CN109887889A - 一种功率模块封装及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功率模块封装及其制作方法，该功率模块封装包括：一基底，所述基底形成有一第一表面和一第二表面，其中所述第一表面内形成有一电路布线层，并且所述第一表面与所述第二表面之间贯穿形成有电连接的通孔；一功率芯片，贴合在所述第一表面；所述第一表面的四周形成有一容置空间；一绝缘胶体，填充于所述容置空间中，覆盖所述功率芯片。根据本发明，可以实现功率模块封装的机械化操作，且结构简单，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种功率模块封装及其制作方法，尤其涉及一种工艺简单的功率模块封装及其制作方法。
背景技术
随着用于制造功率半导体器件的材料以及工序的高速发展，在高电流、高电压下进行驱动的功率模块封装（Power module package）也在迅猛发展，使得功率模块在包括电动车、洗衣机、空调等电机驱动、电力电子领域有着广泛的应用。然而传统的功率模块封装工艺十分复杂，对工艺上的控制要求很高，并且人工成本很高。
如图1所示，为现有技术的功率模块封装立体结构示意图，其制造方法首先是选取一基底，在基底上形成一第一金属层，在第一金属层上方设置一多层覆铜陶瓷（DBC，Directed Bonded Copper）电路板，再在多层覆铜陶瓷电路板上形成一第二金属层，将功率芯片设置在第二金属层上，功率芯片的四周设置有外壳体，在外壳体上形成多个引脚，最后再灌封胶，用盖板密封以完成制作过程。上述制作过程工艺十分复杂，且一些步骤需要人工操作才能完成，需要更高的控制要求，增加人工成本的同时，给功率模块封装带来很多不便。
发明内容
鉴于现有技术的功率模块封装的制作工艺存在的问题，本发明提供了一种工艺简单的功率模块封装及其制作方法，无需人工，可以实现机械化操作，且结构简单，节约成本。
为达上述目的，本发明提供了一种功率模块封装，包括：一基底，基底形成有一第一表面和一第二表面，其中在第一表面内形成有一电路布线层，并且第一表面与第二表面之间贯穿形成有电连接的通孔；一功率芯片，贴合在第一表面；第一表面的四周形成有一容置空间；一绝缘胶体，填充于容置空间中，覆盖功率芯片。
进一步地，是在第一表面上的四周形成有一边框，边框与基底之间形成容置空间。
进一步地，是通过一外壳体与基底之间形成容置空间。
进一步地，基底为PCB板基底。
进一步地，PCB板基底为多层PCB板基底，多层PCB板基底之间设有绝缘层和电连接的通孔。
进一步地，边框为PCB边框，通过SMT 打件/焊接/胶合等方式贴合在基底上。
进一步地，基底的第二表面形成有外部连接端子，功率芯片与外部连接端子通过电路布线层与通孔电连接。
进一步地，基底为金属基底。
进一步地，边框为金属边框。
进一步地，绝缘胶体的高度与边框的高度相同。
进一步地，功率芯片为功率开关管，包括氮化镓金氧半场效应晶体管，碳化硅金氧半场效应晶体管，绝缘栅双极性晶体管。
进一步地，绝缘胶体为一绝缘导热胶。
本发明还提供了一种功率模块封装的制作方法，包括下述步骤：
步骤S1：选取一基底，基底形成有一第一表面和一第二表面，在第一表面内形成一电路布线层，并在第一表面与第二表面之间贯穿形成电连接的通孔；
步骤S2：将一功率芯片贴合在第一表面；
步骤 S3：在第一表面的四周形成一容置空间；
步骤 S4：将一绝缘胶体填充于容置空间中，覆盖功率芯片。
进一步地，通过在第一表面上的四周形成一边框，边框与基底之间形成容置空间。
进一步地，通过一外壳体与基底之间形成容置空间。
进一步地，选取的基底为PCB板基底。
进一步地，PCB板基底为多层PCB板基底，多层PCB板基底之间设有绝缘层和电连接的通孔。
进一步地，边框为PCB边框，通过SMT 打件/焊接/胶合等方式贴合在基底上。
进一步地，功率芯片通过SMT 打件/焊接/胶合等方式贴合在基底的第一表面。
进一步地，选取的基底为金属基底。
进一步地，边框为金属边框。
进一步地，绝缘胶体的高度与边框的高度相同。
以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的申请专利范围。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与附图加以阐述。
附图说明
图 1 为现有技术的功率模块封装立体结构示意图。
图 2 为根据本发明的功率模块封装制作方法流程图。
图 3 为根据本发明的第一较佳实施例的功率模块封装制作方法流程图。
图 4 为根据本发明的第一较佳实施例的功率模块封装立体结构示意图。
图 5 为图4所示功率模块封装立体结构整体示意图。
图 6 为根据本发明的第二较佳实施例的功率模块封装制作方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，现将详细阐述本发明的较佳实施例，在图式及实施方式中使用相同标号或字母的元件/ 构件代表相同或类似部分。
请参见图2，图 2 为本发明的功率模块封装制作方法流程图，其步骤包括：首先，选取一基底，基底形成有一第一表面和一第二表面，在第一表面内形成一电路布线层，并在第一表面与第二表面之间贯穿形成电连接的通孔；将一功率芯片贴合在第一表面；在第一表面的四周形成一容置空间；将一绝缘胶体填充于容置空间中，覆盖功率芯片。本发明的功率模块封装制作方法工艺简单，直接将各部件组装即可完成封装过程，有利于机械化操作。
请同时参见图3~图5，图3为根据本发明的第一较佳实施例的功率模块封装制作方法流程图，图 4为根据本发明的第一较佳实施例的功率模块封装立体结构示意图，图5 为图4所示功率模块封装立体结构整体示意图。
请参见图3，该实施例的功率模块封装的制作方法包括以下步骤：
步骤S1：选取一基底100，基底100形成有第一表面101和第二表面102，在第一表面101内形成电路布线层104，并在第一表面101与第二表面102之间贯穿形成电连接的通孔105。
优选的，该步骤中的基底为PCB板基底，在第一表面101内先形成一金属层103，金属层103优选为铜箔，根据电路布图刻蚀铜箔，局部地除去被刻蚀掉的铜箔，从而形成电路布线层104。
优选的，PCB板基底为多层PCB板基底，多层PCB板基底之间设有绝缘层和电连接的通孔，从而可以实现大电流的导通，散热性能也更好。多层PCB板基底可以为2层、4层、6层或者8层，但不仅限于此。
步骤 S2：将一功率芯片200贴合在第一表面101上，其中功率芯片200的尺寸小于第一表面101的尺寸。该步骤中优选的包括将功率芯片200通过SMT 打件方式贴合在第一表面101上，并使功率芯片200与电路布线层104电连接。值得注意的是，不仅限于上述方法，还可以使用焊接或者胶合等方式将功率芯片200贴合在第一表面101上。
SMT打件方式是将多层PCB板基底的最上层涂上锡膏，利用机器将该PCB边框元件放置在固定位置上，经过回焊机加热使锡膏溶解，从而使PCB边框元件与多层PCB板基底的第一表面101上的铜箔接点，以达到贴合的目的。
优选的，功率芯片200为功率开关管，包括金氧半场效应晶体管MOSFET，绝缘栅双极性晶体管IGBT等。其中，金氧半场效应晶体管优选的为GaN或SiC 金氧半场效应晶体管。
步骤S3：在基底100的第一表面101上的四周形成一边框300，使边框300与基底100之间形成一容置空间。边框300兼具填胶的框架模具与散热器的载具的功能。
优选的，该步骤中的边框300为PCB边框，其中PCB边框的高度优选的比功率芯片的高度高0.1mm。PCB边框通过SMT 打件/焊接/胶合等方式贴合在基底100上。SMT 打件方式与上述方法相同，在此不做赘述。
步骤 S4：将一绝缘胶体400填充于容置空间中，覆盖功率芯片200。优选的绝缘胶体为绝缘导热胶，填胶于边框300形成的容置空间里，并使绝缘胶体400的高度与边框300的高度相同。该种功率模块封装具有防潮散热的功能，且增强密封性。绝缘导热胶还具有软性，可以增加与外部散热器的密封性能，并且使压力均匀化，提高力学性能。
值得注意的是，上述容置空间不仅限于用上述方法形成，还可通过一外壳体替换边框300，该外壳体与基底100之间形成一容置空间。具体实施方法是：将一外壳体固定于基底100的第一表面101形成一容置空间，灌入绝缘胶体，覆盖功率芯片200，待其固化后将外壳体除去即可。为了使功率模块封装具备散热器载具的功能，该方法中的绝缘胶体是硬性的。
而在另一种实施方法中，绝缘胶体也可以是软性的，具体实施方式是：先在基底100的第一表面101的四周利用一硬性胶体形成一边框，再将外壳体固定于该硬性胶体上，以形成一容置空间，灌入软性的绝缘导热胶，覆盖功率芯片200即可。任何能实现上述功能的方法都可以，而不仅限于实施例中描述的方法。
请继续参见图4与图5，在该实施例中，功率模块封装包括：一基底100，具有第一表面101和第二表面102，其中第一表面101内有利用金属层103形成的电路布线层104，其与第二表面102之间贯穿有电连接的通孔105；一功率芯片200，贴合在第一表面101上；一贴合在第一表面101上的四周的边框300，边框300与基底100之间形成一容置空间；一绝缘胶体400，填充于容置空间中，覆盖功率芯片200。图5为图4所示的功率模块封装立体结构的整体示意图。
在上述实施例中，基底100的第二表面102设有外部连接端子。
在上述实施例中，功率芯片200还与外部连接端子通过电路布线层104和通孔105电连接。
图6 为根据本发明的第二较佳实施例的功率模块封装制作方法流程图。请参见图6，该实施例的功率模块封装的制作方法包括以下步骤：
步骤S1’： 选取一金属基底101'，对金属基底101'的上下表面进行防蚀处理；
步骤S2’： 分别在金属基底101'的上下表面形成上绝缘层和下绝缘层，得到一新的基底100'，基底100'具有第一表面102’和第二表面103’；
步骤S3’：在第一表面102’上形成电路布线层104'，并在第一表面102’和第二表面103’之间贯穿形成电连接的通孔105'；
步骤S4’： 将一功率芯片200贴合在第一表面102’；
步骤S5’： 在新的基底100'的第一表面102’的四周形成一边框300，使边框300与基底100'之间形成一容置空间；
步骤S6’： 将一绝缘胶体400填充于容置空间中，覆盖功率芯片200。
优选的，金属基底101'为铝基底。
优选的，边框200为金属边框。
综上所述，本发明通过简单的架构设计及工艺流程，使功率模块封装及其制作方法实现机械化操作，结构简单，节约成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (22)
1.一种功率模块封装，其特征在于，所述功率模块封装包括：
一基底，所述基底形成有一第一表面和一第二表面，其中所述第一表面内形成有一电路布线层，并且所述第一表面与所述第二表面之间贯穿形成有电连接的通孔；
一功率芯片，贴合在所述第一表面；
所述第一表面的四周形成有一容置空间；
一绝缘胶体，填充于所述容置空间中，覆盖所述功率芯片。
2.根据权利要求1所述的功率模块封装，其特征在于，所述第一表面上的四周形成有一边框，所述边框与所述基底之间形成所述容置空间。
3.根据权利要求1所述的功率模块封装，其特征在于，一外壳体与所述基底之间形成所述容置空间。
4.根据权利要求1或2所述的功率模块封装，其特征在于，所述基底为PCB板基底。
5.根据权利要求4所述的功率模块封装，其特征在于，所述PCB板基底为多层PCB板基底，所述多层PCB板基底之间设有绝缘层和所述电连接的通孔。
6.根据权利要求2所述的功率模块封装，其特征在于，所述边框为PCB边框，通过SMT 打件/焊接/胶合方式贴合在所述基底上。
7.根据权利要求1或2所述的功率模块封装，其特征在于，所述基底的所述第二表面形成有外部连接端子，所述功率芯片与所述外部连接端子通过所述电路布线层和所述通孔电连接。
8.根据权利要求1所述的功率模块封装，其特征在于，所述基底为金属基底。
9.根据权利要求2所述的功率模块封装，其特征在于，所述边框为金属边框。
10.根据权利要求2所述的功率模块封装，其特征在于，所述绝缘胶体的高度与所述边框的高度相同。
11.根据权利要求1所述的功率模块封装，其特征在于，所述功率芯片为功率开关管，包括氮化镓金氧半场效应晶体管，碳化硅金氧半场效应晶体管，绝缘栅双极性晶体管。
12.根据权利要求1所述的功率模块封装，其特征在于，所述绝缘胶体为一绝缘导热胶。
13.一种功率模块封装的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：
选取一基底，所述基底形成有一第一表面和一第二表面，在所述第一表面内形成一电路布线层，并在所述第一表面与所述第二表面之间贯穿形成电连接的通孔；
将一功率芯片贴合在所述第一表面；
在所述第一表面的四周形成一容置空间；
将一绝缘胶体填充于所述容置空间中，覆盖所述功率芯片。
14.根据权利要求13所述的功率模块封装的制作方法，其特征在于，通过在所述第一表面上的四周形成一边框，所述边框与所述基底之间形成所述容置空间。
15.根据权利要求13所述的功率模块封装的制作方法，其特征在于，通过一外壳体与所述基底之间形成所述容置空间。
16.根据权利要求13或14所述的功率模块封装的制作方法，其特征在于，选取的所述基底为PCB板基底。
17.根据权利要求16所述的功率模块封装的制作方法，其特征在于，所述PCB板基底为多层PCB板基底，所述多层PCB板基底之间设有绝缘层和所述电连接的通孔。
18.根据权利要求14所述的功率模块封装的制作方法，其特征在于，所述边框为PCB边框，通过SMT 打件/焊接/胶合方式贴合在所述基底上。
19.根据权利要求13或14所述的功率模块封装的制作方法，其特征在于，所述功率芯片通过SMT 打件/焊接/胶合方式贴合在所述基底的所述第一表面。
20.根据权利要求13所述的功率模块封装的制作方法，其特征在于，选取的所述基底为金属基底。
21.根据权利要求14所述的功率模块封装的制作方法，其特征在于，所述边框为金属边框。
22.根据权利要求14所述的功率模块封装的制作方法，其特征在于，所述绝缘胶体的高度与所述边框的高度相同。
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|---|---|---|---|---|
| CN110993511A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-04-10 | 通富微电子股份有限公司技术研发分公司 | 具有双面散热结构的半导体器件及封装器具、封装方法 |
| CN111725159A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-09-29 | 杰群电子科技（东莞）有限公司 | 一种高散热半导体产品、封装方法及电子产品 |
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| CN110993511B (zh) * | 2019-11-26 | 2021-10-12 | 通富微电子股份有限公司技术研发分公司 | 具有双面散热结构的半导体器件及封装器具、封装方法 |
| CN111725159A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-09-29 | 杰群电子科技（东莞）有限公司 | 一种高散热半导体产品、封装方法及电子产品 |
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