CN111430316A - 功率模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种功率模块，包括模块主体以及设置在模块主体上的散热材料，模块主体内通过环氧树脂封装有引线框架，引线框架上设置有控制芯片以及至少一个功率芯片，控制芯片、功率芯片以及引线框架之间通过金属导线连接，引线框架与模块主体的一表面外露于环氧树脂，散热材料设置于该表面，且散热材料同时覆盖引线框架外露的部分以及引线框架外露部分周围的环氧树脂表面。通过上述结构改进，散热材料的尺寸可以不受引线框架形状及尺寸的限制，可以增大散热材料的尺寸，从而增强散热效果。由于散热材料的设置在塑封后进行，芯片与金属导线均已经被封装保护，由此可以避免在设置散热片的过程中造成产品的不良。

Description

功率模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种功率模块及该功率模块的制造方法。
背景技术
智能功率模块是一款高度集成的产品，内部包含控制芯片和多个功率3极管和2极管，已被广泛应用于变频空调、风扇、油烟机等电气的电机控制。智能功率模块电流承载能力在5安培以上，5安培到15安培的功率模块对散热要求较低，一般使用无散热片的封装产品，大于15安培的模块由于工作时发热大而必须使用具有散热片的封装产品。
目前市场上存在两种功率模块结构，一种是无散热片的，一种是有金属散热片的，有散热片的模块其散热片是嵌在塑封胶体内的，必须在塑封前把散热片和引线框架接合起来，这种工艺有两大缺陷：
1.在已完成芯片焊接和金属线焊接的引线框架上贴金属片容易破坏芯片和金属引线造成产品报废
2.金属片厚度固定，如果要使用其它厚度金属片则需要新做注塑模具，投资巨大。
发明内容
本发明实施例的目的在于：提供一种功率模块，其能够解决现有技术中存在的上述技术问题。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，提供一种功率模块，包括模块主体以及设置在所述模块主体上的散热材料，所述模块主体内通过环氧树脂封装有引线框架，所述引线框架上设置有控制芯片以及至少一个功率芯片，所述控制芯片、所述功率芯片以及所述引线框架之间通过金属导线连接，所述引线框架与所述模块主体的一表面外露于所述环氧树脂，所述散热材料设置于该表面，且所述散热材料同时覆盖所述引线框架外露的部分以及引线框架外露部分周围的环氧树脂表面。
作为所述的功率模块的一种优选的技术方案，所述散热材料为石墨烯片材。
作为所述的功率模块的一种优选的技术方案，所述石墨烯片材与所述模块主体之间通过热固型绝缘接合材料固定连接。
作为所述的功率模块的一种优选的技术方案，所述石墨烯片材布置于模块主体上引线框架外露的整个表面。
另一方面，提供一种功率模块制造方法，在将引线框架、功率芯片、控制芯片通过金属导线电连接并封装后在其引线框架外露的一侧表面设置石墨烯散热材料。
作为所述的功率模块制造方法的一种优选的技术方案，所述引线框架的一侧表面外露通过去除其表面的环氧树脂形成，所述的去除其表面的环氧树脂的方式为在封装完成的模块主体表面进行研磨。
作为所述的功率模块制造方法的一种优选的技术方案，具体包括以下步骤：
S1、提供引线框架；
S2、焊接芯片，在所述引线框架上设置焊接材料并焊接控制芯片以及功率芯片；
S3、焊接金属导线，通过金属导线将相关控制芯片、功率芯片以及引线框架进行电连接；
S4、注塑封装，采用环氧树脂对进行芯片及金属导线焊接后的引线框架进行注塑封装；
S5、研磨，将封装完成后形成的模块主体进行研磨，使引线框架非设置有芯片的一侧表面外露于环氧树脂；
S6、贴散热片，在研磨后外露于所述环氧树脂的引线框架表面设置石墨烯片材。
作为所述的功率模块制造方法的一种优选的技术方案，于所述步骤S6之后还包括步骤S7,切断成型，对引线框架进行切断，并进行引脚的弯折成型。
作为所述的功率模块制造方法的一种优选的技术方案，所述步骤S5具体包括步骤：
S51、切割，对所述引线框架非设置有芯片的表面外侧的环氧树脂进行切除；
S52、磨削，对切割完成后残留的环氧树脂进行研磨去除。
作为所述的功率模块制造方法的一种优选的技术方案，所述步骤S6具体包括：
S61、设置粘接材料，在研磨后的表面设置热固型绝缘接合材料；
S62、贴覆散热片，将石墨烯散热材料通过所述热固型绝缘材料贴合在引线框架以及环氧树脂表面。
本发明的有益效果为：通过上述结构改进，散热材料的尺寸可以不受引线框架形状及尺寸的限制，可以增大散热材料的尺寸，从而增强散热效果。由于散热材料的设置在塑封后进行，芯片与金属导线均已经被封装保护，由此可以避免在设置散热片的过程中造成产品的不良。塑封后采用研磨的方式去除封装材料，研磨的方式形成的研磨面平整，能够保证散热材料牢固的贴附在模块主体上。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例所述功率模块结构剖视示意图。
图2为本发明实施例所述引线框架剖视示意图。
图3为本发明实施例所述引线框架上焊接芯片后结构剖视示意图。
图4为本发明实施例所述引线框架焊接芯片并焊接金属导线后的结构剖视示意图。
图5为本发明实施例所述功率模块树脂封装后的结构剖视示意图。
图6为本发明实施例所述功率模块研磨后结构剖视示意图。
图7为本发明实施例所述贴散热片后结构剖视示意图。
图8为本发明实施例所述功率模块制造方法流程图。
图中：
100、引线框架；200、控制芯片；300、功率芯片；400、金属导线；500、环氧树脂；600、石墨烯片材；700、热固型绝缘接合材料。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1-图8所示，本实施例提供一种功率模块，包括模块主体以及设置在所述模块主体上的散热材料，所述模块主体内通过环氧树脂500封装有引线框架100，所述引线框架100上设置有控制芯片200以及至少一个功率芯片300，所述控制芯片200、所述功率芯片300以及所述引线框架100之间通过金属导线400连接，所述引线框架100与所述模块主体的一表面外露于所述环氧树脂500，所述散热材料设置于该表面，且所述散热材料同时覆盖所述引线框架100外露的部分以及引线框架外露部分周围的环氧树脂500表面。
通过上述结构改进，散热材料的尺寸可以不受引线框架100形状及尺寸的限制，可以增大散热材料的尺寸，从而增强散热效果。
具体的，本实施例中所述散热材料为石墨烯片材600。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。当它作为载体时，导热系数也可达600W/mK。此外，石墨烯的弹道热导率可以使单位圆周和长度的碳纳米管的弹道热导率的下限下移。
所述石墨烯片材600与所述模块主体之间通过热固型绝缘接合材料700固定连接。本实施例中所述石墨烯片材600布置于模块主体上引线框架100外露的整个表面。
需要指出的是，所述石墨烯片材600的设置方式并不局限于上述布置于模块主体上引线框架100外露的整个表面的技术方案，在其他实施例中还可以根据实际散热需求以及安装环境要求进行合理的结构设置。
同时，本实施例还提供一种功率模块制造方法，在将引线框架100、功率模块、控制模块通过金属导线400电连接并封装后在其引线框架100外露的一侧表面设置石墨烯散热材料。
由于散热材料的设置在塑封后进行，芯片与金属导线400均已经被封装保护，由此可以避免在设置散热片的过程中造成产品的不良。
本方案中所述引线框架100的一侧表面外露通过去除其表面的环氧树脂500形成，所述的去除其表面的环氧树脂500的方式为在封装完成的模块主体表面进行研磨。
塑封后采用研磨的方式去除封装材料，研磨的方式形成的研磨面平整，能够保证散热材料牢固的贴附在模块主体上。
具体的，本实施例所述的功率模块制造方法，具体包括以下步骤：
S1、提供引线框架100；
S2、焊接芯片，在所述引线框架100上设置焊接材料并焊接控制芯片200以及功率芯片300；
S3、焊接金属导线400，通过金属导线400将相关控制芯片200、功率芯片300以及引线框架100进行电连接；
S4、注塑封装，采用环氧树脂500对进行芯片及金属导线400焊接后的引线框架100进行注塑封装；
S5、研磨，将封装完成后形成的模块主体进行研磨，使引线框架100非设置有芯片的一侧表面外露于环氧树脂500；
S6、贴散热片，在研磨后外露于所述环氧树脂500的引线框架100表面设置石墨烯片材600；
S7,切断成型，对引线框架100进行切断，并进行引脚的弯折成型。
具体的，所述步骤S5具体包括步骤：
S51、切割，对所述引线框架100非设置有芯片的表面外侧的环氧树脂500进行切除；
S52、磨削，对切割完成后残留的环氧树脂500进行研磨去除。
所述步骤S6具体包括：
S61、设置粘接材料，在研磨后的表面设置热固型绝缘接合材料700；
S62、贴覆散热片，将石墨烯散热材料通过所述热固型绝缘材料贴合在引线框架100以及环氧树脂500表面。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左、”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指接合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者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示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上接合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率模块，包括模块主体以及设置在所述模块主体上的散热材料，所述模块主体内通过环氧树脂(500)封装有引线框架(100)，所述引线框架(100)上设置有控制芯片(200)以及至少一个功率芯片(300)，所述控制芯片(200)、所述功率芯片(300)以及所述引线框架(100)之间通过金属导线(400)连接，其特征在于，所述引线框架(100)与所述模块主体的一表面外露于所述环氧树脂(500)，所述散热材料设置于该表面，且所述散热材料同时覆盖所述引线框架(100)外露的部分以及引线框架外露部分周围的环氧树脂(500)表面。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述散热材料为石墨烯片材(600)。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述石墨烯片材(600)与所述模块主体之间通过热固型绝缘接合材料(700)固定连接。
4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述石墨烯片材(600)布置于模块主体上引线框架(100)外露的整个表面。
5.一种功率模块制造方法，其特征在于，在将引线框架(100)、功率芯片(300)、控制芯片(200)通过金属导线(400)电连接并封装后在其引线框架(100)外露的一侧表面设置石墨烯散热材料。
6.根据权利要求5所述的功率模块制造方法，其特征在于，所述引线框架(100)的一侧表面外露通过去除其表面的环氧树脂(500)形成，所述的去除其表面的环氧树脂(500)的方式为在封装完成的模块主体表面进行研磨。
7.根据权利要求6所述的功率模块制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、提供引线框架(100)；
S2、焊接芯片，在所述引线框架(100)上设置焊接材料并焊接控制芯片(200)以及功率芯片(300)；
S3、焊接金属导线(400)，通过金属导线(400)将相关控制芯片(200)、功率芯片(300)以及引线框架(100)进行电连接；
S4、注塑封装，采用环氧树脂(500)对进行芯片及金属导线(400)焊接后的引线框架(100)进行注塑封装；
S5、研磨，将封装完成后形成的模块主体进行研磨，使引线框架(100)非设置有芯片的一侧表面外露于环氧树脂；
S6、贴散热片，在研磨后外露于所述环氧树脂的引线框架(100)表面设置石墨烯片材(600)。
8.根据权利要求7所述的功率模块制造方法，其特征在于，于所述步骤S6之后还包括步骤S7,切断成型，对引线框架(100)进行切断，并进行引脚的弯折成型。
9.根据权利要求8所述的功率模块制造方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括步骤：
S51、切割，对所述引线框架(100)非设置有芯片的表面外侧的环氧树脂(500)进行切除；
S52、磨削，对切割完成后残留的环氧树脂(500)进行研磨去除。
10.根据权利要求9所述的功率模块制造方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：
S61、设置粘接材料，在研磨后的表面设置热固型绝缘接合材料(700)；
S62、贴覆散热片，将石墨烯散热材料通过所述热固型绝缘材料贴合在引线框架(100)以及环氧树脂(500)表面。
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CN112164679A (zh) * 2020-08-24 2021-01-01 杰群电子科技（东莞）有限公司 一种散热良好的半导体器件封装结构及封装方法
WO2022174396A1 (zh) * 2021-02-19 2022-08-25 华为数字能源技术有限公司 封装结构、动力电气控制系统及制造方法
TWI789793B (zh) * 2021-06-21 2023-01-11 立錡科技股份有限公司 智能電源模組

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