CN110364488A - 一种碳化硅功率模块低感封装结构及方法 - Google Patents

一种碳化硅功率模块低感封装结构及方法 Download PDF

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何志
李�浩
李晓波
杨私私
李婷婷
张骞
王静辉
袁凤坡
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Abstract

本发明涉及碳化硅功率模块技术领域，具体涉及一种碳化硅功率模块低感封装结构及方法，主要包括：外壳、散热底板、DBC衬板，所述散热底板两端设有安装孔，中部为冷却液，散热底板上设有注入端；所述散热底板形状不限于平面，可以为四方柱体、正六方柱体、正八方柱体；所述DBC衬板通过银浆焊接于散热底板的上下两侧相同位置；所述外壳分为上、下两部分，通过点胶工艺实现散热底板与外壳之间的紧密粘接。本发明一方面通过上下对称性结构的DBC衬板设计来减小回路电感偏差，实现部分分布电感的抵消；另一方面采用具有冷却散热功能的散热底板，提高芯片散热能力，从而减小封装寄生电感，并提高散热能力，最终实现低感、紧凑的高效封装。

Description

一种碳化硅功率模块低感封装结构及方法
技术领域
本发明属于碳化硅功率模块技术领域，具体涉及一种碳化硅功率模块低感封装结构及方法。
背景技术
碳化硅（SiC）器件具有高频、耐高温和高压等特点，能有效降低电力转换时的损耗，有助于设备节能及节省设备占地空间，已成为电力电子装置研究的重要选择。Cree、Rohm、富士等企业已经纷纷推出SiC 功率模块，并在光伏逆变器等领域实现应用。
在模块化方面，首先研发的混合 SiC 功率模块。虽然其应用能大大提升电力电子装置的效率，但SiC 功率模块在开关过程中普遍存在电流振荡问题，原因之一在于模块中的寄生电感过大、易形成振荡回路，因此 SiC 功率模块的低感设计成为目前研究的热点。SiC 功率模块内部的寄生电感主要来自功率端子、键合铝线及芯片。本发明设计了一款SiC功率模块，一方面通过上下对称性结构的DBC衬板设计来减小回路电感偏差，实现部分分布电感的抵消；另一方面采用具有冷却散热功能的散热底板，提高芯片散热能力，从而减小封装寄生电感，并提高散热能力，最终实现低感、紧凑的高效封装。
发明内容
为了实现碳化硅功率模块的低感封装，本发明通过上下对称性结构的DBC衬板设计来减小回路电感偏差，实现部分分布电感的抵消，减小了功率模块的寄生电感，有效降低了模块的峰值电流和振荡时长，缓解了SiC 功率模块的电流振荡并降低了模块的开通损耗；另一方面采用具有冷却散热功能的散热底板，提高芯片散热能力，本发明设计的低感封装模块应用于光伏逆变器中，可有效提高光伏逆变器的转化效率。
本发明的具体技术方案是：
一种碳化硅功率模块低感封装结构，主要包括：外壳、散热底板、DBC衬板，其特征在于：所述散热底板两端设有安装孔，中部为冷却液，散热底板上设有注入端；所述散热底板形状不限于平面，可以为四方柱体、正六方柱体、正八方柱体；所述DBC衬板通过银浆焊接于散热底板的上下两侧相同位置；所述外壳分为上、下两部分，通过点胶工艺实现散热底板与壳体之间的紧密粘接。
一种碳化硅功率模块低感封装方法，封装步骤如下：
步骤1：冷却液注入
将冷却液通过散热底板的注入端注入散热底板内部，关闭注入端，清理并干燥；
步骤2：DBC板焊接
先将银浆涂在散热底板上表面设计位置处，将DBC衬板精确按压于银浆上，置于真空炉内进行银浆固化；
后将银浆涂在散热底板下表面设计位置处，将DBC衬板精确按压于银浆上，置于真空炉内进行银浆固化；
步骤3：上层丝网印刷、自动贴片、真空回流焊接步骤
先将锡膏（或银浆）按设定图形印刷于已经设计好上层DBC衬板铜板表面，为自动贴片做好前期准备；随后，将模块所需SiC基芯片贴装于DBC衬板印刷锡膏（或银浆）表面；最后，将完成贴片的DBC半成品置于真空炉内，进行回流焊接；
步骤4：下层丝网印刷、自动贴片、真空回流焊接步骤
先将锡膏（或银浆）按设定图形印刷于已经设计好下层DBC衬板铜板表面，为自动贴片做好前期准备；随后，将模块所需SiC基芯片贴装于DBC衬板印刷锡膏（或银浆）表面；最后，将完成贴片的DBC半成品置于真空炉内，进行回流焊接；
步骤5：超声波清洗
通过清洗剂对焊接完成后的DBC半成品进行清洗，以保证芯片表面清洁度满足键合打线要求；
步骤6：缺陷检测
通过X光检测筛选出空洞大小符合标准的半成品，防止不良品流入下一道工序；
步骤7：自动引线键合
通过键合打线，将各个芯片与DBC等连接起来，形成完整的电路结构；
步骤8：激光打标
对外壳表面进行激光打标，表面产品品牌，型号，原理图等信息。外壳在未粘连前打标，避免打标中损坏芯片；
步骤9：壳体塑封
分别对上、下外壳进行点胶并加装散热底板，起到粘合散热底板的作用；
步骤10：壳体灌胶与固化
先对对上壳体内部进行加注A，B胶并抽真空，高温固化，达到绝缘保护作用；随后对产品进行加装顶盖并对端子进行折弯成形；
再对下壳体内部进行加注A，B胶并抽真空，高温固化，达到绝缘保护作用；随后对产品进行加装顶盖并对端子进行折弯成形；
本发明的有益效果是：本发明通过上下对称性结构的DBC衬板设计来减小回路电感偏差，实现部分分布电感的抵消，减小了功率模块的寄生电感，有效降低了模块的峰值电流和振荡时长，缓解了SiC 功率模块的电流振荡并降低了模块的开通损耗；另一方面采用具有冷却散热功能的散热底板，提高芯片散热能力，本发明设计的低感封装模块应用于光伏逆变器中，可有效提高光伏逆变器的转化效率。
附图说明
图1为本发明实施例的刨面结构图；
1-端子，2-外壳，3-注入端，4-散热底板，5-安装孔，6-银浆，7-芯片，8-DBC衬板，9-冷却液，10-键合引线。
具体实施方式
本发明属于碳化硅功率模块技术领域，具体涉及一种碳化硅功率模块低感封装结构及方法。具体步骤如下：
步骤1：冷却液注入
将冷却液通过散热底板的注入端注入散热底板内部，关闭注入端，清理并干燥；
步骤2：DBC板焊接
先将银浆涂在散热底板上表面设计位置处，将DBC衬板精确按压于银浆上，置于真空炉内进行银浆固化；
后将银浆涂在散热底板下表面设计位置处，将DBC衬板精确按压于银浆上，置于真空炉内进行银浆固化；
步骤3：上层丝网印刷、自动贴片、真空回流焊接步骤
先将锡膏（或银浆）按设定图形印刷于已经设计好上层DBC衬板铜板表面，为自动贴片做好前期准备；随后，将模块所需SiC基芯片贴装于DBC衬板印刷锡膏（或银浆）表面；最后，将完成贴片的DBC半成品置于真空炉内，进行回流焊接；
步骤4：下层丝网印刷、自动贴片、真空回流焊接步骤
先将锡膏（或银浆）按设定图形印刷于已经设计好下层DBC衬板铜板表面，为自动贴片做好前期准备；随后，将模块所需SiC基芯片贴装于DBC衬板印刷锡膏（或银浆）表面；最后，将完成贴片的DBC半成品置于真空炉内，进行回流焊接；
步骤5：超声波清洗
通过清洗剂对焊接完成后的DBC半成品进行清洗，以保证芯片表面清洁度满足键合打线要求；
步骤6：缺陷检测
通过X光检测筛选出空洞大小符合标准的半成品，防止不良品流入下一道工序；
步骤7：自动引线键合
通过键合打线，将各个芯片与DBC等连接起来，形成完整的电路结构；
步骤8：激光打标
对模块外壳表面进行激光打标，表面产品品牌，型号，原理图等信息。壳体在未粘连前打标，避免打标中损坏芯片；
步骤9：壳体塑封
分别对上、下外壳进行点胶并加装底板，起到粘合底板的作用；
步骤10：壳体灌胶与固化
先对对上壳体内部进行加注A，B胶并抽真空，高温固化，达到绝缘保护作用；随后对产品进行加装顶盖并对端子进行折弯成形；
再对下壳体内部进行加注A，B胶并抽真空，高温固化，达到绝缘保护作用；随后对产品进行加装顶盖并对端子进行折弯成形。
另外,本发明的散热底板不限于上下面安装模块,可以是四方体四周安装模块、正六方柱体、正八方柱体等，通过中心的冷却液，模块产生大量的热量的能够有效地消散,避免了引线间平行引起的电感，因此提高了功率模块封装的性能。
虽然出于说明目的公开了本发明的实施方式,但应该理解的是,根据本发明的功率模块封装并不限于此,本领域技术人员可以理解的是,在不脱离本发明的范围和精神的情况下,可以做出各种修改、添加和替换应该理解为在本发明内,本发明的具体范围在附带的权利要求中公开。

Claims (3)

1.一种碳化硅功率模块低感封装结构，主要包括：外壳、散热底板、DBC衬板，其特征在于：所述散热底板两端设有安装孔，中部为冷却液，散热底板上设有注入端；所述DBC衬板通过银浆焊接于散热底板的上下两侧相同位置；所述外壳分为上、下两部分，通过点胶工艺实现散热底板与外壳之间的紧密粘接。
2.如权利要求1所述的一种碳化硅功率模块低感封装结构，其特征在于：所述散热底板形状不限于平面，可以为四方柱体、正六方柱体、正八方柱体。
3.如权利要求1所述的一种碳化硅功率模块低感封装结构的制造方法，其包括封装步骤如下：
步骤1：冷却液注入
将冷却液通过散热底板的注入端注入散热底板内部，关闭注入端，清理并干燥；
步骤2：DBC板焊接
先将银浆涂在散热底板上表面设计位置处，将DBC衬板精确按压于银浆上，置于真空炉内进行银浆固化；
后将银浆涂在散热底板下表面设计位置处，将DBC衬板精确按压于银浆上，置于真空炉内进行银浆固化；
步骤3：上层丝网印刷、自动贴片、真空回流焊接步骤
先将锡膏（或银浆）按设定图形印刷于已经设计好上层DBC衬板铜板表面，为自动贴片做好前期准备；随后，将模块所需SiC基芯片贴装于DBC衬板印刷锡膏（或银浆）表面；最后，将完成贴片的DBC半成品置于真空炉内，进行回流焊接；
步骤4：下层丝网印刷、自动贴片、真空回流焊接步骤
先将锡膏（或银浆）按设定图形印刷于已经设计好下层DBC衬板铜板表面，为自动贴片做好前期准备；随后，将模块所需SiC基芯片贴装于DBC衬板印刷锡膏（或银浆）表面；最后，将完成贴片的DBC半成品置于真空炉内，进行回流焊接；
步骤5：超声波清洗
通过清洗剂对焊接完成后的DBC半成品进行清洗，以保证芯片表面清洁度满足键合打线要求；
步骤6：缺陷检测
通过X光检测筛选出空洞大小符合标准的半成品，防止不良品流入下一道工序；
步骤7：自动引线键合
通过键合打线，将各个芯片与DBC等连接起来，形成完整的电路结构；
步骤8：激光打标
对模块外壳表面进行激光打标，表面产品品牌，型号，原理图等信息；
壳体在未粘连前打标，避免打标中损坏芯片；
步骤9：壳体塑封
分别对上、下外壳进行点胶并加装底板，起到粘合底板的作用；
步骤10：壳体灌胶与固化
先对对上壳体内部进行加注A，B胶并抽真空，高温固化，达到绝缘保护作用；随后对产品进行加装顶盖并对端子进行折弯成形；
再对下壳体内部进行加注A，B胶并抽真空，高温固化，达到绝缘保护作用；随后对产品进行加装顶盖并对端子进行折弯成形。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113334906A (zh) * 2021-05-17 2021-09-03 河南省丽晶美能电子技术有限公司 一种功率模块自动化生产设备
CN117438322A (zh) * 2023-12-19 2024-01-23 华羿微电子股份有限公司 一种防止功率模块电镀后dbc部位变色的方法、治具

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