CN111276455A - 一种功率模块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种功率模块及其制备方法，该方法包括以下步骤：提供一第一临时承载基板，将功率芯片临时固定在所述第一临时承载基板上，在所述功率芯片的第二表面形成多个平行排列的沟槽，接着在所述功率芯片的所述第二表面上沉积导热绝缘层，接着在每个所述沟槽中均嵌入一金属片，提供一散热器，所述散热器的底面开设有多个凹槽，使得每个所述金属片的一部分嵌入到相应的所述凹槽中；接着在所述散热器上固定粘结第二临时承载基板，提供一线路基板，将所述功率芯片倒装安装在所述线路基板上，接着去除所述第二临时承载基板，接着在所述线路基板上形成模塑层，所述模塑层完全包裹所述功率芯片，且所述模塑层暴露所述散热器的顶面。
Description
技术领域
本发明涉及功率器件封装技术领域，特别是涉及一种功率模块及其制备方法。
背景技术
功率模块，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类半导体功率器件封装。功率器件在使用过程中会释放大量的热量，进而使得功率模块迅速升温，温度升高容易导致功率模块损坏。因此，如何对功率模块进行快速散热是相关技术人员一直关注的问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种功率模块及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提出的一种功率模块的制备方法，包括以下步骤：
1)提供一第一临时承载基板，并提供功率芯片，所述功率芯片具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面具有功能核心区域，多个焊垫设置于所述功率芯片的所述第一表面上且围绕所述功能核心区域，将功率芯片临时固定在所述第一临时承载基板上，所述功率芯片的第一表面朝向所述第一临时承载基板；
2)接着在所述功率芯片的第二表面形成多个平行排列的沟槽，多个所述平行排列的沟槽与所述功能核心区域相对应；
3)接着在所述功率芯片的所述第二表面上沉积导热绝缘层，所述导热绝缘层覆盖所述沟槽的底面、所述沟槽的侧壁以及所述功率芯片的所述第二表面；
4)接着在每个所述沟槽中均嵌入一金属片，所述金属片的高度大于所述沟槽的深度，接着在所述沟槽与所述金属片之间的间隙中填入粘结胶，以将所述金属片固定在所述沟槽中；
5)提供一散热器，所述散热器的底面开设有多个凹槽，多个所述凹槽与所述功率芯片的所述第二表面上的多个金属片一一对应，接着将所述散热器设置于所述功率芯片的所述第二表面上，使得每个所述金属片的一部分嵌入到相应的所述凹槽中；
6)提供一第二临时承载基板，接着在所述散热器上固定粘结所述第二临时承载基板，接着去除所述第一临时承载基板；
7)提供一线路基板，将所述功率芯片倒装安装在所述线路基板上，接着去除所述第二临时承载基板，接着在所述线路基板上形成模塑层，所述模塑层完全包裹所述功率芯片，且所述模塑层暴露所述散热器的顶面。
作为优选，在所述步骤1)中，所述功率芯片通过粘结层临时固定在所述第一临时承载基板上，所述第一临时承载基板为透明基板，所述粘结层为在紫外线照射下失去粘性的有机材料。
作为优选，在所述步骤2)中，通过湿法刻蚀或干法刻蚀形成所述沟槽，所述沟槽的深度为200-300微米，所述沟槽的宽度100-200微米，相邻的所述沟槽之间的间距为200-300微米。
作为优选，在所述步骤3)中，所述导热绝缘层的材料为氧化铝、氮化铝、碳化硅中的一种，通过ALD法或CVD法形成所述导热绝缘层，所述导热绝缘层的厚度为100-200纳米。
作为优选，在所述步骤4)中，所述金属片为铝片或铜片，所述金属片的厚度小于所述沟槽的宽度。
作为优选，在所述步骤5)中，所述散热器的材料为铜或铝，在所述散热器的底面通过刻蚀工艺或切割工艺形成所述多个凹槽。
作为优选，在所述步骤7)中，通过在所述线路基板上设置焊料，进而将所述功率芯片的所述焊垫通过所述焊料与所述线路基板电连接，所述模塑层的材料为环氧树脂。
本发明还提出一种功率模块，其采用上述方法制备形成的。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
本发明的功率模块的制备过程中，通过首先在功率芯片的第二表面形成多个平行排列的沟槽，并在每个所述沟槽中均嵌入一金属片，散热器的底面开设有多个凹槽，每个所述金属片的一部分嵌入到相应的所述凹槽中，上述结构的设置，该功率芯片的功能核心区域在工作过程中散发出的热量可以通过沟槽中的金属片而快速传递到散热器上，而所述散热器的顶面被暴露，进而通过散热器将热量散发出去，大大提高了功率模块的散热效率，有效避免了功率模块自身温度过高，进而有效增长了功率模块的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的功率模块的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种功率模块的制备方法，包括以下步骤：
1)提供一第一临时承载基板，并提供功率芯片，所述功率芯片具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面具有功能核心区域，多个焊垫设置于所述功率芯片的所述第一表面上且围绕所述功能核心区域，将功率芯片临时固定在所述第一临时承载基板上，所述功率芯片的第一表面朝向所述第一临时承载基板，其中，所述功率芯片通过粘结层临时固定在所述第一临时承载基板上，所述第一临时承载基板为透明基板，具体的可以为玻璃或透明塑料板，所述粘结层为在紫外线照射下失去粘性的有机材料，以便于后期第一临时承载基板的剥离。
2)接着在所述功率芯片的第二表面形成多个平行排列的沟槽，多个所述平行排列的沟槽与所述功能核心区域相对应，通过湿法刻蚀或干法刻蚀形成所述沟槽，所述沟槽的深度为200-300微米，所述沟槽的宽度100-200微米，相邻的所述沟槽之间的间距为200-300微米，在具体的实施例中，可以在所述功率芯片上形成光刻胶，通过曝光显影工艺在所述光刻胶层上形成多个开口，接着以所述光刻胶层为掩膜对所述功率芯片的第二表面进行刻蚀，刻蚀的具体工艺为湿法刻蚀或激光烧蚀工艺，所述沟槽的深度具体为200微米、220微米、240微米、260微米、280微米或300微米，所述沟槽的宽度具体为100微米、120微米、140微米、160微米、180微米或200微米，相邻的所述沟槽之间的间距为200微米、240微米、280微米或300微米。
3)接着在所述功率芯片的所述第二表面上沉积导热绝缘层，所述导热绝缘层覆盖所述沟槽的底面、所述沟槽的侧壁以及所述功率芯片的所述第二表面，所述导热绝缘层的材料为氧化铝、氮化铝、碳化硅中的一种，通过ALD法或CVD法形成所述导热绝缘层，所述导热绝缘层的厚度为100-200纳米，具体为100纳米、150纳米或200纳米。
4)接着在每个所述沟槽中均嵌入一金属片，所述金属片的高度大于所述沟槽的深度，接着在所述沟槽与所述金属片之间的间隙中填入粘结胶，以将所述金属片固定在所述沟槽中，所述金属片为铝片或铜片，所述金属片的厚度小于所述沟槽的宽度。
5)提供一散热器，所述散热器的底面开设有多个凹槽，多个所述凹槽与所述功率芯片的所述第二表面上的多个金属片一一对应，接着将所述散热器设置于所述功率芯片的所述第二表面上，使得每个所述金属片的一部分嵌入到相应的所述凹槽中，所述散热器的材料为铜或铝，在所述散热器的底面通过刻蚀工艺或切割工艺形成所述多个凹槽。
6)提供一第二临时承载基板，接着在所述散热器上固定粘结所述第二临时承载基板，接着去除所述第一临时承载基板，具体工艺为：在所述第二临时承载基板上旋涂涂布方法形成粘结层，该粘结层为可剥离式粘结层，接着利用紫外线照射所述第一临时承载基板表面的粘结层，使得其失去粘性，进而剥离所述第一临时承载基板。
7)提供一线路基板，将所述功率芯片倒装安装在所述线路基板上，接着去除所述第二临时承载基板，接着在所述线路基板上形成模塑层，所述模塑层完全包裹所述功率芯片，且所述模塑层暴露所述散热器的顶面，具体工艺为：通过在所述线路基板上设置焊料，进而将所述功率芯片的所述焊垫通过所述焊料与所述线路基板电连接，接着利用紫外线照射所述第二临时承载基板表面的粘结层，使得其失去粘性，进而剥离所述第二临时承载基板，接着通过注塑工艺形成所述模塑层，所述模塑层的材料为环氧树脂。
本发明还提出一种功率模块，其采用上述方法制备形成的。如图1所示，所述功率模块包括线路基板1，所述功率芯片2倒装安装在所述线路基板1上，所述功率芯片2具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面具有功能核心区域21，多个焊垫22设置于所述功率芯片2的所述第一表面上且围绕所述功能核心区域21，在所述第二表面上具有多个沟槽，多个沟槽与所述功能核心区域21相对应，在每个所述沟槽中均嵌入一金属片3，所述金属片3的高度大于所述沟槽的深度，还具有4散热器，所述散热器4的底面开设有多个凹槽，所述散热器4设置于所述功率芯片2的第二表面上，使得每个所述金属片3的一部分嵌入到相应的所述凹槽中，模塑层5包裹所述线路基板1、所述功率芯片2以及所述散热器4。在该功率模块中，通过首先在功率芯片的第二表面形成多个平行排列的沟槽，并在每个所述沟槽中均嵌入一金属片，散热器的底面开设有多个凹槽，每个所述金属片的一部分嵌入到相应的所述凹槽中，上述结构的设置，该功率芯片的功能核心区域在工作过程中散发出的热量可以通过沟槽中的金属片而快速传递到散热器上，而所述散热器的顶面被暴露，进而通过散热器将热量散发出去，大大提高了功率模块的散热效率，有效避免了功率模块自身温度过高，进而有效增长了功率模块的使用寿命。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种功率模块的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)提供一第一临时承载基板，并提供功率芯片，所述功率芯片具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面具有功能核心区域，多个焊垫设置于所述功率芯片的所述第一表面上且围绕所述功能核心区域，将功率芯片临时固定在所述第一临时承载基板上，所述功率芯片的第一表面朝向所述第一临时承载基板；
2)接着在所述功率芯片的第二表面形成多个平行排列的沟槽，多个所述平行排列的沟槽与所述功能核心区域相对应；
3)接着在所述功率芯片的所述第二表面上沉积导热绝缘层，所述导热绝缘层覆盖所述沟槽的底面、所述沟槽的侧壁以及所述功率芯片的所述第二表面；
4)接着在每个所述沟槽中均嵌入一金属片，所述金属片的高度大于所述沟槽的深度，接着在所述沟槽与所述金属片之间的间隙中填入粘结胶，以将所述金属片固定在所述沟槽中；
5)提供一散热器，所述散热器的底面开设有多个凹槽，多个所述凹槽与所述功率芯片的所述第二表面上的多个金属片一一对应，接着将所述散热器设置于所述功率芯片的所述第二表面上，使得每个所述金属片的一部分嵌入到相应的所述凹槽中；
6)提供一第二临时承载基板，接着在所述散热器上固定粘结所述第二临时承载基板，接着去除所述第一临时承载基板；
7)提供一线路基板，将所述功率芯片倒装安装在所述线路基板上，接着去除所述第二临时承载基板，接着在所述线路基板上形成模塑层，所述模塑层完全包裹所述功率芯片，且所述模塑层暴露所述散热器的顶面。
2.根据权利要求1所述的功率模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤1)中，所述功率芯片通过粘结层临时固定在所述第一临时承载基板上，所述第一临时承载基板为透明基板，所述粘结层为在紫外线照射下失去粘性的有机材料。
3.根据权利要求1所述的功率模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤2)中，通过湿法刻蚀或干法刻蚀形成所述沟槽，所述沟槽的深度为200-300微米，所述沟槽的宽度100-200微米，相邻的所述沟槽之间的间距为200-300微米。
4.根据权利要求1所述的功率模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤3)中，所述导热绝缘层的材料为氧化铝、氮化铝、碳化硅中的一种，通过ALD法或CVD法形成所述导热绝缘层，所述导热绝缘层的厚度为100-200纳米。
5.根据权利要求1所述的功率模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤4)中，所述金属片为铝片或铜片，所述金属片的厚度小于所述沟槽的宽度。
6.根据权利要求1所述的功率模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤5)中，所述散热器的材料为铜或铝，在所述散热器的底面通过刻蚀工艺或切割工艺形成所述多个凹槽。
7.根据权利要求1所述的功率模块的制备方法，其特征在于：在所述步骤7)中，通过在所述线路基板上设置焊料，进而将所述功率芯片的所述焊垫通过所述焊料与所述线路基板电连接，所述模塑层的材料为环氧树脂。
8.一种功率模块，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的方法制备形成的。
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