CN111527598A - 用于制造针-翅型功率模块的方法和夹具 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于制造针‑翅型功率模块的方法和夹具。方法包括：提供针‑翅型功率模块和夹具，功率模块包括针‑翅基板、连接基板的绝缘材料以及被设置在绝缘材料上的功率芯片，该夹具包括具有平坦上表面和平坦下表面的主体，和被设置在主体的上表面上的孔，其中孔的分布与翅片的布置相同，孔的孔径大于翅片的尺寸且孔的长度不短于翅片的长度。将针‑翅插入到夹具中因此每个翅片都在对应孔的内部，将与夹具组合的功率模块放置在顶模和底模之间的空腔中，同时夹具的下表面被放置在底模的上表面上，通过注入环氧树脂执行模制工序，从针‑翅移除夹具。由于平坦表面接触底模，在环氧树脂模制期间压力均匀分布，由此能够避免绝缘材料和针‑翅破裂或弯曲。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造针-翅型功率模块的方法和夹具。
背景技术
参考图1，针-翅基板10包括金属板11，该金属板在一侧(针-翅侧)上具有的若干翅片12，并且针-翅基板10的另一侧(平坦侧)被连接至功率模块。翅片直接接触液体冷却系统，因此功率模块将不会过热。由此，功率模块的热循环能力明显改善且功率模块的寿命延长。
传统针-翅型功率模块使用硅凝胶作为密封剂。如图1中所示，除了针-翅基板10之外，功率模块还包括绝缘材料20(诸如DBC(直接粘接铜)，聚合物膜)和设置在绝缘材料20上的功率芯片30(IGBT、MOSFET、二极管等)。绝缘材料20被连接到针-翅基板10的平坦侧。绝缘材料20和功率芯片30被封装在外壳50中且在外壳内部的空间被填充有硅凝胶40。传统针-翅型功率模块具有复杂结构且在制造工序中需要更多步骤，这引起低制造效率以及高成本。
为了简化针-翅型功率模块的结构以及制造工序，提出了转移模制的功率模块。如图2至图3中所示，在该功率模块中，环氧树脂60用作密封剂且不需要外壳。底模702和顶模701用于制造功率模块。功率模块被放置在顶模701和底模702之间的空腔700中，且针-翅侧被放置在底模702的上表面702上。环氧树脂通过顶模701上的开口7011由压力注入到空腔700中。然而，当前制造工序具有如下缺陷：1)当前转移模制工序需要平坦底部以防止环氧树脂渗入底模和功率模块的底部表面之间。在当前工序中，由于在翅片12之间存在间隙800，因此环氧树脂将渗入底模和功率模块的底部表面之间。2)当注入环氧树脂时，在绝缘材料上的压力是不均匀的且作用在每个翅片上的外力也是不均匀的，这可能引起绝缘材料和针-翅基板破裂和/或弯曲。
发明内容
本发明的一方面是提供一种用于制造针-翅型功率模块的方法，包括：(1)提供针-翅型功率模块和夹具，该功率模块包括针-翅基板，连接到该基板的绝缘材料以及设置在绝缘材料上的功率芯片。该基板具有第一表面和与第一表面相反的第二表面。该第一表面被连接到绝缘材料并且第二表面在其上具有若干翅片。夹具包括具有平坦上表面和平坦下表面的主体以及设置在主体的上表面上的孔，其中所述孔的分布与翅片的布置相同，所述孔的孔径大于翅片的尺寸，且孔的长度不短于翅片的长度。(2)将针-翅插入到夹具中，因此每个翅片都在对应的孔中。(3)将与夹具组合的功率模块放置在顶模和底模之间的空腔中，同时夹具的下表面被放置在底模的上表面上。(4)通过注入环氧树脂执行模制工序，之后是(5)从针-翅基板移除夹具。
优选地，孔的孔径取决于翅片材料和/或夹具材料的热膨胀。夹具由碳、铜或不锈钢制成。
优选地，绝缘材料是DBC或聚合物膜。
本发明的另一方面是提供一种用于制造针-翅型功率模块的夹具，该模块包括其上具有若干突起翅片的表面，该夹具包括：具有平坦上表面和平坦下表面的主体，设置在主体的上表面上的孔，其中孔的分布与翅片的布置相同，所述孔的孔径大于翅片的尺寸，且孔的长度不短于翅片的长度。
优选地，孔是通孔。
优选地，孔是盲孔。
优选地，孔的横截面是圆形、椭圆形或钻石形
附图说明
图1是传统凝胶密封的针-翅型功率模块的截面图。
图2是转移模制的针-翅型功率模块的截面图。
图3示出了通过传统方式在顶模和底模中用环氧树脂模制针-翅型功率模块。
图4示出了在模制工序之前的未密封的针-翅型功率模块。
图5示出了在模制工序期间保护针-翅的夹具。
图6示出了将针-翅插入到具有通孔的夹具中。
图7示出了在夹具保护下用环氧树脂模制针-翅型功率模块。
图8示出了在剥去夹具之后的环氧树脂密封的针-翅型功率模块。
图9通过箭头A示出了将针-翅插入到具有盲孔的夹具中。
图10示出了在翅片完全被插入到盲孔中之后的针-翅和夹具的组合。
图11示出了具有盲孔的另一替代夹具。
具体实施方式
实施例1：参考图4-图8，通过如下步骤制造针-翅型功率模块：
首先，提供针-翅型功率模块和夹具9。功率模块包括针-翅基板1、连接基板1的绝缘材料(DBC)2和设置在DBC 2上的功率芯片3。基板1具有第一表面11和与第一表面11相反的第二表面12。第一表面11连接至DBC 2并且第二表面12在其上具有若干翅片121。夹具9包括具有平坦上表面和平坦下表面的碳主体，设置在主体的上表面上的若干通孔91，其中通孔的分布与翅片的布置相同，所述孔的孔径大于翅片的尺寸，且通孔的长度与翅片长度相同。
将针-翅插入到夹具中，如图6中所示，更具体地，将每个翅片121插入到对应的通孔91中。由此，通过夹具保护翅片。
现在参考图7，将与夹具组合的功率模块放置在顶模41和底模42之间的空腔400中。由于夹具的下表面被放置在底模的上表面上且所有翅片都被保护，因此功率模块稳定。然后，通过注入环氧树脂5执行模制工序。之后，从针-翅移除夹具，形成了由环氧树脂密封的针-翅功率模块，如图8中所示。
借助夹具帮助，由于平坦表面接触底模，因此在环氧树脂模制期间压力均匀分布，由此能避免DBC破裂或弯曲。同时，在模制工序期间，在夹具的保护下，翅片不可能破裂或弯曲。
实施例2：现在参考图9至图10，在替代解决方案中，使用具有盲孔91的不锈钢夹具9。盲孔的长度与翅片的长度相同。在模制之前，通过箭头A将所有翅片121都插入到对应的盲孔91中，然后，针-翅被夹具稳定支撑。具有盲孔的夹具足够稳定使得在模制工序期间功率模块上的压力均匀分布。
实施例3：现在参考图11，在另一替代夹具中，设置盲孔91，但是盲孔91的长度长于翅片121的长度，因此在每个翅片和对应的盲孔之间存在竖直间隙800。竖直方向平行于翅片的长度方向。
对于优选实施例而言，已经建议多种替代结构元件和处理步骤。由此，虽然已经参考具体实施例描述了本发明，但是描述是说明本发明而不认为是限定本发明。在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的真实精神和范围的情况下，本领域技术人员可作出各种修改和应用。
Claims (15)
1.一种用于制造针-翅型功率模块的方法，包括：
提供针-翅型功率模块和夹具，所述功率模块包括针-翅基板、连接所述基板的绝缘材料以及设置在所述绝缘材料上的功率芯片，所述基板具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述第一表面被连接至所述绝缘材料并且所述第二表面在其上具有若干翅片，所述夹具包括具有平坦上表面和平坦下表面的主体，和设置在所述主体的上表面上的孔，其中所述孔的分布与所述翅片的布置相同，所述孔的孔径大于所述翅片的尺寸，并且所述孔的长度不短于所述翅片的长度，
将所述针-翅插入到所述夹具中，因此每个翅片都在对应的孔内部，
将与所述夹具组合的所述功率模块放置在顶模和底模之间的空腔中，同时所述夹具的下表面被放置在所述底模的上表面上，
通过注入环氧树脂执行模制工序，
从所述针-翅移除所述夹具。
2.如权利要求1所述的方法，所述孔是通孔。
3.如权利要求1所述的方法，所述孔是盲孔。
4.如权利要求3所述的方法，在每个翅片和对应盲孔之间存在间隙。
5.如权利要求1所述的方法，所述夹具由碳或金属制成。
6.如权利要求1所述的方法，所述孔的孔径取决于所述翅片的材料和/或所述夹具的材料的热膨胀。
7.如权利要求1所述的方法，所述翅片的截面是圆形、椭圆形或钻石形。
8.如权利要求1所述的方法，所述孔的截面是圆形、椭圆形或钻石形。
9.如权利要求1所述的方法，所述绝缘材料是DBC或聚合物膜。
10.一种用于制造针-翅型功率模块的夹具，所述模块包括表面，所述表面在其上具有若干突起的翅片，所述夹具包括：
主体，所述主体具有平坦上表面和平坦下表面，
孔，所述孔被设置在所述主体的上表面上，
其中，所述孔的分布与所述翅片的布置相同，所述孔的孔径大于所述翅片的尺寸，并且所述孔的长度不短于所述翅片的长度。
11.如权利要求10所述的夹具，所述孔是通孔。
12.如权利要求10所述的夹具，所述孔是盲孔。
13.如权利要求10所述的夹具，所述夹具由碳或金属制成。
14.如权利要求10至权利要求13中的任一项所述的夹具，所述孔的孔径取决于所述翅片的材料和/或所述夹具的材料的热膨胀。
15.如权利要求10至权利要求13中的任一项所述的夹具，所述孔的截面是圆形、椭圆形或钻石形。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200811 |