线。焊线通过超声波将芯片单元与基板1的导电铜层相连，实现电性连接。
预成型焊料2通过回流焊、超声波或电阻焊的方式焊接固定在基板1上，可以方便地实现预成型焊料2在基板1上的焊接固定。
基板1的背面露出封装材料3，从而可以提高基板1与空气的基础面积，进而提高基板1的散热效果，提高智能功率模块结构的散热性能。
芯片单元包括驱动芯片5、IGBT芯片6和FRD芯片7。
上述的封装材料例如为环氧树脂。环氧树脂在熔融状态下将芯片单元及内部结构包裹起来，提供物理和电气保护，防止外部环境的冲击，对内部结构形成有效防护。
驱动芯片5与铜绝缘基板之间通过结合材8实现物理及电性连接，为功率芯片提供驱动信号。
IGBT芯片6为功率芯片实现开关动作为模块输出所需电流值。
结合材8用于实现芯片单元背面电极与铜绝缘基板的连接。
FRD为快恢复二极管(Fast recovery diode，简称FRD)，FRD芯片为功率芯片，用于配合IGBT开关动作。
结合参见图4至图11所示，根据本发明的实施例，上述的智能功率模块结构的制造方法包括：将芯片单元和预成型焊料2固定在基板1上；对基板1、芯片单元和预成型焊料2之间进行电性连接；对基板1、芯片单元和预成型焊料2进行封装；打磨封装材料3，使得预成型焊料2露出封装材料3。
通过上述的制造流程，可以利用预成型焊料2形成用于与其他电路进行焊接的结构，利用预成型焊料2代替了现有的引脚结构，因此在模块制造流程上可以省略传统智能功率模块中的切筋、引脚整型、引脚电镀三道工序，降低成本，缩短产品交期。
将芯片单元和预成型焊料2固定在基板1上的步骤包括：在基板1上芯片单元的安装位置印刷焊料；将芯片单元放置在安装位置；对芯片单元进行回流焊接。
将芯片单元和预成型焊料2固定在基板1上的步骤包括：通过回流焊、超声波或电阻焊将预成型焊料2焊接固定在基板1上。
对基板1、芯片单元和预成型焊料2之间进行电性连接的步骤包括：将芯片单元和基板1之间通过焊线4焊接的方式电性连接。
基板1由铜绝缘基板1拼板形成。
在进行智能功率模块结构的制造时，第一步，需要准备铜绝缘基板，铜绝缘基板为多块；第二步，将多块铜绝缘基板进行拼板，然后通过锡膏印刷将拼板后的铜绝缘基板在各芯片单元的安装位置处配置锡膏；第三步，放置芯片单元在相应的位置，然后对芯片单元进行回流焊接；第四步，对各个芯片单元和铜绝缘基板进行铝线焊接，在芯片单元与基板之间实现电性连接；第五步，焊接预成型焊料2，该步骤可以采用回流焊、超声波或电阻焊等方式来实现连接；第六步，将环氧树脂在基板1、芯片单元和预成型焊料2外注塑成型；第七步，打磨多余树脂，使得预成型焊料2露出；第八步，对智能功率模块结构进行测试，并将测试合格的智能功率模块结构进行入库。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种智能功率模块结构，其特征在于，包括基板(1)、芯片单元、预成型焊料(2)和封装材料(3)，所述芯片单元设置在所述基板(1)上，所述预成型焊料(2)与所述芯片单元电性连接，所述封装材料(3)封装在所述基板(1)、芯片单元和预成型焊料(2)外，所述预成型焊料(2)露出所述封装材料(3)。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块结构，其特征在于，所述基板(1)为铜绝缘基板。
3.根据权利要求1所述的智能功率模块结构，其特征在于，所述预成型焊料(2)的焊接端面与所述封装材料(3)的表面齐平。
4.根据权利要求1所述的智能功率模块结构，其特征在于，所述基板(1)上对应芯片单元的位置印刷有焊料，所述芯片单元通过所述焊料回流焊接至所述基板(1)上。
5.根据权利要求1所述的智能功率模块结构，其特征在于，所述芯片单元通过焊线(4)与所述基板(1)之间电性连接。
6.根据权利要求1所述的智能功率模块结构，其特征在于，所述预成型焊料(2)通过回流焊、超声波或电阻焊的方式焊接固定在所述基板(1)上。
7.根据权利要求1所述的智能功率模块结构，其特征在于，所述基板(1)的背面露出所述封装材料(3)。
8.根据权利要求1所述的智能功率模块结构，其特征在于，所述芯片单元包括驱动芯片(5)、IGBT芯片(6)和FRD芯片(7)。
9.一种如权利要求1至8中任一项所述的智能功率模块结构的制造方法，其特征在于，包括：
将芯片单元和预成型焊料(2)固定在基板(1)上；
对基板(1)、芯片单元和预成型焊料(2)之间进行电性连接；
对基板(1)、芯片单元和预成型焊料(2)进行封装；
打磨封装材料(3)，使得预成型焊料(2)露出封装材料(3)。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，将芯片单元和预成型焊料(2)固定在基板(1)上的步骤包括：
在基板(1)上芯片单元的安装位置印刷焊料；
将芯片单元放置在安装位置；
对芯片单元进行回流焊接。
11.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，将芯片单元和预成型焊料(2)固定在基板(1)上的步骤包括：通过回流焊、超声波或电阻焊将预成型焊料(2)焊接固定在基板(1)上。
12.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，对基板(1)、芯片单元和预成型焊料(2)之间进行电性连接的步骤包括：
将芯片单元和基板(1)之间通过焊线(4)焊接的方式电性连接。
13.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，基板(1)由铜绝缘基板(1)拼板形成。
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