CN117877991A - 一种功率模块的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率模块的制造方法，涉及半导体技术领域，包括：步骤1：提供一铝散热器，该铝散热器上涂覆有镀铜层；步骤2：提供一功率器件，该功率器件包括至少一个芯片；步骤3：将芯片直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上，以使芯片产生的热量直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板间接传递至铝散热器上。本发明所述的制备方法在铝散热器上设置了镀铜层，并利用该镀铜层进行直接散热，相对于现有技术来说取消了接触层和导热硅脂，因而解决了现有功率模块生产工序复杂、成本较高及散热效果差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种功率模块的制造方法。
背景技术
功率模块是大功率半导体器件按一定的功能组合再灌封成一体的模块。功率模块可根据封装的半导体元器件的不同实现不同功能，广泛应用于工业变频、变流器、汽车电机控制器等需要进行电能转换的场景。功率半导体器件通过连接材料(通常为焊接或者金属烧结)粘接在陶瓷基板或者铜基板上。功率半导体器件在工作时，会产生热损耗，如果发热量太大，又来不及向周围媒质消散，就会因温度过高而失效，所以，半导体功率模块的热管理对于模块的性能以及成本有着至关重要的作用，为了避免功率半导体器件温度过高，一般会增加散热器来加快散热。
为此，公告号为CN217822764U的专利文献就公开了一种带有散热功能的新型IGBT模块，其包括陶瓷基板，陶瓷基板的底部固定安装有接触层，接触层的底部设有硅脂层，陶瓷基板的顶部固定安装有覆铜层，覆铜层的顶部焊接有若干个芯片，覆铜层的顶部还开设有两个插入孔，两个插入孔的内壁上设有辅助组件。该IGBT模块虽然具有一定的散热效果，但由于其采用接触层与硅脂层配合散热，在制备时需要安装单独的铜板并敷设硅脂，因而存在着生产工序复杂及成本较高的技术问题。另外，由于硅脂的导热系数仅为0.8-5.0W/m·K，因此其散热效果也较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述技术问题，提供了一种功率模块的散热结构，本发明所述的制备方法通过在铝散热器上设置镀铜层，并利用该镀铜层进行直接散热，相对于现有技术来说取消了接触层和导热硅脂，因而解决了现有功率模块生产工序复杂、成本较高及散热效果差的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种功率模块的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：提供一铝散热器，该铝散热器上涂覆有镀铜层；
步骤2：提供一功率器件，该功率器件包括至少一个芯片；
步骤3：将芯片直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上，以使芯片产生的热量直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板间接传递至铝散热器上。
步骤1中，镀铜层采用化学镀、机械喷涂或等离子喷镀工艺涂覆在铝散热器上。
步骤1中，镀铜层的厚度为10um～2000um。
步骤1中，铝散热器的一侧设有光滑的平面，另一侧设有散热翅片，镀铜层覆盖在平面上。
步骤3中，芯片直接焊固在镀铜层上时，芯片与镀铜层之间通过锡膏焊接固定；芯片通过DBC陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上时，芯片与DBC陶瓷覆铜板之间及DBC陶瓷覆铜板与镀铜层之间均通过锡膏焊接固定。
步骤3中，通过锡膏焊接固定的方法为：先在镀铜层上刷锡膏，再将芯片和/或DBC陶瓷覆铜板对应放置到锡膏上，然后利用烧结炉在200～400℃的温度下熔化锡膏，使芯片直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板间接焊固到镀铜层上。
采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：
1、本发明通过先在铝散热器上涂覆镀铜层，再将功率器件的芯片直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上，就能够制造出散热效果更好的功率模块。相对于现有技术来说，一方面，本方法取消了接触层和导热硅脂，因而使得功率模块的制造更加简单，同时降低了生产成本，提高了生产效率。另一方面，由于镀铜层的导热系数为401W/mk，远大于硅脂的导热系数，再加上芯片是直接或通过DBC陶瓷覆铜板间接焊固到镀铜层上，因取消了接触层和导热硅脂，相应地也减少了中间的传热结构及传热过程，因而还有效地提升了导热效果。
2、本发明中的镀铜层可采用化学镀、机械喷涂或等离子喷镀等工艺设置在铝散热器上，一方面，其能使镀铜层与铝散热器形成一体式结构，进而使得其散热效果更好。另一方面，其还使得镀铜层的设置更加简单。
3、本发明将镀铜层的厚度设为10um～2000um，一方面，其有利于大幅提升传热效率。另一方面，由于采用导热硅脂工艺填充时，如空气包含于导热硅脂内部或连接处，较难排除,会形成不规则且位置随机的空洞，因而有引发产品损坏风险。而采用镀铜层则能够有效消除空洞，有利于减少产品损坏的风险。
4、本发明通过烧结炉在200～400℃的温度下熔化锡膏，其不仅有利于使芯片稳定地固定到铝散热器上，还有利于实现热量的有效传递。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为芯片直接焊固在镀铜层上的结构示意图；
图3为芯片通过DBC陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上的结构示意图；
图4为芯片直接和间接焊固在镀铜层上的结构示意图；
图5为图4中I处的放大结构示意图。
图中标注为：1、芯片，2、铝散热器，3、镀铜层，4、DBC陶瓷覆铜板。
具体实施方式
申请人目前已根据本发明所述方法制造出实际样品，且确认该方法具有工序简单、成本降低的优点，同时制造出的产品散热效果好，因而准备实际生产，为了更好的保护本技术，申请人对该技术进行了发明专利申请，下面结合具体实施例对本发明作详细说明。
如图1所示，一种功率模块的制造方法，其包括以下步骤：
步骤1：提供一铝散热器2，该铝散热器2上涂覆有镀铜层3。
步骤2：提供一功率器件，该功率器件包括至少一个芯片1。
步骤3：将芯片1直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板4间接焊固在镀铜层3上，以使芯片1产生的热量直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板4间接传递至铝散热器2上，进而由铝散热器2将热量散发至外界。
根据本发明的一个优选实施方式，镀铜层3采用化学镀、机械喷涂或等离子喷镀工艺涂覆在铝散热器2上，其厚度为10um～2000um。需要说明的是，镀铜层3厚度的差异性与散热效果密切相关，但其具体加工厚度需结合模块内部功率元件的功率大小/电路结构/布局差异进行计算，即镀铜层3可根据设计需要在该范围内相应调节，从而达到最佳的散热效果。
需要说明的是，本发明中的镀铜层3为采用上述工艺在铝散热器2的表面镀设一层铜或敷设一层铜，其能够与铝散热器2紧密结合，其不包括单独设置铜板的结构，同时该镀铜层3也不等同于单独铜板的结构，即结构及效果均不相同或等同。
根据本发明的一个优选实施方式，铝散热器2的一侧设有光滑的平面，另一侧设有散热翅片，镀铜层3覆盖在平面上。其中，镀铜层3的面积与铝散热器2上光滑平面的面积既可相同，也可小于光滑平面的面积，即镀铜层3既可全面覆盖在光滑平面上，也可部分覆盖在光滑平面上。
本发明对功率器件的结构及类型不作限定，只要是包括芯片1的功率器件均可。并且，本发明对铝散热器2的结构也不作限定，只要具有上述光滑平面的散热器均可。
如图2-5所示，步骤3中芯片1与镀铜层3之间具体包括如下三种连接结构：
第一种：当芯片1的数量为一个时，该芯片1直接焊固在镀铜层3上，或该芯片1通过DBC陶瓷覆铜板4间接焊固在镀铜层3上。
第二种：当芯片1的数量为多个时（包括两个），所有芯片1均直接焊固在镀铜层3上，或所有芯片1均通过DBC陶瓷覆铜板4间接焊固在镀铜层3上。
第三种：当芯片1的数量为多个时，一部分芯片1直接焊固在镀铜层3上，另一部分芯片1通过DBC陶瓷覆铜板4间接焊固在镀铜层3上。
根据本发明的一个优选实施方式，当芯片1直接焊固在镀铜层3上时，芯片1与镀铜层3之间通过锡膏焊接固定；当芯片1通过DBC陶瓷覆铜板4间接焊固在镀铜层3上时，芯片1与DBC陶瓷覆铜板4之间及DBC陶瓷覆铜板4与镀铜层3之间均通过锡膏焊接固定。
具体的，上述通过锡膏焊接固定的方法为：先在镀铜层3上刷锡膏，再将芯片1和/或DBC陶瓷覆铜板4对应放置到锡膏上，然后利用烧结炉在200～400℃的温度下熔化锡膏，使芯片1直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板4间接焊固到镀铜层3上即可。
相对于现有技术采用导热硅脂和铜板的散热结构来说，本发明具有更高的性价比，如下：
以申请人公司所生产400A焊机模块为例，根据设计要求，其底部铜板尺寸将不会低于110*80*3mm，导热硅脂使用量不低于3g，通过采购、工程部、生产部及包装部实测,主要工艺材料及对比如下：
经审计和财务核算,采用本发明后，生产效率能够提升30%，但综合成本却能够降低27%。相对于现有技术来说具有更好的导热效果，同时还提高了生产效率和降低了生产成本，创新性更高。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (6)
1.一种功率模块的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：提供一铝散热器，该铝散热器上涂覆有镀铜层；
步骤2：提供一功率器件，该功率器件包括至少一个芯片；
步骤3：将芯片直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上，以使芯片产生的热量直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板间接传递至铝散热器上。
2.根据权利要求1所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于：步骤1中，镀铜层采用化学镀、机械喷涂或等离子喷镀工艺涂覆在铝散热器上。
3.根据权利要求1或2所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于：步骤1中，镀铜层的厚度为10um～2000um。
4.根据权利要求1所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于：步骤1中，铝散热器的一侧设有光滑的平面，另一侧设有散热翅片，镀铜层覆盖在平面上。
5.根据权利要求1、2或4中任一项所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于：步骤3中，芯片直接焊固在镀铜层上时，芯片与镀铜层之间通过锡膏焊接固定；芯片通过DBC陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上时，芯片与DBC陶瓷覆铜板之间及DBC陶瓷覆铜板与镀铜层之间均通过锡膏焊接固定。
6.根据权利要求5所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于：步骤3中，通过锡膏焊接固定的方法为：先在镀铜层上刷锡膏，再将芯片和/或DBC陶瓷覆铜板对应放置到锡膏上，然后利用烧结炉在200～400℃的温度下熔化锡膏，使芯片直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板间接焊固到镀铜层上。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007109880A (ja) * | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置 |
| CN108428682A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-08-21 | 江西江铃集团新能源汽车有限公司 | 一种功率模组及其制备方法 |
| CN210668342U (zh) * | 2019-12-30 | 2020-06-02 | 重庆键合科技有限责任公司 | 一种散热器及半导体功率模块的散热结构 |
| CN111696936A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-09-22 | 浙江天毅半导体科技有限公司 | 一种集成散热器的功率模块及其制作方法 |
| CN113097155A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-09 | 浙江翠展微电子有限公司 | 一种芯片导热模块及其制备方法 |
| CN113782504A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-10 | 中国矿业大学 | 一种集成散热器的功率模块简化封装结构及制作方法 |
-
2024
- 2024-03-11 CN CN202410271663.0A patent/CN117877991A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007109880A (ja) * | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置 |
| CN108428682A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-08-21 | 江西江铃集团新能源汽车有限公司 | 一种功率模组及其制备方法 |
| CN210668342U (zh) * | 2019-12-30 | 2020-06-02 | 重庆键合科技有限责任公司 | 一种散热器及半导体功率模块的散热结构 |
| CN111696936A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-09-22 | 浙江天毅半导体科技有限公司 | 一种集成散热器的功率模块及其制作方法 |
| CN113097155A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-09 | 浙江翠展微电子有限公司 | 一种芯片导热模块及其制备方法 |
| CN113782504A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-10 | 中国矿业大学 | 一种集成散热器的功率模块简化封装结构及制作方法 |
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