CN110289217A - 一种功率模块的封装工艺 - Google Patents

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Abstract

一种功率模块的封装工艺。涉及功率模块加工工艺的改进。提出了一种逻辑清晰、简单有效、加工周期短且加工效果好、产品品质高，可有效克服因框架两侧塑封料收缩时对框架的作用力差异，而导致塑封体整体出现中心朝向芯片所在一侧拱起的翘曲现象的功率模块的封装工艺。本发明本案通过对模腔形状的调整，使得开模后，塑封体朝向芯片反方向的一侧拱起，即原翘曲现象的反方向，这样在工件自然冷却到常温的过程中，借助框架两侧塑封料收缩时对框架的作用力差异，将使得塑封体冷却完毕后保持高度平整，有效解决了传统加工工艺中出现的翘曲现象。本案从整体上具有逻辑清晰、简单有效、加工周期短、加工效果好、产品品质高以及产品平整度高、无翘曲等优点。

Description

一种功率模块的封装工艺
技术领域
本发明涉及功率模块加工工艺的改进。
背景技术
功率模块包括光伏模块、IPM模块、整流桥等，其在封装时，通常先将焊好芯片以及跳线的框架置于模腔中，再注入塑封料，待达到180℃后进行开模，取出工件进行自然冷却。
然而，如图5-6所示，由于芯片处于框架的一侧，因此，为更好的保护芯片，通常框架朝向芯片一侧的塑封料的厚度大于框架背向芯片一侧的塑封料的厚度；这样，在工件由180-25℃的自然冷却过程中，框架两侧所承受的来自塑封料冷却收缩而产生的收缩力必然不一致，从而导致工件封装完毕后出现朝向芯片所在一侧微微翘曲的现象。
上述的翘曲现象在尺寸较小单芯片的二极管模块中体现并不明显，对单芯片的二极管模块的后续使用影响不大；而在尺寸较大的功率模块中却体现的极为明显，在功率模块后续的安装、使用过程中，常因此类翘曲现象带来引脚偏移、难以安装等问题。
对此，本案申请人还通过实际测量对以上理论进行了佐证。取传统工艺加工出的三个IPM模块，将芯片所在的一侧朝上放置，采用测试仪器量测平整度，可建立表1：
表1
序号 塑封体左侧顶缘高度H1 塑封体中心点高度H2 塑封体右侧顶缘高度H3 高度差△H
1 4.371mm 5.535mm 4.395mm 1.152mm
2 4.407mm 5.520mm 4.324mm 1.155mm
3 4.381mm 5.524mm 4.371mm 1.148mm
从而结合实际测量，确定由于框架两侧塑封料收缩时对框架的作用力差异，将导致功率模块的塑封体整体出现中心朝向芯片所在一侧拱起的翘曲。
针对该技术问题，本申请人尝试了多种解决方案，如在保压状态下使工件冷却，或封装完毕后重新反向折弯工件等，然而，无论是上述的哪种解决方案均带来了加工周期大幅延长、压坏工件、废品率增加等问题。对此，如何在保证加工品质、不延长加工周期的前提下，解决塑封体冷却后出现翘曲的问题成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对以上问题，提出了一种逻辑清晰、简单有效、加工周期短且加工效果好、产品品质高，可有效克服因框架两侧塑封料收缩时对框架的作用力差异，而导致塑封体整体出现中心朝向芯片所在一侧拱起的翘曲现象的功率模块的封装工艺。
本发明的技术方案为：将功率模块中的框架、芯片以及跳线置于上模和下模之间进行塑封；
所述上模的底面上开设有上模腔，所述上模腔的腔底的呈朝下凸起的曲面状，所述下模的顶面上开设有下模腔，所述下模腔的腔底呈朝下凹陷的曲面状。
所述上模腔腔底、下模腔腔底弯曲的弧度与塑封体原翘曲的弧度一致，且方向相反。
按以下步骤进行封装：
1）、放料：将将焊好芯片以及跳线的框架置于下模上，并使得芯片朝上、且待封装位置处于下模腔中；
2）、合模：驱动上模下行，进行合模，使得待封装位置处于上模腔和下模腔之间所形成的模腔中；
3）、注胶：将熔化后的塑封料注入模腔中；
4）、开模：待模腔中温度达到180℃后，驱动上模上行，进行开模；
5）、冷却：将工件置于常温环境下自然冷却；完毕。
本发明本案通过对模腔形状的调整，使得开模后，塑封体朝向芯片反方向的一侧拱起，即原翘曲现象的反方向，这样，在工件自然冷却到常温的过程中，借助框架两侧塑封料收缩时对框架的作用力差异，将使得塑封体冷却完毕后保持高度平整，有效解决了传统加工工艺中出现的翘曲现象，同时，由于本案在功率模块的加工中并未增加任何额外、多余的加工步骤，因此，将有效避免传统工艺出现加工周期延长的缺陷。本案从整体上具有逻辑清晰、简单有效、加工周期短、加工效果好、产品品质高以及产品平整度高、无翘曲等优点。
附图说明
图1是本案的使用过程示意图一，
图2是本案的使用过程示意图二，
图3是本案的使用过程示意图三，
图4是本案的使用过程示意图四，
图5是本案背景技术示意图一，
图6是图5的A-A向剖视图；
图中1是上模，10是上模腔，2是下模，20是下模腔，3是框架，30是废边，4是芯片，5是塑封体。
具体实施方式
本发明如图1-4所示，将功率模块中的框架3、芯片4以及跳线置于上模1和下模2之间形成的模腔中进行塑封；
所述上模1的底面上开设有上模腔10，所述上模腔10的腔底的呈朝下（即朝向塑封体原翘曲方向的反方向）凸起的曲面状，所述下模2的顶面上开设有下模腔20，所述下模腔20的腔底呈朝下（即朝向塑封体原翘曲方向的反方向）凹陷的曲面状。
所述上模腔腔底、下模腔腔底弯曲的弧度与塑封体翘曲的弧度一致，且方向相反。
按以下步骤进行封装：
1）、放料：如图1所示，将将焊好芯片以及跳线的框架置于下模上，并使得芯片朝上、且待封装位置处于下模腔中；
2）、合模：如图2所示，驱动上模下行，进行合模，使得待封装位置处于上模腔和下模腔之间所形成的模腔中；
3）、注胶：将熔化后的塑封料注入模腔中；
4）、开模：待模腔中温度达到180℃后，驱动上模上行，进行开模；取出后的工件如图3所示，此时，塑封体朝向芯片反方向的一侧拱起；
5）、冷却：将工件置于常温环境下自然冷却；完毕。从而借助框架两侧塑封料收缩时对框架的作用力差异，使得塑封体冷却完毕后保持高度平整，如图4所示。实际加工时，还需在此后对废边30进行切除。
本案通过对模腔形状的调整，使得开模后，塑封体朝向芯片反方向的一侧拱起，即原翘曲现象的反方向，这样，在工件自然冷却到常温的过程中，借助框架两侧塑封料收缩时对框架的作用力差异，将使得塑封体冷却完毕后保持高度平整，有效解决了传统加工工艺中出现的翘曲现象，同时，由于本案在功率模块的加工中并未增加任何额外、多余的加工步骤，因此，将有效避免传统工艺出现加工周期延长的缺陷。本案从整体上具有逻辑清晰、简单有效、加工周期短、加工效果好、产品品质高以及产品平整度高、无翘曲等优点。

Claims (3)

1.一种功率模块的封装工艺，其特征在于，将功率模块中的框架、芯片以及跳线置于上模和下模之间进行塑封；
所述上模的底面上开设有上模腔，所述上模腔的腔底的呈朝下凸起的曲面状，所述下模的顶面上开设有下模腔，所述下模腔的腔底呈朝下凹陷的曲面状。
2.根据权利要求1所述的一种功率模块的封装工艺，其特征在于，所述上模腔腔底、下模腔腔底弯曲的弧度与塑封体原翘曲的弧度一致，且方向相反。
3.根据权利要求1所述的一种功率模块的封装工艺，其特征在于，按以下步骤进行封装：
1）、放料：将将焊好芯片以及跳线的框架置于下模上，并使得芯片朝上、且待封装位置处于下模腔中；
2）、合模：驱动上模下行，进行合模，使得待封装位置处于上模腔和下模腔之间所形成的模腔中；
3）、注胶：将熔化后的塑封料注入模腔中；
4）、开模：待模腔中温度达到180℃后，驱动上模上行，进行开模；
5）、冷却：将工件置于常温环境下自然冷却；完毕。
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