CN110911290A - 功率封装模块的制备方法、功率封装模块和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功率封装模块的制备方法、功率封装模块和存储介质，制备方法包括：在基板上配置出绝缘层与布线层，布线层包括能够相互电连接的布线与焊接区；在焊接区的指定位置制备多层薄膜；根据功率封装模块布设方式，将功率封装模块中的多个器件分别固定多层薄膜上，以形成预处理模块；对预处理模块进行加热与冷却，并对冷却的预处理模块进行布线的连接，以形成待清洗模块；对待清洗模块执行清洗操作与密封操作，以形成功率封装模块。通过本发明的技术方案，增强了金属连线与引线框架以及金属基板与封装壳体之间的结合力，从而提高智能功率模块的耐湿热特性、可靠性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及封装技术领域，更具体而言，涉及一种功率封装模块的制备方法、一种功率封装模块和一种计算机可读存储介质。
背景技术
将多个功率器件、驱动电路及MCU进行集成，通过封装等工艺得到智能功率模块，相关技术中，在完成环氧树脂封装之前，由于功率器件焊接、金属连线绑定等操作导致的焊料、助焊剂、黏胶等残留物易导致塑封完成后引线框架与环氧树脂间之结合力变差，封装体易发生分层，降低了功率模块的耐湿热特性、可靠性和使用寿命。
另外，整个说明书对背景技术的任何讨论，并不代表该背景技术一定是所属领域技术人员所知晓的现有技术，整个说明书中的对现有技术的任何讨论并不代表该现有技术一定是广泛公知的或一定构成本领域的公知常识。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的第一个方面的目的在于提供一种功率封装模块的制备方法。
本发明的第二个方面的目的在于提供一种功率封装模块和一种计算机可读存储介质。
为实现上述目的，本发明的一个方面的技术方案，提供了一种功率封装模块的制备方法，包括：在基板上配置出绝缘层与布线层，布线层包括能够相互电连接的布线与焊接区；在焊接区的指定位置制备多层薄膜；根据功率封装模块布设方式，将功率封装模块中的多个器件分别固定多层薄膜上，以形成预处理模块；对预处理模块进行加热与冷却，并对冷却的预处理模块进行布线的连接，以形成待清洗模块；对待清洗模块执行清洗操作与密封操作，以形成功率封装模块。
在该技术方案中，基于在焊接区的指定位置制备多层薄膜，以及形成的预处理模块和清洗模块，可以去除功率模块封装过程中产生的有机污染物，增强了金属连线与引线框架以及金属基板与封装壳体之间的结合力，从而提高智能功率模块的耐湿热特性、可靠性和使用寿命。
具体地，功率封装模块具体可以包括基板；绝缘层，覆盖在基板上，布线层，布设在绝缘层上，多个器件能够与布线层配置出功率封装模块中的功率驱动电路，多个器件包括：整流器，用于将输入的交流信号转换为直流信号；功率因数校正模块，设置在基板上，并能够与整流器的输出端电连接，以接收直流信号；控制芯片，与功率因数校正模块电连接，用于向功率因数校正模块输出控制信号，功率因数校正模块根据控制信号对直流信号执行功率因数校正操作。
在上述技术方案中，绝缘层包括环氧树脂绝缘层；绝缘层中添加有导热制剂。
在上述技术方案中，导热制剂包括氧化铝和/或石棉颗粒。
在该技术方案中，通过在绝缘层添加氧化铝和/或石棉颗粒，能够增强绝缘层的导热效率。
其中，氧化铝是一种高强度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，在高温下可电离的离子晶体，常用于耐火材料；石棉具有高抗张强度，高挠性，耐化学和热侵蚀的特点，基于绝缘层中添加有导热制剂，增强了绝缘层的导热效率，有效防止了功率封装模块中器件和电路出现短路的现象。
在上述技术方案中，在基板上配置出绝缘层与布线层，布线层包括能够相互电连接的布线与焊接区，具体还包括：在绝缘层上不与基板接触的一侧利用物理气相沉积形成金属层，并通过图形化工艺形成焊接区以及引脚结构，并完成布线和连线，其中，金属层的厚度大于或等于1μm，并小于或等于5μm。
其中，物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源—固体或表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，通过低压气体过程，在基体表面沉淀具有某种特殊功能的薄膜的技术，基于物理气相沉积形成金属层，使绝缘层更加贴合基板。
在上述技术方案中，在焊接区的指定位置制备多层薄膜，具体包括：采用微电子工序在指定位置制备多层薄膜，其中，指定位置用户焊接体积大于预设体积的器件。
其中，利用微电子工艺在焊接区特定位置制备10μm厚度的Al/Ni多层薄膜(单层Al铝20nm，单层Ni镍20nm)，体积较大的芯片及功率器件的焊接封装过程采用加热Al/Ni多层膜的方法，减少了焊料层中焊料和助焊剂的引入，且Al/Ni多层膜热反应完成之后残余物为AlNi镍化铝，增强了焊料层的导热性和绝缘性。
在上述技术方案中，多层薄膜包括交替堆叠的至少一层铝薄膜与至少一层镍薄膜，其中，多层薄膜的厚度大于或等于8μm，并小于或等于12μm，每层铝薄膜或镍薄膜的厚度大于或等于15nm，并小于或等于25nm。
其中，铝薄膜既有塑料薄膜的特性，又具有金属的特性，可以起到遮光，防紫外线和延长保护物的作用。
在上述技术方案中，对预处理模块进行加热与冷却，并对冷却的预处理模块进行布线的连接，以形成待清洗模块，具体包括：将预处理模块置于加热腔中，并加热第一指定时长，多层薄膜生成残余的镍化铝；将加热后的预处理模块进行冷却后，执行金属线的绑定操作，以完成布线的连接。
其中，第一指定时长具体可以为大于或等于8min，并小于或等于12min，优选10min。
在上述技术方案中，对待清洗模块执行清洗操作与密封操作，以形成功率封装模块，具体包括：将待清洗模块置于多种清洗液中，并分别执行超声波清洗操作，以生成初清洗模块；将所初述清洗模块进行干燥操作后，放置于清洗腔体内；将清洗腔体内的初清洗模块执行表面清洗操作，以得到清洗模块。
在上述技术方案中，将待清洗模块置于多种清洗液中，并分别执行超声波清洗操作，以生成初清洗模块，具体包括：将待清洗模块分别置于丙酮、酒精、去离子水中；在每种清洗液清洗完毕后，分别执行第二指定时长的超声波清洗操作，以生成初清洗模块。
其中，将完成焊接的基板，分别置于丙酮、酒精、去离子水中，并分别执行超声波清洗操作，以生成清洗模块，经过这样的操作，能够有效清除残留在基板表面的有机污染物、焊料以及氧化物；利用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，去除了基板表面的污染，激活了基板表面活性和增强了基板表面与绝缘层之间的结合力，进而减小了金属棒线脱落以及引线框架与封装壳体分层或者错位的可能性，提高了功率封装模块的可靠性。
在上述技术方案中，将清洗腔体内的初清洗模块执行表面清洗操作，以得到清洗模块，具体包括：控制调节清洗腔内的气压至指定气压以下；向清洗腔内输入氩气，并执行等离子体清洗操作，以执行表面清洗操作，并得到清洗模块。
在该技术方案中，通过控制调节清洗腔内的气压调节至指定气压以下，使清洗腔内的的状态接近真空状态，以能够给在该真空状态下向清洗腔内通入氩气，以通过氩气气流实现对基板表面的清洗。
在上述技术方案中，对待清洗模块执行清洗操作与密封操作，以形成功率封装模块，具体还包括：将清洗模块置于适配的模具中；向模具注入热塑性树脂，以形成功率封装模块的密封层。
在该技术方案中，通过将完成清洗的基板置于封装模具中并注入热塑性树脂形成密封层以完成所述功率模块的封装。
本发明第二方面的技术方案提供了一种功率封装模块，实现如本发明第一方面的技术方案中任一项所述的功率封装模块的制备方法。故而具有上述第一方面任一技术方案的技术效果，在此不再赘述。
本发明第三方面的实施例提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现上述任一项技术方案所述的制备方法的步骤。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的一个实施例的功率封装模块的制备方法的流程图；
图2是本发明的一个实施例的功率封装模块的电路示意图；
图3至图9是本发明的一个实施例的功率封装模块的制备过程中的过程状态示意图。
其中，图2至图9中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
202整流器，204控制器，206多路功率因数校正模块，302基板，304绝缘层，306引线框架，308多层薄膜，310器件，312热塑性树脂。
具体实施方式
为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图3描述根据本发明的一些实施例。
实施例一
如图1所示，根据本发明的一个实施例的功率封装模块的制备方法，包括：
步骤S102，在基板上配置出绝缘层与布线层，布线层包括能够相互电连接的布线与焊接区。
步骤S104，在焊接区的指定位置制备多层薄膜。
其中，通过设置多层薄膜，有利于减少焊料层中焊料和助焊剂的引入。
步骤S106，根据功率封装模块布设方式，将功率封装模块中的多个器件分别固定多层薄膜上，以形成预处理模块。
具体地，如图2所示，作为功率封装模块的一种布设方式，具体包括：第一整流输出引脚DC-N，第二整流输出引脚DC-P，过流保护引脚ITRIP，负极引脚VSS，负极输出引脚GND，电感连接引脚PFC1，电感连接引脚PFC2，正极输出引脚VCC，驱动信号输入引脚PFCIN1，驱动信号输入引脚PFCIN2，故障输出引脚Fault，供电引脚VDD，整流输入引脚AC。
整流器202的输出端被配置为第一整流输出引脚DC-N与第二整流输出引脚DC-P，第一整流输出引脚可以直接连接至外部负载，第二整流输出引脚可以与多路功率因数校正模块相连，在控制器204上设置多个控制端，每个控制端与一路功率因数校正模块相连，以实现多路功率因数校正模块206相互独立受控。
步骤S108，对预处理模块进行加热与冷却，并对冷却的预处理模块进行布线的连接，以形成待清洗模块。
步骤S110，对待清洗模块执行清洗操作与密封操作，以形成功率封装模块。
具体地，功率封装模块具体可以包括基板；绝缘层，覆盖在基板上，布线层，布设在绝缘层上，多个器件能够与布线层配置出功率封装模块中的功率驱动电路，多个器件包括：整流器，用于将输入的交流信号转换为直流信号；功率因数校正模块，设置在基板上，并能够与整流器的输出端电连接，以接收直流信号；控制芯片，与功率因数校正模块电连接，用于向功率因数校正模块输出控制信号，功率因数校正模块根据控制信号对直流信号执行功率因数校正操作。
另外，多个器件还可以包括逆变器。
基于在焊接区的指定位置制备多层薄膜，以及形成的预处理模块和清洗模块，可以去除功率模块封装过程中产生的有机污染物，增强了金属连线与引线框架以及金属基板与封装壳体之间的结合力，从而提高智能功率模块的耐湿热特性、可靠性和使用寿命。
在上述实施例中，绝缘层包括环氧树脂绝缘层；绝缘层中添加有导热制剂。
在上述实施例中，导热制剂包括氧化铝和/或石棉颗粒。
其中，氧化铝是一种高强度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，在高温下可电离的离子晶体，常用于耐火材料；石棉具有高抗张强度，高挠性，耐化学和热侵蚀的特点，基于绝缘层中添加有导热制剂，增强了绝缘层的导热效率，有效防止了功率封装模块中器件和电路出现短路的现象。
在上述实施例中，在基板上配置出绝缘层与布线层，布线层包括能够相互电连接的布线与焊接区，具体还包括：在绝缘层上不与基板接触的一侧利用物理气相沉积形成金属层，并通过图形化工艺形成焊接区以及引脚结构，并完成布线和连线，其中，金属层的厚度大于或等于1μm，并小于或等于5μm。
其中，物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源—固体或表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，通过低压气体过程，在基体表面沉淀具有某种特殊功能的薄膜的技术，基于物理气相沉积形成金属层，使绝缘层更加贴合基板。
在上述实施例中，在焊接区的指定位置制备多层薄膜，具体包括：采用微电子工序在指定位置制备多层薄膜，其中，指定位置用户焊接体积大于预设体积的器件。
其中，利用微电子工艺在焊接区特定位置制备10μm厚度的Al/Ni多层薄膜(单层Al铝20nm，单层Ni镍20nm)，体积较大的芯片及功率器件的焊接封装过程采用加热Al/Ni多层膜的方法，减少了焊料层中焊料和助焊剂的引入，且Al/Ni多层膜热反应完成之后残余物为AlNi镍化铝，增强了焊料层的导热性和绝缘性。
在上述实施例中，多层薄膜包括交替堆叠的至少一层铝薄膜与至少一层镍薄膜，其中，多层薄膜的厚度大于或等于8μm，并小于或等于12μm，每层铝薄膜或镍薄膜的厚度大于或等于15nm，并小于或等于25nm。
其中，铝薄膜既有塑料薄膜的特性，又具有金属的特性，可以起到遮光，防紫外线和延长保护物的作用。
在上述实施例中，对预处理模块进行加热与冷却，并对冷却的预处理模块进行布线的连接，以形成待清洗模块，具体包括：将预处理模块置于加热腔中，并加热第一指定时长，多层薄膜生成残余的镍化铝；将加热后的预处理模块进行冷却后，执行金属线的绑定操作，以完成布线的连接。
在上述实施例中，对待清洗模块执行清洗操作与密封操作，以形成功率封装模块，具体包括：将待清洗模块置于多种清洗液中，并分别执行超声波清洗操作，以生成初清洗模块；将所初述清洗模块进行干燥操作后，放置于清洗腔体内；将清洗腔体内的初清洗模块执行表面清洗操作，以得到清洗模块。
在上述实施例中，将待清洗模块置于多种清洗液中，并分别执行超声波清洗操作，以生成初清洗模块，具体包括：将待清洗模块分别置于丙酮、酒精、去离子水中；在每种清洗液清洗完毕后，分别执行第二指定时长的超声波清洗操作，以生成初清洗模块。
其中，将完成焊接的基板，分别置于丙酮、酒精、去离子水中，并分别执行超声波清洗操作，以生成清洗模块，经过这样的操作，能够有效清除残留在基板表面的有机污染物、焊料以及氧化物；利用丙酮、酒精和去离子水超声清洗，去除了基板表面的污染，激活了基板表面活性和增强了基板表面与绝缘层之间的结合力，进而减小了金属棒线脱落以及引线框架与封装壳体分层或者错位的可能性，提高了功率封装模块的可靠性。
在上述实施例中，将清洗腔体内的初清洗模块执行表面清洗操作，以得到清洗模块，具体包括：控制调节清洗腔内的气压至指定气压以下；向清洗腔内输入氩气，并执行等离子体清洗操作，以执行表面清洗操作，并得到清洗模块。
在该实施例中，通过控制调节清洗腔内的气压调节至指定气压以下，使清洗腔内的的状态接近真空状态，以能够给在该真空状态下向清洗腔内通入氩气，以通过氩气气流实现对基板表面的清洗。
在上述实施例中，对待清洗模块执行清洗操作与密封操作，以形成功率封装模块，具体还包括：将清洗模块置于适配的模具中；向模具注入热塑性树脂，以形成功率封装模块的密封层。
在该实施例中，通过将完成清洗的基板置于封装模具中并注入热塑性树脂形成密封层以完成所述功率模块的封装。
具体地，基于上述制备过程的表述，对制备原料与制备条件进行具体化描述，包括：
图3示出了功率封装模块的基板302。
如图4所示，在基板302上形成绝缘层304。
如图5所示，在绝缘层上形成引线框架306。
如图6所示，基于引线框架306制备多层薄膜308。
如图7所示，执行器件310焊接与引线绑定后的待封装模块。
如图8所示，对待封装模块执行清洗操作。
如图9所示，采用热塑性树脂312进行封装，以得到功率封装模块。
具体过程包括：
(1)在铝基板上涂覆一层环氧树脂绝缘层，绝缘层中添加有AL2O3和石棉颗粒，增强绝缘层的导热效率，有效防止模块中器件和电路的短路现象。
(2)在绝缘层上不与散热层接触的一侧利用物理气相沉积形成一层金属层，金属层厚度为1-5μm并通过图形化工艺形成焊接区以及引脚结构。
(3)利用微电子工艺在焊接区特定位置制备10μm厚度的Al/Ni多层薄膜(单层Al20nm,单层Ni20nm)，将功率器件以及一些非功率器件置于多层膜上，将金属基板置于300℃真空箱中加热10分钟，冷却后取出进行金属连线的绑定。
(4)将完成焊接的铝基板分别置于丙酮、酒精、去离子水中，分别超声波清洗10分钟并取出，并利用干燥氩气或者氮气吹干。随后将铝基板置于真空腔体中，利用真空泵将腔体气压下降到2*10-12Pa后，通入氩气，氩气流量为20sccm，并利用等离子体清洗基板表面10分钟
(5)最后将基板置于封装模具中并注入热塑性树脂形成密封层以完成所述功率模块的封装。
实施例二
根据本发明的一个实施例的功率封装模块，采用上述制备方法制备而成。
功率封装模块具体可以包括基板；绝缘层，覆盖在基板上，布线层，布设在绝缘层上，多个器件能够与布线层配置出功率封装模块中的功率驱动电路，多个器件包括：整流器，用于将输入的交流信号转换为直流信号；功率因数校正模块，设置在基板上，并能够与整流器的输出端电连接，以接收直流信号；控制芯片，与功率因数校正模块电连接，用于向功率因数校正模块输出控制信号，功率因数校正模块根据控制信号对直流信号执行功率因数校正操作。
本实施例，实现如本发明实施例一的实施例中任一项的功率封装模块的制备方法。故而具有上述实施例一任一实施例的技术效果，在此不再赘述。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种功率封装模块的制备方法，其特征在于，包括：
在基板上配置出绝缘层与布线层，所述布线层包括能够相互电连接的布线与焊接区；
在所述焊接区的指定位置制备多层薄膜；
根据所述功率封装模块布设方式，将所述功率封装模块中的多个器件分别固定所述多层薄膜上，以形成预处理模块；
对所述预处理模块进行加热与冷却，并对冷却的所述预处理模块进行所述布线的连接，以形成待清洗模块；
对所述待清洗模块执行清洗操作与密封操作，以形成所述功率封装模块。
2.根据权利要求1所述的功率封装模块的制备方法，其特征在于，
所述绝缘层包括环氧树脂绝缘层；
所述绝缘层中添加有导热制剂。
3.根据权利要求2所述的功率封装模块的制备方法，其特征在于，
所述导热制剂包括氧化铝和/或石棉颗粒。
4.根据权利要求3所述的功率封装模块的制备方法，其特征在于，所述在基板上配置出绝缘层与布线层，所述布线层包括能够相互电连接的布线与焊接区，具体还包括：
在所述绝缘层上不与所述基板接触的一侧利用物理气相沉积形成金属层，并通过图形化工艺形成所述焊接区以及引脚结构，并完成所述布线和连线，
其中，所述金属层的厚度大于或等于1μm，并小于或等于5μm。
5.根据权利要求1所述的功率封装模块的制备方法，其特征在于，所述在所述焊接区的指定位置制备多层薄膜，具体包括：
采用微电子工序在所述指定位置制备所述多层薄膜，
其中，所述指定位置用户焊接体积大于预设体积的器件。
6.根据权利要求5所述的功率封装模块的制备方法，其特征在于，
所述多层薄膜包括交替堆叠的至少一层铝薄膜与至少一层镍薄膜，
其中，所述多层薄膜的厚度大于或等于8μm，并小于或等于12μm，每层所述铝薄膜或所述镍薄膜的厚度大于或等于15nm，并小于或等25nm。
7.根据权利要求6所述的功率封装模块的制备方法，其特征在于，所述对所述预处理模块进行加热与冷却，并对冷却的所述预处理模块进行所述布线的连接，以形成待清洗模块，具体包括：
将所述预处理模块置于加热腔中，并加热第一指定时长，所述多层薄膜生成残余的镍化铝；
将加热后的所述预处理模块进行冷却后，执行金属线的绑定操作，以完成所述布线的连接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的功率封装模块的制备方法，其特征在于，所述对所述待清洗模块执行清洗操作与密封操作，以形成所述功率封装模块，具体包括：
将所述待清洗模块置于多种清洗液中，并分别执行超声波清洗操作，以生成初清洗模块；
将所初述清洗模块进行干燥操作后，放置于清洗腔体内；
将所述清洗腔体内的所述初清洗模块执行表面清洗操作，以得到清洗模块。
9.根据权利要求8所述的功率封装模块的制备方法，其特征在于，所述将所述待清洗模块置于多种清洗液中，并分别执行超声波清洗操作，以生成初清洗模块，具体包括：
将所述待清洗模块分别置于丙酮、酒精、去离子水中；
在每种所述清洗液清洗完毕后，分别执行第二指定时长的超声波清洗操作，以生成所述初清洗模块。
10.根据权利要求9所述的功率封装模块的制备方法，其特征在于，所述将所述清洗腔体内的所述初清洗模块执行表面清洗操作，以得到清洗模块，具体包括：
控制调节所述清洗腔内的气压至指定气压以下；
向所述清洗腔内输入氩气，并执行等离子体清洗操作，以执行所述表面清洗操作，并得到所述清洗模块。
11.根据权利要求8所述的功率封装模块的制备方法，其特征在于，所述对所述待清洗模块执行清洗操作与密封操作，以形成所述功率封装模块，具体还包括：
将所述清洗模块置于适配的模具中；
向所述模具注入热塑性树脂，以形成所述功率封装模块的密封层。
12.一种功率封装模块，其特征在于，
所述功率封装模块采用如权利要求1至11中任一项所述的功率封装模块的制备方法制备形成。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1至11中任一项所述的制备方法的步骤。
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