CN111146094B - 氮化镓功率模块封装方法及加压装置 - Google Patents

氮化镓功率模块封装方法及加压装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种氮化镓功率模块封装方法及加压装置，属于功率模块封装技术领域，氮化镓功率模块封装方法包括：将密封胶印刷至成型模具的型腔内，将印刷了密封胶的成型模具保持水平状态放入60～90℃的真空烘箱内烘焙15～20min，获得预固化成型胶环；将预固化成型胶环贴装在放置了氮化镓功率模块的封装管壳上，将封装管帽与贴装了预固化成型胶环的封装管壳对齐贴装；将贴装了封装管帽的封装管壳放置于加压装置中，在封装管帽顶面施加向下的压力并保压；将对封装管帽施加了预设压力的加压装置放入120～170℃真空烘箱内烘焙3～5h，使预固化成型胶环进行再固化，获得封装完成的氮化镓功率模块。

Description

氮化镓功率模块封装方法及加压装置
技术领域
本发明属于功率模块封装技术领域，更具体地说，是涉及一种氮化镓功率模块封装方法及加压装置。
背景技术
GaN(Gallium nitride，氮化镓)功率模块采用热沉铜-钼铜-铜材料为底座，可伐合金为引线框架，使用三氧化二铝陶瓷管帽通过胶粘进行封装。模块内部经过芯片烧结或粘接，并绑定金线后进行密封。
目前，GaN功率模块的封装方法为：在管壳围坝四周点涂密封胶后，然后将管帽与管壳对齐贴装，持续施加一定压力，并进入烘箱烘焙。目前这种操作方式存在的问题在于，点涂到管壳侧壁上的密封胶的胶量不均匀，点涂后由于密封胶本身的流动性，以及贴装管帽施压后管帽四周挤出的胶量不一致，从而严重影响封装外观质量；由于对管帽四周施加的压力不均匀，导致管帽易发生偏转、错位，因此封装成品率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化镓功率模块封装方法及加压装置，旨在解决现有技术中氮化镓功率模块封装质量差、成品率低的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种氮化镓功率模块封装方法，包括以下步骤：
将密封胶印刷至成型模具的型腔内，将印刷了密封胶的成型模具保持水平状态放入60～90℃的真空烘箱内烘焙15～20min，获得预固化成型胶环；
将预固化成型胶环贴装在放置了氮化镓功率模块的封装管壳上，将封装管帽与贴装了预固化成型胶环的封装管壳对齐贴装；
将贴装了封装管帽的封装管壳放置于加压装置中，并在封装管帽顶面施加向下的预设压力并保压；
将对封装管帽施加了预设压力的加压装置放入120～170℃真空烘箱内烘焙3～5h，使预固化成型胶环进行再固化，获得封装完成的氮化镓功率模块。
作为本申请另一实施例，成型模具包括阵列设置的多个型腔，每个型腔内均印刷有密封胶，用于同时获得多个预固化成型胶环；将多个贴装了封装管帽的封装管壳一并放置于加压装置中同时进行保压烘焙。
作为本申请另一实施例，将密封胶印刷至成型模具的型腔内包括：通过印刷网板将密封胶印刷至水平放置的成型模具的型腔内，待密封胶自流填满成型模具的型腔后，使用刮刀贴紧成型模具的顶面进行多次刮胶。
本发明提供的氮化镓功率模块封装方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明氮化镓功率模块封装方法，采用预固化成型胶环作为封装管壳与封装管帽之间的密封胶进行封装，能够保证位于封装管壳周壁的胶量均匀，一方面能够保证胶粘封装质量好，另一方面能够保证封装外观质量高；
通过加压装置对封装管帽施加预设压力，确保封装管壳的四周受力均匀，避免封装管帽偏转、错位，封装质量高，能够提高封装成品率；并且在预固化成型胶环再固化的过程中，能够对管帽与管壳之间进行精准保压，从而获得高质量的氮化镓功率模块封装。
本发明还提供了一种用于上述氮化镓功率模块封装方法的加压装置，包括：
底座，用于水平放置于真空烘箱内，顶面用于支撑封装管壳，底座上设有沿上下方向延伸的连接杆；
压板，与连接杆上下滑动连接；
定位组件，设于底座上，用于定位压板至底座的距离；
多个弹性压件，分别位于压板与底座之间并与压板沿上下方向滑动连接，每一弹性压件用于对应其中一个封装管帽并用于向该封装管帽施加向下的压力。
作为本申请另一实施例，定位组件包括分别设于底座的两侧的两个螺杆，以及分别与两个螺杆一一对应螺纹连接的两个卡位螺母；其中，两个螺杆穿过压板的板面向上延伸；其中一个卡位螺母的顶面用于与压板的底面抵接，另一个卡位螺母的底面用于与压板的顶面抵接。
作为本申请另一实施例，压板的两侧分别设有卡槽；两个螺杆分别与底座的两侧铰接，每一螺杆具有摆动至底座的侧方的第一位置，还具有摆动至底座的上方的第二位置，在螺杆摆动至第一位置时，螺杆与卡槽分离，在螺杆摆动至第二位置时，螺杆向上穿过卡槽，且两个卡位螺母分别与压板的上下两面抵接。
作为本申请另一实施例，底座的顶面设有定位板，定位板上设有多个分别与各个弹性压件上下对齐的定位孔，每一定位孔用于卡装定位一个封装管壳。
作为本申请另一实施例，弹性压件包括：
压杆，与压板上下滑动连接；
压块，固接于压杆的下端，压块的底面用于与封装管帽的顶面抵接；
弹簧，套设于压杆上，且两端分别与压板的底面、压块的顶面抵接。
作为本申请另一实施例，压杆上螺纹连接有调节件，调节件与弹簧分别位于压板的上下两侧。
本发明提供的加压装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明加压装置压板与设于底座上的连接杆上下滑动连接，根据需要封装的氮化镓功率模块的尺寸大小，能够调整压板至底座的距离，调整到位后通过定位组件对压板进行定位固定，因此，能够适用于多种型号、尺寸的氮化镓功率模块的封装工作，通用性高；
压板与底座的距离调整完成并定位后，即可将多个对齐贴装了封装管帽的封装管壳放置于底座与各个弹性压件之间，使各个弹性压件分别对齐各个封装管帽并施加预设压力，从而使封装管帽的四周受力均衡，避免施压过程管帽偏转、错位，确保封装质量和外观质量；由于能够同时对多个贴装了封装管帽的封装管壳进行保压，封装效率高且封装一致性好。
本发明所采用的预固化成型胶环包括多个角接部以及多个直边部，且角接部与直边部交错连接成环；其中，角接部的厚度大于直边部的厚度。
本发明提供的预固化成型胶环的有益效果在于：与现有技术相比，本发明预固化成型胶环，通过对密封胶进行预固化处理，一方面保证了施加于封装管壳与封装管帽之间的胶量可控，一致性好，并通过预固化处理限制了密封胶的流动性，从而能够避免大量溢胶，提高外观质量，另一方面通过预固化处理以后的密封胶能够直接进行贴装，操作方便，适合批量生产；
由于封装管壳边角位置面积大，因此所需的胶量多，直边位置容胶面积小，因此所述的胶量少，通过将角接部的厚度设置为大于直边部的厚度，从而能够适当增加角接部的胶量，在对封装管帽施加后，封装管壳四周的溢胶量能够保持一致，从而确保封装的外观质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的氮化镓功率模块封装方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的加压装置的俯视结构图；
图3为沿图2中的A-A线的剖面视图；
图4为沿图2中的B-B线的剖面视图；
图5为本发明实施例所采用的定位板的结构示意图；
图6为本发明实施例所采用的预固化成型胶环的结构示意图；
图7为本发明实施例所采用的成型模具的结构示意图。
图中：1、底座；10、U型槽；100、销轴；11、连接杆；12、定位板；120、定位孔；2、压板；20、卡槽；3、弹性压件；31、压杆；311、调节件；32、压块；33、弹簧；4、定位组件；41、螺杆；42、卡位螺母；5、封装管壳；6、预固化成型胶环；61、角接部；62、直边部；7、封装管帽；8、成型模具；80、型腔。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图4、图6及图7，现对本发明提供的氮化镓功率模块封装方法进行说明。所述氮化镓功率模块封装方法，包括以下步骤：
步骤S101，将密封胶印刷至成型模具8的型腔80内，将印刷了密封胶的成型模具8保持水平状态放入60℃～90℃的真空烘箱内烘焙15min～20min，获得预固化成型胶环6；
步骤S102，将预固化成型胶环6贴装在放置了氮化镓功率模块的封装管壳5上，将封装管帽7与贴装了预固化成型胶环6的封装管壳5对齐贴装；
步骤S103，将贴装了封装管帽7的封装管壳5放置于加压装置中，并在封装管帽7顶面施加向下的预设压力并保压；
步骤S104，将对封装管帽7施加了预设压力的加压装置放入120℃～170℃真空烘箱内烘焙3h～5h，使预固化成型胶环6进行再固化，获得封装完成的氮化镓功率模块。
需要说明，本发明提供的氮化镓功率模块封装方法，根据所需的预固化成型胶环6的厚度、尺寸，将真空烘箱内的温度在60℃～90℃温度范围内进行调整，将真空烘箱的真空度设定在100MPa(≤200MPa均可)，预固化烘焙时间同样根据所需的预固化成型胶环6的厚度、尺寸进行调整；
同样的，封装管帽7与封装管壳5的粘接过程，预固化成型胶环6的再固化温度根据其厚度、尺寸，在120℃～170℃温度范围内进行调整，真空烘箱的真空度设定在100MPa(≤200MPa均可)，再固化烘焙时间根据预固化成型胶环6的厚度、尺寸在3h～5h进行调整。
本发明提供的氮化镓功率模块封装方法，与现有技术相比，本发明氮化镓功率模块封装方法，采用预固化成型胶环6作为封装管壳5与封装管帽7之间的密封胶进行封装，能够保证位于封装管壳5周壁的胶量均匀，一方面能够保证胶粘封装质量好，另一方面能够保证封装外观质量高；
通过加压装置对封装管帽7施加预设压力，确保封装管壳5的四周受力均匀，避免封装管帽7偏转、错位，封装质量高，能够提高封装成品率；并且在预固化成型胶环6再固化的过程中，能够对管帽与管壳之间进行精准保压，从而获得高质量的氮化镓功率模块封装。
作为本发明提供的氮化镓功率模块封装方法的一种具体实施方式，请参阅图2至图4及图7，成型模具8包括阵列设置的多个型腔80，每个型腔80内均印刷有密封胶，用于同时获得多个预固化成型胶环6；将多个贴装了封装管帽7的封装管壳5一并放置于加压装置中同时进行保压烘焙。
一次预固化的烘焙过程，能够同时生产多个预固化成型胶环6，生产制作效率高，获得的同一类型的预固化成型胶环6一致性好；一次加压再固化的烘焙过程，能够同时完成多个氮化镓功率模块的封装，封装一致性好，封装质量好，且效率高，适合批量生产。
作为本发明提供的氮化镓功率模块封装方法的一种具体实施方式，将密封胶印刷至成型模具8的型腔80内包括：通过印刷网板将密封胶印刷至水平放置的成型模具8的型腔80内，待密封胶自流填满成型模具8的型腔80后，使用刮刀贴紧成型模具8的顶面进行多次刮胶。
密封胶在室温下成高流动性的液态，因此将成型模具8水平放置在室温下，密封胶通过自流平的方式填充于型腔80内，确保密封胶填充饱满，然后经多次刮胶使密封胶填充量与成型模具8的顶面平齐，从而保证预固化成型胶环6的尺寸精度和一致性，预固化成型胶环6烘焙完成后，适用镊子或者其他辅助工具由型腔80内取出，完成脱模备用，操作简单方便。
本发明还提供了一种用于上述氮化镓功率模块封装方法的加压装置，请一并参阅图2至图4，所述加压装置包括：底座1、压板2、定位组件4以及多个弹性压件3；其中，底座1用于水平放置于真空烘箱内，顶面用于支撑封装管壳5，底座1上设有沿上下方向延伸的连接杆11；压板2与连接杆11上下滑动连接；定位组件4设于底座1上，用于定位压板2至底座1的距离；多个弹性压件3分别位于压板2与底座1之间并与压板2沿上下方向滑动连接，每一弹性压件3用于对应其中一个封装管帽7并用于向该封装管帽7施加向下的压力。
本发明提供的加压装置，与现有技术相比，压板2与设于底座1上的连接杆11上下滑动连接，根据需要封装的氮化镓功率模块的尺寸大小，能够调整压板2至底座1的距离，调整到位后通过定位组件4对压板2进行定位固定，因此，能够适用于多种型号、尺寸的氮化镓功率模块的封装工作，通用性高；
压板2与底座1的距离调整完成并定位后，即可将多个对齐贴装了封装管帽7的封装管壳5放置于底座1与各个弹性压件3之间，使各个弹性压件3分别对齐各个封装管帽7并施加预设压力，从而使封装管帽7的四周受力均衡，避免施压过程管帽偏转、错位，确保封装质量和外观质量；由于能够同时对多个贴装了封装管帽7的封装管壳5进行保压，封装效率高且封装一致性好。
作为本发明提供的加压装置的一种具体实施方式，请参阅图4，定位组件4包括分别设于底座1的两侧的两个螺杆41，以及分别与两个螺杆41一一对应螺纹连接的两个卡位螺母42；其中，两个螺杆41穿过压板2的板面向上延伸；其中一个卡位螺母42的顶面用于与压板2的底面抵接，另一个卡位螺母42的底面用于与压板2的顶面抵接。
通过分别调整两个卡位螺母42，使压板2在连接杆11上进行上下滑动，从而能够调整压板2与底座1之间的距离，以适用不同尺寸的氮化镓功率模块的加压以及保压工作；位于压板2下方的卡位螺母42能够限制压板2向下方的滑动，位于压板2上方的卡位螺母42能够限制压板2向上方的滑动，两个卡位螺母42配合能够实现对压板2的夹紧定位，结构简单，操作方便。
在本实施例中，作为另一种实施方式，每个螺杆41上螺纹连接有两个卡位螺母42，且两个卡位螺母42分别用于与压板2的顶面、底面进行抵接。确保夹紧氮化镓功率模块后，压板2的两端受力平衡，保证对压板2的位置固定可靠稳定。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图4，压板2的两侧分别设有卡槽20；两个螺杆41分别与底座1的两侧铰接，每一螺杆41具有摆动至底座1的侧方的第一位置，还具有摆动至底座1的上方的第二位置，在螺杆41摆动至第一位置时，螺杆41与卡槽20分离，在螺杆41摆动至第二位置时，螺杆41向上穿过卡槽20，且两个卡位螺母42分别与压板2的上下两面抵接。
在放置对齐贴装了封装管帽7的封装管壳5时，使两个螺杆41处于第一位置，解除对压板2的定位，从而能够将压板2向上方滑动，使弹性压件3与底座1之间的距离充足，方便操作；封装管壳5放置完成后，向下滑动压板2并将两个螺杆41摆动至第二位置，对压板2的位置进行夹紧定位，从而使弹性压件3对封装管帽7施加预设压力并进行精准保压，需要说明，卡位螺母42在螺杆41上的位置根据待封装产品所需的压板2与底座1之间的距离而预先设定，在施加、保压过程只需摆动螺杆41而不再进行卡位螺母42的调整，从而确保对同一类型的氮化镓功率模块封装施加的压力一致，且操作方便、快捷。
在本实施例中，请参阅图4，底座1的两侧分别设有U型槽10，且两个U型槽10与压板2两侧的卡槽20分别上下对齐；螺杆41的一端通过销轴100铰接在U型槽10的槽壁上。结构简单实用，加工制作方便。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图3至图5，底座1的顶面设有定位板12，定位板12上设有多个分别与各个弹性压件3上下对齐的定位孔120，每一定位孔120用于卡装定位一个封装管壳5。
通过定位孔120对放置于底座1上的封装管壳5进行定位，由于各个定位孔120与各个弹性压件3一一对应上下对齐，因此能够保证施加于封装管帽7上的压力平稳，避免出现封装管帽7偏转、错位的现象，确保封装质量；另外，放置封装管壳5时，直接将封装管壳5的底部嵌入定位孔120内即可，位置精准且操作方便，工作效率高。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图3至图4，每一弹性压件3包括与压板2上下滑动连接的压杆31、固接于压杆31的下端的压块32，以及套设于压杆31上的弹簧33；其中，压块32的底面用于与封装管帽7的顶面抵接；弹簧33的两端分别与压板2的底面、压块32的顶面抵接。
在本实施例中，压块32的底面与封装管帽7的顶面形状匹配，从而能够确保施加在封装管帽7四周的压力均衡，避免封装管帽7因受力不稳而发生倾斜，保证封装管壳5四周溢胶均匀，封装完成后外观质量高。
在本实施例中，压板2的底面与各个压杆31滑动连接的位置设有凹槽，弹簧33与压板2的抵接端凹陷于凹槽内，从而能够避免弹簧33受力偏移，提高弹簧33的稳定性，确保弹性力竖直向下施加于封装管帽7上，保证封装质量。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图3至图4，压杆31上螺纹连接有调节件311，调节件311与弹簧33分别位于压板2的上下两侧。
通过旋转调节件311能够调节弹簧33的初始弹性力大小，从而能够调整弹性压件3整体的弹性模量，从而调整施加于封装管帽7上的压力值，对各个弹性压件3分别进行调试并确保其弹性模量一致，能够提高保压精度，获得的封装产品一致性好，而且操作简单方便。
本发明实施例所采用的预固化成型胶环，请参阅图6，所述预固化成型胶环包括多个角接部61以及多个直边部62，且角接部61与直边部62交错连接成环；其中，角接部61的厚度大于直边部62的厚度。
本发明提供的预固化成型胶环，通过对密封胶进行预固化处理，一方面保证了施加于封装管壳5与封装管帽7之间的胶量可控，一致性好，并通过预固化处理限制了密封胶的流动性，从而能够避免大量溢胶，提高外观质量，另一方面通过预固化处理以后的密封胶能够直接进行贴装，操作方便，适合批量生产；
由于封装管壳5边角位置面积大，因此所需的胶量多，直边位置容胶面积小，因此所述的胶量少，通过将角接部61的厚度设置为大于直边部62的厚度，从而能够适当增加角接部61的胶量，在对封装管帽7施加后，封装管壳5四周的溢胶量能够保持一致，从而确保封装的外观质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.氮化镓功率模块封装方法，其特征在于，包括：
将密封胶印刷至成型模具的型腔内，将印刷了密封胶的所述成型模具保持水平状态放入60～90℃的真空烘箱内烘焙15～20min，获得预固化成型胶环；
将所述预固化成型胶环贴装在放置了氮化镓功率模块的封装管壳上，将封装管帽与贴装了所述预固化成型胶环的封装管壳对齐贴装；
将贴装了所述封装管帽的所述封装管壳放置于加压装置的底座和弹性压件之间，通过所述弹性压件在所述封装管帽顶面施加向下的预设压力并保压；
将对所述封装管帽施加了预设压力的所述加压装置放入120～170℃真空烘箱内烘焙3～5h，使所述预固化成型胶环进行再固化，获得封装完成的氮化镓功率模块。
2.如权利要求1所述的氮化镓功率模块封装方法，其特征在于：所述成型模具包括阵列设置的多个型腔，每个所述型腔内均印刷有密封胶，用于同时获得多个所述预固化成型胶环；
将多个贴装了所述封装管帽的所述封装管壳一并放置于所述加压装置中同时进行保压烘焙。
3.如权利要求1所述的氮化镓功率模块封装方法，其特征在于，所述将密封胶印刷至成型模具的型腔内包括：
通过印刷网板将液态的密封胶印刷至水平放置的所述成型模具的型腔内，待所述密封胶自流填满所述成型模具的型腔后，使用刮刀贴紧所述成型模具的顶面进行多次刮胶。
4.如权利要求1所述的氮化镓功率模块封装方法，其特征在于，所述预固化成型胶环包括多个角接部以及多个直边部，且所述角接部与所述直边部交错连接成环；其中，所述角接部的厚度大于所述直边部的厚度。
5.加压装置，用于如权利要求1-4任一项所述的氮化镓功率模块封装方法，其特征在于，包括：
底座，用于水平放置于所述真空烘箱内，顶面用于支撑所述封装管壳，所述底座上设有沿上下方向延伸的连接杆；
压板，与所述连接杆上下滑动连接；
定位组件，设于所述底座上，用于定位所述压板至所述底座的距离；
多个弹性压件，分别位于所述压板与所述底座之间并与所述压板沿上下方向滑动连接，每一所述弹性压件用于对应其中一个所述封装管帽并用于向该所述封装管帽施加向下的压力。
6.如权利要求5所述的加压装置，其特征在于，所述定位组件包括：
两个螺杆，分别设于所述底座的两侧，两个所述螺杆穿过所述压板的板面向上延伸；
两个卡位螺母，分别与两个所述螺杆一一对应螺纹连接，其中一个所述卡位螺母的顶面用于与所述压板的底面抵接，另一个所述卡位螺母的底面用于与所述压板的顶面抵接。
7.如权利要求6所述的加压装置，其特征在于：所述压板的两侧分别设有卡槽；两个所述螺杆分别与所述底座的两侧铰接，每一所述螺杆具有摆动至所述底座的侧方的第一位置，还具有摆动至所述底座的上方的第二位置，在所述螺杆摆动至第一位置时，所述螺杆与所述卡槽分离，在所述螺杆摆动至第二位置时，所述螺杆向上穿过所述卡槽，且两个所述卡位螺母分别与所述压板的上下两面抵接。
8.如权利要求5所述的加压装置，其特征在于：所述底座的顶面设有定位板，所述定位板上设有多个分别与各个所述弹性压件上下对齐的定位孔，每一所述定位孔用于卡装定位一个所述封装管壳。
9.如权利要求5所述的加压装置，其特征在于，所述弹性压件包括：
压杆，与所述压板上下滑动连接；
压块，固接于所述压杆的下端，所述压块的底面用于与所述封装管帽的顶面抵接；
弹簧，套设于所述压杆上，且两端分别与所述压板的底面、所述压块的顶面抵接。
10.如权利要求9所述的加压装置，其特征在于：所述压杆上螺纹连接有调节件，所述调节件与所述弹簧分别位于所述压板的上下两侧。
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