CN117577540A - 一种功率模块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率模块及其制备方法，制备方法包括以下步骤：制作出多个完全独立的端子；将端子与接合有半导体芯片和散热组件的覆铜陶瓷基板接合，并用键合线将端子与半导体芯片、覆铜陶瓷基板接通，形成半桥电路；进行动静态测试；本发明将所有的端子单独制作出之后，再与接合有半导体芯片和散热组件的覆铜陶瓷基板电连接，然后就能够在端子上施加电压信号，进行动静态测试，以管控生产过程。同时，独立端子的冲模非常简单，不需要使用复杂的引线框架冲模；塑封完成后不需要进行切筋以及对端子新切口做防氧化处理，不仅缩短了模块的工艺制程，还节省了切筋设备的费用。
Description
技术领域
本发明涉及电子领域，尤其涉及一种功率模块及其制备方法。
背景技术
功率模块的制备方法包括将半导体芯片、覆铜陶瓷基板、功率端子、信号端子和键合线组装成一个半桥电路，覆铜陶瓷基板还与散热器或铜基板结合形成热路。将除了散热面之外的结构通过塑封工艺封装在塑封体内。塑封后功率端子和信号端子仍有部分伸出塑封体，用于与外部电路连接。
现有技术中，为便于安装功率端子和信号端子，通常需要配合使用复杂的冲切模具，在一块带材上冲切出一整套端子，一整套端子通过连接部连接形成引线框架，或至少将信号端子冲切为一个由连接部连接的整体，再将功率端子与之连接形成引线框架。连接部上有塑封定位孔。塑封时，通过塑封定位孔与塑封模具上的定位销配合。塑封完成后，切除引线框架上的连接部，然后对端子新切口进行防氧化处理。最后对端子进行折弯。得到的功率模块只有等到切筋后才能够进行动静态测试，无法很好的管控生产过程。
发明内容
本发明实施例提供一种功率模块及其制备方法，以解决背景技术中的问题。
具体地，本发明提供了一种功率模块的制备方法，包括：
S1：制作出多个完全独立的端子；
S2：将端子与接合有半导体芯片和散热组件的覆铜陶瓷基板接合，并用键合线将端子与半导体芯片、覆铜陶瓷基板接通，形成半桥电路，得到功率模块半成品；
S3：对所述功率模块半成品进行动静态测试；
S4：对所述功率模块半成品塑封。
可选地，所述的制作出多个完全独立的端子，包括：
在一块带材上布置多个形状相同的端子图样，经冲切而制成多个完全独立的端子，并对每个所述端子预折弯处理以及对所述端子包括切口在内的所有面做防氧化处理。
可选地，至少一个所述端子的形状与其它所述端子的形状不同。
可选地，所述端子包括多个功率端子和多个信号端子，所述功率端子和所述信号端子的厚度相同或不同。
可选地，所述的接合有半导体芯片和散热组件的覆铜陶瓷基板，通过以下步骤制造：
所述覆铜陶瓷基板包括上铜层、陶瓷板和下铜层，所述上铜层和所述下铜层分别设置在所述陶瓷板两侧；将所述覆铜陶瓷基板的所述上铜层划分为功率电路、信号电路和信号端子布置区；
将所述半导体芯片布置在覆铜陶瓷基板的功率电路上，将所述下铜层与散热组件接合，得到元器件半成品；
对所述元器件半成品进行动静态测试。
可选地，所述的步骤S2包括：
将所述半成品放入治具中固定；
将多个所述端子放入治具中，使其分别与所述功率电路和所述信号端子布置区对应，然后将所述端子与半成品接合；
通过铝制或铜制键合线将端子与半导体芯片、覆铜陶瓷基板接通。
可选地，所述的步骤S2还包括：
所述端子与元器件半成品接合时，所述端子上的接合面与所述覆铜陶瓷基板上的接合面设置有0～0.05mm的间隙或0～0.1mm的过盈量；以及
将端子与元器件半成品接合之后，通过检具检查并校准所述端子与所述覆铜陶瓷基板之间的相对位置偏差。
可选地，所述的步骤S4包括：
将功率模块半成品安装在塑封下模上，使端子位于所述塑封下模上的端子避空位内，将塑封下模与塑封上模组装，并向所述塑封下模与所述塑封上模内注塑。
可选地，所述半导体芯片为碳化硅芯片或IGBT芯片与二极管芯片的组合。
本发明还提供一种功率模块，根据以上任意一项所述的制备方法制备得到。
本发明的有益效果在于：现有技术中的功率模块由一整套端子在塑封完成前通过连接部连接，形成引线框架，无法在信号端子上施加电压信号，因此无法进行动静态测试。本发明提供的功率模块及其制备方法中，由于将所有的端子单独制作出之后，再与接合有半导体芯片和散热组件的覆铜陶瓷基板(即元器件半成品)电连接，因此可以在端子上施加电压信号，进行动静态测试，以判断半成品的性能、管控生产过程。同时，使用独立端子时冲模非常简单，不需要使用复杂的引线框架冲模；塑封完成后不需要进行切筋以及对端子新切口做防氧化处理，不仅缩短了模块的工艺制程，还节省了切筋设备的费用。
进一步地，由于仅需对带材进行一次冲切即可制得多个完全独立的端子，仅需对每个端子包括切口在内的所有面做一次防氧化处理，减少了工艺制程，降低了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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是本发明一实施例中功率模块的制备方法的示意性流程图；
图2是本发明一实施例中功率模块中覆铜陶瓷基板的示意性结构图；
图3是本发明一实施例中功率模块的示意性结构图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、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于解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“接合”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
现有技术中，为便于安装端子(包括功率端子和信号端子)，将功率端子和信号端子设计为同一厚度或不同厚度，并在带材上冲切出一整套端子，一整套的端子通过连接部连接形成引线框架，或至少将信号端子冲切为一个由连接部连接的整体，再将功率端子与之连接形成引线框架。引线框架里的连接部上设置有塑封定位孔。塑封时，通过塑封定位孔与塑封模具上的定位销配合。塑封完成后，对引线框架上的连接部做切筋处理，然后对端子新切口进行防氧化处理。虽然该工艺提高了端子的安装效率，但引线框架的冲切模具复杂，以及由于切筋前所有信号端子都是连在一起的，没有办法在信号端子上施加电压信号，因此无法进行动静态测试，直至塑封、切筋后才能够进行动静态测试，导致无法很好的管控生产过程。并且，在带材上冲切出端子后，就需要对切口进行防氧化处理；在切除引线框架上的连接部后，仍需对端子新切口进行防氧化处理，增加了工艺制程和生产成本。
图1是本发明一实施例中功率模块的制备方法的示意性流程图，如图1所示，并参考图2至图3，本发明实施例提供了一种功率模块的制备方法，包括以下步骤：
S1：制作出多个完全独立的端子200；
S2：将端子200与接合有半导体芯片和散热组件400的覆铜陶瓷基板100接合，并用键合线将端子200与半导体芯片、覆铜陶瓷基板100接通，形成半桥电路，得到功率模块半成品；
S3：对所述功率模块半成品进行动静态测试；
S4：对所述功率模块半成品塑封。
本发明将所有的端子200单独制作出之后，再与接合有半导体芯片和散热组件400的覆铜陶瓷基板100(即元器件半成品)电连接，然后就可以在端子200上施加电压信号，进行动静态测试，以管控生产过程。同时，塑封完成后不需要进行切筋以及对端子新切口做防氧化处理，不仅缩短了模块的工艺制程，还免除了切筋设备的费用。
其中，半导体芯片为碳化硅芯片或IGBT芯片与二极管芯片的组合。散热组件400包括散热器、铜基板中的一种。
进一步地，在本发明的一实施例中，制作出多个完全独立的端子200，包括在一块带材上布置多个形状相同的端子200图样，经冲切而制成多个完全独立的端子200，并对每个端子200包括切口在内的所有面做防氧化处理。
本发明实施例中，由于仅需对带材进行一次冲切即可制得多个完全独立的端子200，仅需对每个端子200做一次防氧化处理，减少了工艺制程，降低了生产成本。
具体地，端子200包括多个功率端子和多个信号端子，功率端子包括：2个直流正极功率端子、1个直流负极功率端子、1个交流功率端子；信号端子包括：1个直流正极电路的信号端子、4个信号电路的信号端子和2个负温度系数热敏电阻的信号端子。由于每个端子200均可独立制备，因此各功率端子和信号端子的厚度可以相同，也可以不同；各功率端子和信号端子的形状也可以不相同。在应用时，可根据实际需求设计每个端子200的厚度、形状，然后在同一带材上布置多个厚度相同的端子200图样，以便于制备端子200；为了节省带材，也可在同一带材上布置多个形状相同、厚度相同的端子200图样。
在本发明的一实施例中，接合有半导体芯片和散热组件400的覆铜陶瓷基板100，通过以下步骤制造：
如图2所示，覆铜陶瓷基板100包括上铜层110、陶瓷板120和下铜层130，上铜层110和下铜层130分别设置在陶瓷板120两侧并通过DBC技术或AMB技术与陶瓷板120连接；通过相关设备，将覆铜陶瓷基板100的上铜层110划分为功率电路、信号电路和信号端子200布置区；
将半导体芯片布置在覆铜陶瓷基板100的功率电路上，将下铜层130与散热组件400接合，得到元器件半成品；
对元器件半成品进行动静态测试。
本发明在制备出元器件半成品之后，对元器件半成品进行了一次动静态测试，通过动静态测试，能够管控生产过程。
在本发明的一实施例中，步骤S2包括：
将半成品放入治具中固定；
将多个端子200放入治具中，使其分别与功率电路和信号端子布置区对应，然后将端子200与元器件半成品接合；端子200上的接合面与覆铜陶瓷基板100上的接合面设置有0～0.05mm的间隙或0～0.1mm的过盈量；
通过检具检查并校准端子200与覆铜陶瓷基板100之间的相对位置偏差；
通过铝制或铜制键合线将端子200与半导体芯片、覆铜陶瓷基板100接通。
接合时，将包含半导体芯片、覆铜陶瓷基板100、散热器或铜基板的元器件半成品放入治具中，在覆铜陶瓷基板100的第一侧进行定位，在覆铜陶瓷基板100的第二侧通过限位组件将覆铜陶瓷基板100卡死；将端子200放入治具上相应的位置，使端子200位于覆铜陶瓷基板100的第三侧和第四侧，然后用压块将端子200压住，此时端子200上的接合面与覆铜陶瓷基板100上的接合面有0～0.05mm的间隙或0～0.1mm的过盈量。然后通过检具检查和校准接合端子200后的半成品上端子200与覆铜陶瓷基板100之间的相对位置偏差，确保端子200与覆铜陶瓷基板100之间的相关位置偏差能满足塑封要求。
在本发明的一实施例中，步骤S4包括：
将功率模块半成品安装在塑封下模上，使端子200位于塑封下模上的端子避空位内，将塑封下模与塑封上模组装，并向塑封下模与塑封上模内注塑。塑封完成后对延伸出塑封体的端子200进行折弯，得到功率模块。
如图3所示，注塑后的塑封体300将半导体芯片、覆铜陶瓷基板封装，仅端子200以及散热组件400延伸出塑封体300，以便端子200与其他部件连接，散热组件400将功率模块的热量传递出塑封体300。
本发明还提供了一种功率模块，由以上技术方案的制备方法制备得到。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种功率模块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制作出多个完全独立的端子；
S2：将端子与接合有半导体芯片和散热组件的覆铜陶瓷基板接合，并用键合线将端子与半导体芯片、覆铜陶瓷基板接通，形成半桥电路，得到功率模块半成品；
S3：对所述功率模块半成品进行动静态测试；
S4：对功率模块半成品进行塑封。
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，
所述的制作出多个完全独立的端子，包括：
在一块带材上布置多个端子图样，经冲切而制成多个完全独立的端子，并对每个所述端子的所有表面做防氧化处理。
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，
至少一个所述端子的形状与其它所述端子的形状不同。
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，
所述端子包括多个功率端子和多个信号端子，所述功率端子和所述信号端子的厚度相同或不同。
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，
所述的接合有半导体芯片和散热组件的覆铜陶瓷基板，通过以下步骤制造：
所述覆铜陶瓷基板包括上铜层、陶瓷板和下铜层，所述上铜层和所述下铜层分别设置在所述陶瓷板两侧；将所述覆铜陶瓷基板的所述上铜层划分为功率电路、信号电路和信号端子布置区；
将所述半导体芯片布置在覆铜陶瓷基板的功率电路上，将所述下铜层与散热组件接合，得到元器件半成品；
对所述元器件半成品进行动静态测试。
6.根据权利要求5所述的功率模块的制备方法，其特征在于，
所述的步骤S2包括：
将所述元器件半成品放入治具中固定；
将多个所述端子放入治具中，使其分别与所述功率电路和所述信号端子布置区对应，然后将所述端子与元器件半成品接合；
通过铝制或铜制键合线将端子与半导体芯片、覆铜陶瓷基板接通。
7.根据权利要求6所述的功率模块的制备方法，其特征在于，
所述的步骤S2还包括：
所述端子与元器件半成品接合时，所述端子上的接合面与所述覆铜陶瓷基板上的接合面设置有0～0.05mm的间隙或0～0.1mm的过盈量；以及
将端子与元器件半成品接合之后，通过检具检查并校准所述端子与所述覆铜陶瓷基板之间的相对位置偏差。
8.根据权利要求1所述的功率模块的制备方法，其特征在于，
所述的步骤S4包括：
将功率模块半成品安装在塑封下模上，使端子位于所述塑封下模上的端子避空位内，将塑封下模与塑封上模组装，并向所述塑封下模与所述塑封上模内注塑。
9.根据权利要求1所述的功率模块的制备方法，其特征在于，
所述半导体芯片为碳化硅芯片或IGBT芯片与二极管芯片的组合；
和/或，所述散热组件包括散热器、铜基板中的一种。
10.一种功率模块，其特征在于，由权利要求1～9任意一项所述的功率模块的制备方法制备得到。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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