CN109449150A - 带引脚封装、无引脚封装的功率模块及其对应加工方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了带引脚封装、无引脚封装的功率模块及其对应加工方法，该功率模块包括散热片、功率元件、封装胶和高散热膜；将高散热膜作为最靠近功率元件的散热部件，利用高散热膜的散热、绝缘和高韧性的物理特性，将散热和绝缘集成在一个部件上实现，同时具备良好的加工适应性，该功率模块通过对应的加工方法生产，其通过与高散热膜实现功率模块的散热、绝缘和加工等各方面的性能设计，提高抗热震能力，减少制程缺陷，提高了良品率，相同功率下产品的厚度更小。

Description

带引脚封装、无引脚封装的功率模块及其对应加工方法
技术领域
本申请实施例涉及半导体领域，尤其涉及带引脚封装、无引脚封装的功率模块及其对应加工方法。
背景技术
IPM(Intelligent Power Module)，即智能功率模块，不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起。而且还内部集成有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。IPM中的功率半导体元件多采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor)和/或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，内部集成电流传感器及驱动电路的集成结构。IPM以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电力电子器件。
现有的智能功率模块电子元件的高度集成，如图1所示，从结构上主要包括引脚201、塑封料202、半导体功率元件203、绝缘陶瓷层205和散热片204，该结构的智能功率模块在生产中容易发生因部件缺点如低韧性，抗热震能力较差，容易发生结构缺陷，使产品出现高压击穿、导热失效、结构强度异常等问题。
发明内容
本申请提供了带引脚封装、无引脚封装的功率模块及其对应加工方法，以提供一种结构稳定性良好的设计方案，提高抗热震能力，减少制程缺陷，提高良品率。
第一方面提供一种带引脚封装的功率模块，包括：散热片、功率元件、导线架、封装胶和第一高散热膜；
所述第一高散热膜贴附于所述散热片的第一侧与所述导线架的第二侧之间，所述功率元件设置于所述导线架的第一侧组成功率电路，所述导线架与所述功率电路电连接；
所述封装胶包覆所述散热片的第二侧之外的区域，所述散热片的第二侧与所述散热片的第一侧为相对的两侧；所述导线架的引脚的末端延伸至所述封装胶之外。
其中，还包括第二高散热膜；
所述第二高散热膜贴附于所述导线架的第一侧，所述导线架的第二侧与所述导线架的第一侧为相对的两侧。
其中，所述第二高散热膜设置有黄光电路，所述功率元件通过所述黄光电路组成功率电路。
其中，所述第一高散热膜为高分子热塑型散热膜。
第二方面提供一种无引脚封装的功率模块，包括：导线架、功率元件、封装胶和第三高散热膜；
所述第三高散热膜填充于所述导线架的架间空隙，所述功率元件设置于所述导线架的第一侧组成功率电路，所述导线架与所述功率电路电连接；
所述封装胶包覆所述导线架的第一侧。
第三方面提供一种带引脚封装的功率模块的加工方法，包括：
步骤S101：提供导线架和散热片；
步骤S102：在所述导线架的第二侧和散热片的第一侧之间贴附第一高散热膜；
步骤S103：在所述导线架的第一侧安装功率元件，所述导线架的第二侧与所述导线架的第一侧为相对的两侧；
步骤S104：用封装胶封装所述散热片的第二侧之外的区域，所述散热片的第二侧与所述散热片的第一侧为相对的两侧；
步骤S105：剪切成型；
其中，所述步骤S102在所述步骤S101和所述步骤S103之间实施，或者，所述步骤S103在所述步骤S101和所述步骤S102之间实施。
其中，还包括：
步骤S106：在所述导线架的第一侧贴附第二高散热膜，在所述第二高散热膜形成黄光电路；
其中，所述步骤S106紧邻所述步骤S103之前实施。
其中，所述第一高散热膜通过热压或常温压进行贴附。
第四方面提供一种无引脚封装的功率模块的加工方法，包括：
步骤S201：提供导线架；
步骤S202：用高散热胶材填满所述导线架的架间空隙；
步骤S203：对所述导线架进行表面去膜；
步骤S204：在所述导线架的第一侧安装功率元件；
步骤S205：用封装胶封装所述导线架的第一侧；
步骤S206：剪切成型。
其中，所述高散热胶材通过热压或常压进行填充。
本申请实施例提供的功率模块包括散热片、功率元件、封装胶和高散热膜；将高散热膜作为最靠近功率元件的散热部件，利用高散热膜的散热、绝缘和高韧性的物理特性，将散热和绝缘集成在一个部件上实现，同时具备良好的加工适应性，该功率模块通过对应的加工方法生产，其通过与高散热膜实现功率模块的散热、绝缘和加工等各方面的性能设计，提高抗热震能力，减少制程缺陷，提高了良品率，同样功率规格下有更低产品厚度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是现有技术中一种功率模块的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种带引脚封装的功率模块的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的另一种带引脚封装的功率模块的结构示意图；
图4是图3中A处的局部放大图；
图5是本申请实施例提供的一种无引脚封装的功率模块的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的第一种带引脚封装的功率模块加工方法的加工工序图；
图7是本申请实施例提供的第二种带引脚封装的功率模块加工方法的加工工序图；
图8是本申请实施例提供的第三种带引脚封装的功率模块加工方法的加工工序图；
图9是本申请实施例提供的第四种带引脚封装的功率模块加工方法的加工工序图；
图10是本申请实施例提供的一种无引脚封装的功率模块加工方法的加工工序图。
其中：101-导线架；102-封装胶；103-散热片；104-第一高散热膜；105-IGBT/MOSFET；106-FRD；107-驱动IC；108-黄光电路；109-第三高散热膜；114-第二高散热膜；201-引脚；202-塑封料；203-半导体功率元件；205-绝缘陶瓷层；204-散热片。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。
参照图2，其为本申请实施例提供的一种带引脚封装的功率模块的结构示意图。该带引脚封装的功率模块，包括：散热片103、功率元件、导线架101、封装胶102和第一高散热膜104；
所述第一高散热膜104贴附于所述散热片103的第一侧与所述导线架101的第二侧之间，所述功率元件设置于所述导线架101的第一侧组成功率电路，所述导线架101与所述功率电路电相连；
所述封装胶102包覆所述散热片103的第二侧之外的区域，所述散热片103的第二侧与所述散热片103的第一侧为相对的两侧；所述导线架101的引脚的末端延伸至所述封装胶102之外。
功率元件可以是表面粘贴(SMT)元件，也可以是裸芯片(Bare die)，具体来说除了可以是IGBT和/或MOSFET，还可以从二极管(Diode)、碳硅二极管(SiC diode)、碳硅金氧半场效晶体管(SiC MOSFET)、氮化嫁金氧半场效晶体管(GaN MOSFET)、高压定相器(FRD)等会产生热能的电子元件。在本方案中，第一高散热膜104直接作为功率元件的界层，其除了实现功率元件的绝缘设计需求，还能与功率元件近距接触实现热量的快速转移，在IPM提高额定电流方案中可选择增加产品尺寸以降低发热密度；本方案中的设计因为良好的外露散热片散热效果，在同等尺寸下能够承受更大的额定电流，突破同尺寸下15A的额定电流的限制，最多可实现50％～55％的额定电流提升。而且，第一高散热膜104主要采用高分子热塑型材料制作，由此，在加工过程中具有良好的抗热震能力，便于加工，可以减少加工缺陷，提高产品的良品率。
导线架101包括多个引脚，引脚的形状由应用该功率模块的带电设备的具体需求而定，可能在一个设备中需要多种不同形状引脚的功率模块，除了图2所示的形状，其他例如还有海鸥形引脚，J形引脚等。导线架101的第一端(指每个引脚的一端)与功率电路连接，通常通过焊盘连接，以实现功率模块在具体使用时与外部电路的电性连接。封装胶102则是包覆所述散热片103的第二侧之外的区域，具体来说，封装胶102之内封装有功率电路、散热片103的第一侧、散热片103上连接第一侧和第二侧的侧面以及引脚靠近第一端的一部分，其中引脚的另一端需要外露以便于安装与外部电路实现电性连接。
进一步参照图3和图4，其分别为本申请实施例提供的另一种带引脚封装的功率模块的结构示意图和图3中A处的局部放大图，除了第一高散热膜104，还包括第二高散热膜114；
所述第二高散热膜114贴附于所述导线架101的第一侧，所述导线架101的第二侧与所述导线架101的第一侧为相对的两侧。
第二高散热膜114可以与第一高散热膜104具有相同的物理特征，在这种布局方式下功率元件位于导线架101的第一侧，但是并不与导线架101的第一侧直接固定，此时导线架101的第一侧并不是指导线架101上的某个结构，而是以导线架101的第一侧为参考的空间概念，功率元件位于第一侧朝向的这一空间内，并与导线架101的第一侧通过第二高散热膜114进行固定。在这种方式下，第二高散热膜114直接与功率元件接触，能够实现最优的散热效果，并作电路间绝缘。
基于功率元件与第二高散热膜114的位置关系和第二高散热膜114的特性，所述第二高散热膜114设置有黄光电路108，所述功率元件通过所述黄光电路108组成功率电路。具体来说，在第二高散热膜114先以曝光显影的方式形成对应于电路的槽体，然后在槽体内以电镀的方式形成电路，该电路即黄光电路108。黄光电路108能实现精细的电路制作，可以良好的适应小尺寸和/或高额定的功率模块的制作需求。当然，在实际的实施过程中，如果功率元件采用上下桥的布局设计，曝光显影电镀的过程除了实现电路、三相电路绝缘，亦可以实现上下桥的绝缘层。在图3和图4所示的方案中，除了可以实现良品率上升，散热性能的提高，还可以实现电路的精细化加工，进而满足更广泛的应用场景的需求。
请参照图5，其是本申请实施例提供的一种无引脚封装的功率模块的结构示意图。如图所示，无引脚封装的功率模块，包括：导线架101、功率元件、封装胶102和第三高散热膜109；
所述第三高散热膜109填充于所述导线架101的架间空隙，所述功率元件设置于所述导线架101的第一侧组成功率电路，所述导线架101与所述功率电路电连接；
所述封装胶102包覆所述导线架的第一侧。需要说明的是，本实施例中的第三高散热膜109不具备高度平整的表面结构，而是适应于导线架101的架间间隙的填充状态。
在本实施例以及前一实施例提供的功率模块中，功率元件除了前文所述的各种半导体器件，还有为实现智能控制而提供的驱动IC(集成电路，Integrated Circuit)，在图2、图3和图5中，105表示IGBT/MOSFET，106表示FRD，107表示驱动IC，另外需要说明的是，在图2、图3和图5中，IGBT/MOSFET 105、FRD 106和驱动IC 107的示出并不意味着对功率模块的电子元件的类型、数量和电子元件布局的限定，其仅用于表示功率模块中的电子元件与其它结构部件之间的结构关系，实际上可以根据使用设备和使用场景设计对应的功率电路，其可以采用各种各样的电子元件以及合适数量来实现既定设计功能，最终形成的功率模块均落入本方案的保护范围之内。
本实施例中的功率模块与前述实施例中功率模块的区别主要在于导线架的结构变化，但是导线架不是本方案的改进重点所在，本实施例的重点在于适应于无引脚的导线架，散热膜采用对应的设计方式，具体来说，将散热膜填充到导线架的架间空隙，将导线架从一个非平板结构通过高散热膜(即第三高散热膜)的填充变成平板结构，然后在该平板结构的第一侧完成功率电路的布置，并将这一侧封装，第三高散热膜在第二侧暴露在外，以实现快速水平散热；并且生产过程中具有良好的抗热震能力，便于加工，可以减少加工缺陷，提高产品的良品率。
请参考图6，其是本申请实施例提供的第一种带引脚封装的功率模块加工方法的加工工序图，如图所示，该带引脚封装的功率模块的加工方法，包括：
步骤S101：提供导线架和散热片。
步骤S102：在所述导线架的第二侧和散热片的第一侧之间贴附第一高散热膜。
所述第一高散热膜通过热压或常温压进行贴附。
步骤S103：在所述导线架的第一侧安装功率元件，所述导线架的第二侧与所述导线架的第一侧为相对的两侧。
步骤S104：用封装胶封装所述散热片的第二侧之外的区域，所述散热片的第二侧与所述散热片的第一侧为相对的两侧。
步骤S105：剪切成型。
本方案实施例中通过第一高散热膜作为各功能元件的载体，在加工过程中具有良好的抗热震能力，减少制程缺陷，提高了产品良品率。
请参考图7，其是本申请实施例提供的第二种带引脚封装的功率模块加工方法的加工工序图，如图所示，该带引脚封装的功率模块的加工方法，包括：
步骤S101：提供导线架和散热片。
步骤S103：在所述导线架的第一侧安装功率元件，所述导线架的第二侧与所述导线架的第一侧为相对的两侧。
步骤S102：在所述导线架的第二侧和散热片的第一侧之间贴附第一高散热膜。
所述第一高散热膜通过热压或常温压进行贴附。
步骤S104：用封装胶封装所述散热片的第二侧之外的区域，所述散热片的第二侧与所述散热片的第一侧为相对的两侧。
步骤S105：剪切成型。
本实施例通过第一高散热膜作为各功能元件的载体，在加工过程中具有良好的抗热震能力，减少制程缺陷，提高了产品良品率。并且第一高散热膜的设置工序可以有先后变化，可以根据生产线进行灵活选择。
请参考图8，其是本申请实施例提供的第三种带引脚封装的功率模块加工方法的加工工序图，如图所示，该带引脚封装的功率模块的加工方法，包括：
步骤S101：提供导线架和散热片。
步骤S102：在所述导线架的第二侧和散热片的第一侧之间贴附第一高散热膜。
所述第一高散热膜通过热压或常温压进行贴附。
步骤S106:在所述导线架的第一侧贴附第二高散热膜，在所述第二高散热膜形成黄光电路。
步骤S103：在所述导线架的第一侧安装功率元件，所述导线架的第二侧与所述导线架的第一侧为相对的两侧。
步骤S104：用封装胶封装所述散热片的第二侧之外的区域，所述散热片的第二侧与所述散热片的第一侧为相对的两侧。
步骤S105：剪切成型。
请参考图9，其是本申请实施例提供的第四种带引脚封装的功率模块加工方法的加工工序图，如图所示，该带引脚封装的功率模块的加工方法，包括：
步骤S101：提供导线架和散热片。
步骤S106：在所述导线架的第一侧贴附第二高散热膜，在所述第二高散热膜形成黄光电路。
步骤S103：在所述导线架的第一侧安装功率元件，所述导线架的第二侧与所述导线架的第一侧为相对的两侧。
步骤S102：在所述导线架的第二侧和散热片的第一侧之间贴附第一高散热膜。
所述第一高散热膜通过热压或常温压进行贴附。
步骤S104：用封装胶封装所述散热片的第二侧之外的区域，所述散热片的第二侧与所述散热片的第一侧为相对的两侧。
步骤S105：剪切成型。
请参考图10，其是本申请实施例提供的一种无引脚封装的功率模块加工方法的加工工序图，如图所示，该无引脚封装的功率模块的加工方法，包括：
步骤S201：提供导线架。
步骤S202：用高散热胶材填满所述导线架的架间空隙。
其中，所述高散热胶材通过热压或常压进行填充。
步骤S203：对所述导线架进行表面去膜。
步骤S204：在所述导线架的第一侧安装功率元件。
步骤S205：用封装胶封装所述导线架的第一侧。
步骤S206：剪切成型。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种带引脚封装的功率模块，其特征在于，包括：散热片、功率元件、导线架、封装胶和第一高散热膜；
所述第一高散热膜贴附于所述散热片的第一侧与所述导线架的第二侧之间，所述功率元件设置于所述导线架的第一侧组成功率电路，所述导线架与所述功率电路电连接；
所述封装胶包覆所述散热片的第二侧之外的区域，所述散热片的第二侧与所述散热片的第一侧为相对的两侧；所述导线架的引脚的末端延伸至所述封装胶之外。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包括第二高散热膜；
所述第二高散热膜贴附于所述导线架的第一侧，所述导线架的第二侧与所述导线架的第一侧为相对的两侧。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述第二高散热膜设置有黄光电路，所述功率元件通过所述黄光电路组成功率电路。
4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一高散热膜为高分子热塑型散热膜。
5.一种无引脚封装的功率模块，其特征在于，包括：导线架、功率元件、封装胶和第三高散热膜；
所述第三高散热膜填充于所述导线架的架间空隙，所述功率元件设置于所述导线架的第一侧组成功率电路，所述导线架与所述功率电路电连接；
所述封装胶包覆所述导线架的第一侧。
6.一种带引脚封装的功率模块的加工方法，其特征在于，包括：
步骤S101：提供导线架和散热片；
步骤S102：在所述导线架的第二侧和散热片的第一侧之间贴附第一高散热膜；
步骤S103：在所述导线架的第一侧安装功率元件，所述导线架的第二侧与所述导线架的第一侧为相对的两侧；
步骤S104：用封装胶封装所述散热片的第二侧之外的区域，所述散热片的第二侧与所述散热片的第一侧为相对的两侧；
步骤S105：剪切成型；
其中，所述步骤S102在所述步骤S101和所述步骤S103之间实施，或者，所述步骤S103在所述步骤S101和所述步骤S102之间实施。
7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，还包括：
步骤S106：在所述导线架的第一侧贴附第二高散热膜，在所述第二高散热膜形成黄光电路；
其中，所述步骤S106紧邻所述步骤S103之前实施。
8.根据权利要求6或7所述的加工方法，其特征在于，所述第一高散热膜通过热压或常温压进行贴附。
9.一种无引脚封装的功率模块的加工方法，其特征在于，包括：
步骤S201：提供导线架；
步骤S202：用高散热胶材填满所述导线架的架间空隙；
步骤S203：对所述导线架进行表面去膜；
步骤S204：在所述导线架的第一侧安装功率元件；
步骤S205：用封装胶封装所述导线架的第一侧；
步骤S206：剪切成型。
10.根据权利要求9所述的加工方法，其特征在于，所述高散热胶材通过热压或常压进行填充。
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