CN117334663A - 智能功率模块和智能功率模块的制造方法 - Google Patents

智能功率模块和智能功率模块的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能功率模块和智能功率模块的制造方法，智能功率模块包括：塑封体；半导体器件，所述塑封体包裹在所述半导体器件至少部分的外部，所述半导体器件与所述塑封体底部之间的距离为A，A满足关系式：0.3mm≤A≤0.7mm。由此，通过将半导体器件与所述塑封体底部之间的距离设置在合理的范围内，不仅可以保证塑封体的散热性能，而且还可以防止塑封体在未凝固时流动性能较差，造成塑封体中产生气泡，可以保证塑封体的绝缘性能。

Description

智能功率模块和智能功率模块的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其是涉及一种智能功率模块和智能功率模块的制造方法。
背景技术
半导体中的功率芯片通过锡膏固定在框架基岛上，框架基岛下方为绝缘高导热的塑封料树脂层，功率芯片工作产生的热量通过框架传递给树脂最终通过树脂传递到散热器上。
在现有技术中，半导体产品在前段上芯工艺过程中，由于夹具对焊盘施加的压力也可能会导致框架基岛发生变形，在塑封过程中，框架的基岛由于模流的影响，会产生弯曲倾斜，最终导致框架下方的绝缘树脂的厚度发生变化，从而降低半导体器件最终的性能和可靠性。
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，本发明的一个目的在于提出一种智能功率模块，该智能功率模块的可靠性更佳。
本发明的另一个目的在于提出一种智能功率模块的制造方法。
根据本发明实施例的智能功率模块，包括：塑封体；半导体器件，所述塑封体包裹在所述半导体器件至少部分的外部，所述半导体器件与所述塑封体底部之间的距离为A，A满足关系式：0.3mm≤A≤0.7mm。
由此，通过将半导体器件与所述塑封体底部之间的距离设置在合理的范围内，不仅可以保证塑封体的散热性能，而且还可以防止塑封体在未凝固时流动性能较差，造成塑封体中产生气泡，可以保证塑封体的绝缘性能。
在本发明的一些示例中，A满足关系式：0.4mm≤A≤0.6mm。
在本发明的一些示例中，所述半导体器件包括引线框架和功率芯片，所述功率芯片设置于所述引线框架的上表面，所述引线框架下表面与所述塑封体底部之间的距离为A。
在本发明的一些示例中，所述半导体器件与所述塑封体上表面之间的距离为B，B和A满足关系式：B＞A。
在本发明的一些示例中，所述塑封体为绝缘树脂塑封体。
根据本发明实施例的智能功率模块的制造方法，适用于以上所述的智能功率模块，其特征在于，包括以下步骤：将所述半导体器件的至少部分伸入模具内；将抽芯针从模具下方伸入所述模具内且支撑所述半导体器件的下表面；向所述模具内注入塑封料，使塑封料包裹在所述半导体器件的外部；经过预设时间T后，将所述抽芯针从所述模具中取出，其中，T小于塑封料凝胶化的时间。
在本发明的一些示例中，T满足关系式：T≤30s。
在本发明的一些示例中，T满足关系式：T≥4s。
在本发明的一些示例中，T满足关系式：T≥12s。
在本发明的一些示例中，所述抽芯针为伸缩针。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，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是根据本发明实施例的智能功率模块的示意图；
图2是根据本发明对比例的智能功率模块的示意图；
图3是根据本发明对比例的智能功率模块的示意图；
图4是根据本发明实施例的智能功率模块制造过程中的示意图；
图5是根据本发明实施例的智能功率模块制造过程中的示意图；
图6是根据本发明实施例的智能功率模块制造过程中的示意图；
图7是根据本发明对比例的智能功率模块制造过程中的示意图；
图8是根据本发明对比例的智能功率模块制造过程中的示意图；
图9是根据本发明对比例的智能功率模块制造过程中的示意图；
图10是根据本发明实施例的智能功率模块的制造方法的流程图。
附图标记：
100、智能功率模块；
10、塑封体； 11、塑封料；
20、半导体器件；21、引线框架；22、功率芯片；
30、抽芯针。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1-图10描述根据本发明实施例的智能功率模块100。
结合图1-图3所示，根据本发明实施例的智能功率模块100可以主要包括：塑封体10和半导体器件20，其中，塑封体10包裹在半导体器件20至少部分的外部，半导体器件20与塑封体10底部之间的距离为A，A满足关系式：0.3mm≤A≤0.7mm。
具体地，通过将塑封体10包裹在半导体器件20至少部分的外部，并且使半导体器件20与塑封体10底部之间的换热器中进行换热，将半导体器件20与塑封体10底部之间的距离设置地大于等于0.3mm，并且小于等于0.7mm，这样可以使半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A处于合理的范围内，一方面可以防止半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A过大，导致塑封体10在对应半导体器件20和塑封体10之间的部分过厚，由于塑封体10的底部会与外部的换热器接触，在半导体器件20正常运行，并且产生热量后，热量向下传播，并且通过塑封体10底部传递至外界的的热量通过塑封体10传递至换热器的时间过长，塑封体10在对应半导体器件20和塑封体10之间的部分设置地过厚会导致智能功率模块100的散热性能较差。因此，将半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A设置地小于等于0.7mm，可以提升智能功率模块100的散热性能。
另一方面可以防止半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A过小，在智能功率模块100生产制造的过程中，塑封料11需要在模具中流动均匀分散，半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A过小会影响塑封料11在半导体器件20与塑封体10底部之间的流动，塑封料11易产生气孔，从而导致塑封料11凝胶化后的绝缘性能变差，因此，将半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A设置地大于等于0.3mm，可以提升塑封体10的绝缘性能。
需要说明的是，在半导体器件20生产的过程中，夹具会对半导体器件20施加压力会导致半导体器件20发生变形，并且在塑封料11对半导体器件20进行塑封的过程中，由于模流的影响，会导致半导体器件20发生弯曲倾斜，最终导致半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A发生变化，因此，需要在塑封料11对半导体器件20进行塑封的过程中使用部件支撑在半导体器件20的下方，并且在塑封料11固化之前取出，支撑半导体器件20的部件会在塑封料11中产生针孔，如果半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A过小，塑封料11产生气孔，易使针孔薄弱处发生击穿漏电，从而降低塑封体10的绝缘性，进而降低智能功率模块100的稳定性和可靠性。
进一步地，半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A设置地过大，会是塑封料11的流动性能变好，从而可以提升智能功率模块100的绝缘性能，半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A设置地过小，会提升智能功率模块100的散热性能，将半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A设置在合理的范围内，可以使智能功率模块100在散热性能和绝缘性能之间达到平衡，从而可以优化智能功率模块100的结构设计。
由此，通过将半导体器件20与塑封体10底部之间的距离设置在合理的范围内，不仅可以保证塑封体10的散热性能，而且还可以防止塑封体10在未凝固时流动性能较差，造成塑封体10中产生气泡，可以保证塑封体10的绝缘性能。
结合图1-图3所示，A满足关系式：0.4mm≤A≤0.6mm。具体地，将半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A设置地小于等于0.6mm，并且大于等于0.4mm，不仅可以进一步地防止半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A过大，从而可以进一步地提升智能功率模块100的散热性能，而且还可以进一步地防止半导体器件20与塑封体10底部之间的距离A过小，从而可以进一步地提升智能功率模块100的绝缘性能，从而可以进一步地提升智能功率模块100的结构可靠性。
结合图1所示，半导体器件20包括引线框架21和功率芯片22，功率芯片22设置于引线框架21的上表面，引线框架21下表面与塑封体10底部之间的距离为A。具体地，通过将功率芯片22设置在引线框架21的上表面，并且将引线框架21下表面和塑封体10底部之间的距离，如此设置，功率芯片22在产生热量后，可以通过引线框架21向下传递，可以保证热量传输的稳定性和顺畅性，进一步地，如此设置，半导体器件20与塑封体10底部之间的距离的计算不会受引线框架21的厚度，以及功率芯片22的厚度的影响，可以进一步地保证智能功率模块100的散热性能和绝缘性能，从而可以进一步地提升半导体器件20的结构可靠性。
结合图1所示，半导体器件20与塑封体10上表面之间的距离为B，B和A满足关系式：B＞A。具体地，将半导体器件20与塑封体10上表面之间的距离设置地小于半导体器件20与塑封体10下表面之间的距离，这样可以减小半导体器件20产生的热量传递至塑封体10底部的换热器中的距离以及时间，从而可以提升半导体器件20的散热效率，进而
进一步地，塑封体10为绝缘树脂塑封体。具体地，将塑封体10设置成绝缘树脂塑封体，不仅可以进一步地保证塑封体10的散热性能，而且还可以进一步地提升塑封体10的绝缘性，从而提升智能功率模块100的安全性和稳定性。在本发明的一些实施例中，高绝缘树脂的散热系数在2W/(m.k)左右,半导体器件20的框架的散热系数在400W/(m.k)左右。
结合图4-图10所示，根据本发明实施例的智能功率模块100的制造方法，适用于上述的智能功率模块100，包括以下步骤：
S1、将半导体器件20的至少部分伸入模具内；
S2、将抽芯针30从模具下方伸入模具内且支撑半导体器件20的下表面；
S3、向模具内注入塑封料11，使塑封料11包裹在半导体器件20的外部；
S4、经过预设时间T后，将抽芯针30从模具中取出，其中，T小于塑封料11凝胶化的时间。
具体地，在智能功率模块100生产制造的过程中，先将半导体器件20的至少部分伸入模具内，并且将抽芯针30从模具下方伸入模具内，并且使抽芯针30将半导体器件20的下方支撑，抽芯针30可以防止半导体器件20在生产的过程中被外力的夹具等部件施加压力发生变形，接着向模具内注入塑封料11，使塑封料11包裹在半导体器件20的外部，塑封料11在刚注入时为流体，在经过预设时间T后，会凝胶化成为固体的塑封体10，从而可以保证半导体器件20的绝缘性。
进一步地，由于塑封料11具有一定的重量，在塑封料11包裹半导体器件20的外部的过程中，塑封料11将会对半导体器件20产生向下的挤压，从而使半导体器件20发生向下的弯折，从而导致半导体器件20与塑封体10底部之间的距离发生不可预测的变化，从而导致最终生产出的智能功率模块100不可靠。
因此，在向模具中注入塑封料11之前，需要在抽芯针30从模具下方伸入模具内，并且支撑半导体器件20的下表面，从而保证半导体器件20即使受到压力也不会发生弯折形变，从而保证智能功率模块100的结构稳定性和可靠性。
进一步地，通过将抽芯针30取出的预设时间T设置地小于塑封料11凝胶化的时间，不仅可以防止塑封料11凝胶化后，抽芯针30不能取出或取出后树脂不能填充完整，而形成塑封针孔，导致智能功率模块100外观不良，这样可以提升智能功率模块100的制造方法的可靠性，以及提升智能功率模块100的良品率。
在本发明的一些实施例中，T满足关系式：T≤30s。具体地，将抽芯针30取出的预设时间T设置地小于等于30s，可以进一步地防止抽芯针30不能取出或取出后树脂不能填充完整，而形成塑封针孔，导致智能功率模块100外观不良，从而可以进一步地提升智能功率模块100的制造方法的可靠性，以及可以提升智能功率模块100的良品率。
进一步地，抽芯针30不能完全等待塑封料11凝胶化时再取出，需要根据塑封料11粘度特性以及模具模流选择性地设置抽芯针30的取出时间，从而保证抽芯针30不仅能够稳定地取出，而且还可以防止塑封料11无法将针孔填充完整。
在本发明的一些实施例中，T满足关系式：T≥4s。具体地，将抽芯针30取出的预设时间T设置地大于等于4s，可以防止抽芯针30取出的预设时间T过少，导致抽芯针30抽回后因为塑封料11模流还在继续流动，导致半导体器件20依然易发生变形，严重时导致半导体器件20的框架焊盘或基岛外漏，这样可以进一步地提升智能功率模块100的制造方法的稳定性和可靠性。
在本发明的一些实施例中，T满足关系式：T≥12s。具体地，将抽芯针30取出的预设时间T设置地大于等于12s，可以进一步地防止抽芯针30取出的预设时间T过少，导致抽芯针30抽回后因为塑封料11模流还在继续流动，导致半导体器件20依然易发生变形，严重时导致半导体器件20的框架焊盘或基岛外漏，这样可以进一步地提升智能功率模块100的制造方法的稳定性和可靠性。
在本发明的一些实施例中，抽芯针30为伸缩针，如此设置，不仅可以保证抽芯针30对半导体器件20支撑的稳定性和可靠性，而且还可以进一步地提升抽芯针30伸入塑封体10以及从塑封体10中取出的稳定性和顺畅性，可防止抽芯针30在伸入和取出的过程中发生晃动，从而可以进一步地提升智能功率模块100的制造方法的可靠性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“周向”、“径向”、“周向”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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：
塑封体；
半导体器件，所述塑封体包裹在所述半导体器件至少部分的外部，所述半导体器件与所述塑封体底部之间的距离为A，A满足关系式：0.3mm≤A≤0.7mm。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，A满足关系式：0.4mm≤A≤0.6mm。
3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述半导体器件包括引线框架和功率芯片，所述功率芯片设置于所述引线框架的上表面，所述引线框架下表面与所述塑封体底部之间的距离为A。
4.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述半导体器件与所述塑封体上表面之间的距离为B，B和A满足关系式：B＞A。
5.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述塑封体为绝缘树脂塑封体。
6.一种智能功率模块的制造方法，适用于权利要求1-5中任一项所述的智能功率模块，其特征在于，包括以下步骤：
将所述半导体器件的至少部分伸入模具内；
将抽芯针从模具下方伸入所述模具内且支撑所述半导体器件的下表面；
向所述模具内注入塑封料，使塑封料包裹在所述半导体器件的外部；
经过预设时间T后，将所述抽芯针从所述模具中取出，其中，T小于塑封料凝胶化的时间。
7.根据权利要求6所述的智能功率模块的制造方法，其特征在于，T满足关系式：T≤30s。
8.根据权利要求6所述的智能功率模块的制造方法，其特征在于，T满足关系式：T≥4s。
9.根据权利要求8所述的智能功率模块的制造方法，其特征在于，T满足关系式：T≥12s。
10.根据权利要求6所述的智能功率模块的制造方法，其特征在于，所述抽芯针为伸缩针。
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