CN117913053A - 一种功率模块及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功率模块及其制造方法，涉及半导体技术领域，功率模块包括：第一基板，所述第一基板上设置有功率芯片安装区域和功率芯片电极连接区域；母排，包括母排主体和多个支臂，各个所述支臂分别与所述母排主体连接，且各个所述支臂平行；多个功率芯片，各个所述功率芯片的第一极分别与所述功率芯片安装区域连接，各个所述功率芯片的第二极分别通过一个所述支臂连接至所述功率芯片电极连接区域。本发明通过母排连接功率芯片和第一基板，降低了功率模块运行时的寄生电感，并且降低了功率模块的制造复杂度和制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种功率模块及其制造方法。
背景技术
功率模块是控制电路工作状态，实现电路保护和逆变功能的重要半导体器件，被广泛应用于汽车、电器和工业设备等领域。功率模块包括通流基板和功率芯片，目前功率芯片通常采用金属键合线与通流基板连接，以实现电流的传输。
由于金属键合带来的物理冲击容易导致功率芯片失效，相关技术中通常在实施金属键合前先为功率芯片的源极烧结一层缓冲铜箔，以保护功率芯片，降低功率芯片在金属键合过程中的失效概率。但是，一方面，这种方式实施过程复杂，导致封装良率较低，且增加了功率模块的制造成本。另一方面，功率模块中功率芯片的数量较多，相应地，金属键合线的数量较多，导致功率模块内寄生电感较大，影响功率模块的性能。
发明内容
本发明解决的问题是如何降低功率模块的制造复杂度和制造成本，以及功率模块运行时的寄生电感。
为解决上述问题，本发明提供一种功率模块及其制造成本。
第一方面，本发明提供了一种功率模块，包括：
第一基板，所述第一基板上设置有功率芯片安装区域和功率芯片电极连接区域；
母排，包括母排主体和多个支臂，各个所述支臂分别与所述母排主体连接，且各个所述支臂相互平行；
多个功率芯片，各个所述功率芯片的第一极分别与所述功率芯片安装区域连接，各个所述功率芯片的第二极分别通过一个所述支臂连接至所述功率芯片电极连接区域。
可选地，所述功率芯片安装区域包括设置在所述第一基板上的第一金属层和第二金属层，一部分所述功率芯片的第一极与所述第一金属层连接，另一部分所述功率芯片的第一极与所述第二金属层连接，所述第一金属层上各个所述功率芯片之间通过电流的方向与所述第二金属层上各个所述功率芯片之间通过电流的方向平行且相反。
可选地，所述第一金属层包括第一上桥臂区域和第二上桥臂区域，所述第二金属层包括第一下桥臂区域和第二下桥臂区域，所述第一下桥臂区域和所述第二下桥臂区域位于所述第一上桥臂区域和所述第二上桥臂区域之间；
部分所述功率芯片的第一极与所述第一上桥臂区域连接，作为第一上桥臂；部分所述功率芯片的第一极与所述第二上桥臂区域连接，作为第二上桥臂；部分所述功率芯片的第一极与所述第一下桥臂区域连接，作为第一下桥臂；部分所述功率芯片的第一极与所述第二下桥臂区域连接，作为第二下桥臂；
所述第一上桥臂与所述第二上桥臂内通过电流的方向均为第一方向，所述第一下桥臂和所述第二下桥臂内通过电流的方向均为第二方向，所述第一方向与所述第二方向平行且相反。
可选地，所述功率芯片电极连接区域包括所述第一下桥臂区域、所述第二下桥臂区域和设置在所述第一基板上的第三金属层，所述母排的数量为多个，多个所述母排包括第一上桥臂母排、第二上桥臂母排、第一下桥臂母排和所述第二下桥臂母排；
所述第一上桥臂中的各个所述功率芯片的第二极分别通过所述第一上桥臂母排的一个所述支臂连接至所述第一下桥臂区域，所述第二上桥臂中的各个所述功率芯片的第二极分别通过所述第二上桥臂母排的一个所述支臂连接至所述第二下桥臂区域，所述第一下桥臂中的各个所述功率芯片的第二极分别通过所述第一下桥臂母排的一个所述支臂连接至所述第三金属层，所述第二下桥臂中的各个所述功率芯片的第二极分别通过所述第二下桥臂母排的一个所述支臂连接至所述第三金属层，所述第一上桥臂母排的所述支臂中通过电流的方向为第三方向，所述第二上桥臂母排的所述支臂中通过电流的方向为第四方向，所述第三方向与所述第四方向平行且相反。
可选地，所述第一上桥臂母排的各个所述支臂与所述第二上桥臂母排的各个所述支臂一一对应，所述第一下桥臂母排的各个所述支臂与所述第二下桥臂母排的各个所述支臂一一对应，相对应的两个所述支臂在同一条直线上。
可选地，一个所述支臂的两端分别朝向所述第一基板弯折形成连接部，所述连接部与所述第一基板平行，且所述连接部面向所述第一基板的一面设置有多个凸起，一个所述连接部与所述功率芯片的第二极连接，另一所述连接部与所述功率芯片安装区域连接。
可选地，还包括第二基板和多个电阻，所述电阻与所述功率芯片一一对应，各个所述电阻分别安装在所述第二基板上，所述电阻的一端与对应的所述功率芯片的第三极连接，所述电阻的另一端用于连接信号端子，所述第二基板所在的平面与所述第一基板所在的平面相交。
可选地，所述第二基板包括硬性线路板和多个第一柔性线路板，各个所述电阻分别安装在所述硬性线路板上，各个所述电阻分别通过一个所述柔性线路板连接至对应的所述功率芯片的第三极。
第二方面，本发明提供了一种功率模块的制造方法，其特征在于，应用于制造如第一方面所述的功率模块，所述功率模块的制造方法包括：
将多个功率芯片贴装到第一基板的功率芯片安装区域，将母排贴装到所述第一基板上，其中，所述母排的各个支臂的一端分别压贴在一个所述功率芯片的第二极上，各个所述支臂的另一端分别压贴在所述第一基板的功率芯片电极连接区域上。
可选地，所述功率模块还包括第二基板和多个电阻，所述第二基板包括硬性线路板和多个第一柔性线路板，所述第一柔性线路板与所述电阻一一对应；所述功率模块的制造方法包括：
将各个所述电阻贴装到所述硬性线路板上，将各个所述第一柔性线路板的一端分别与对应的所述电阻的一端焊接；
将所述硬性线路板固定在所述第一基板的一侧，将各个所述第一柔性线路板的另一端分别与一个所述功率芯片的第三极焊接，其中，所述硬性线路板所在的平面与所述第一基板所在的平面相交。
本发明的功率模块及其制造方法的有益效果是：功率模块包括第一基板、母排和多个功率芯片，功率芯片的第一极与第一基板上的功率芯片安装区域连接，即功率芯片安装在功率芯片安装区域内，功率芯片的第二极通过母排的一个支臂连接至第一基板上的功率芯片电极连接区域，以连通电流路径。相较于采用金属键合线，通过母排连接功率芯片和第一基板，母排可通过焊接等贴装方式进行安装，能够避免金属键合带来的物理冲击，进而降低功率芯片的失效概率。并且，不需要为功率芯片的源极烧结缓冲铜箔，减少了工艺步骤和材料成本，进而降低了功率模块的制造复杂度和制造成本。另外，母排包括母排主体和多个支臂，各个支臂分别与母排主体连接，使得与支臂连接的各个功率芯片能够通过母排主体实现连通，并且各个支臂平行，能够改善相邻的功率芯片件的寄生参数，进而降低功率模块运行时的寄生电感。
附图说明
图1为本发明实施例的一种功率模块的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种母排的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种第二基板的结构示意图；
图4为本发明实施例的一种第一基板的结构示意图；
图5为本发明实施例的另一种功率模块的结构示意图；
图6为图5所示的功率模块的俯视图；
图7为本发明实施例的又一种功率模块的爆炸结构示意图；
图8为本发明实施例的一种功率模块的制造方法的流程示意图。
附图标记说明：
1、第一基板；2、第二基板；3、功率端子；4、信号端子；5、母排；6、散热基板；7、塑封体；11、第一金属层；12、第二金属层；13、第三金属层；14、功率芯片；21、电阻；22、第一柔性线路板；23、第二柔性线路板；31、DC+功率端子；32、DC-功率端子；33、交流功率端子；41、上桥漏极信号端子；42、上桥门极信号端子；43、上桥源极信号端子；44、下桥源极信号端子；45、下桥门极信号端子；46、第一NTC信号端子；47、第二NTC信号端子；48、热敏电阻；51、第一上桥臂母排；52、第二上桥臂母排；53、第一下桥臂母排；54、第二下桥臂母排；111、第一上桥臂区域；112、第二上桥臂区域；121、第一下桥臂区域；122、第二下桥臂区域；501、母排主体；502、支臂。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”；术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种功率模块，包括：
第一基板1，所述第一基板1上设置有功率芯片安装区域和功率芯片电极连接区域；
母排5，包括母排主体501和多个支臂502，各个所述支臂502分别与所述母排主体501连接，且各个所述支臂502相互平行；
多个功率芯片14，各个所述功率芯片14的第一极分别与所述功率芯片安装区域连接，各个所述功率芯片14的第二极分别通过一个所述支臂502连接至所述功率芯片电极连接区域。
具体地，第一基板1可为覆金属层基板，例如陶瓷覆铜板和陶瓷覆铝板等。功率芯片14可采用碳化硅材料制成，功率芯片14包括第一极、第二极和第三极。当功率芯片14为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半场效晶体管)时，功率芯片14的第一极为MOSFET的漏极，功率芯片14的第二极为MOSFET的源极，功率芯片14的第三极为MOSFET的门极。当功率芯片14为IGBT(Insulate-Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)时，功率芯片14的第一极为IGBT的集电极，功率芯片14的第二极为IGBT的发射极，功率芯片14的第三极为IGBT的门极。
母排5可通过金属或其合金制成，包括铜排和铝排等。多个支臂502分别与母排主体501连接，各个支臂502可沿母排主体501间隔设置，各个支臂502相互平行，使得整个母排5呈“丰”字型或“王”字型。
本实施例中，功率模块包括第一基板1、母排5和多个功率芯片14，功率芯片14的第一极与第一基板1上的功率芯片安装区域连接，即功率芯片14安装在功率芯片安装区域内，功率芯片14的第二极通过母排5的一个支臂502连接至第一基板1上的功率芯片电极连接区域，以连通电流路径。相较于采用金属键合线，通过母排5连接功率芯片14和第一基板1，母排5可通过焊接等贴装方式进行安装，能够避免金属键合带来的物理冲击，进而降低功率芯片14的失效概率。并且，不需要为功率芯片14的源极烧结缓冲铜箔，减少了工艺步骤和材料成本，进而降低了功率模块的制造复杂度和制造成本。另外，母排5包括母排主体501和多个支臂502，各个支臂502分别与母排主体501连接，使得与支臂502连接的各个功率芯片14能够通过母排主体501实现连通，并且各个支臂502平行，能够改善相邻的功率芯片14件的寄生参数，进而降低功率模块运行时的寄生电感。
可选地，如图1所示，所述功率芯片安装区域包括设置在所述第一基板1上的第一金属层11和第二金属层12，一部分所述功率芯片14的第一极与所述第一金属层11连接，另一部分所述功率芯片14的第一极与所述第二金属层12连接，所述第一金属层11上各个所述功率芯片14之间通过电流的方向与所述第二金属层12上各个所述功率芯片14之间通过电流的方向平行且相反。
具体地，第一基板1还包括绝缘层，第一金属层11和第二金属层12均位于绝缘层上，且第一金属层11和第二金属层12位于绝缘层的同一侧，第一金属层11和第二金属层12均用作功率芯片14的载体，且第一金属层11中功率芯片14的数量与第二金属层12中功率芯片14的数量相等。第一金属层11中安装的多个功率芯片14(即第一极与第一金属层11连接的功率芯片14)可组成上桥臂，第二金属层12中安装的多个功率芯片14(即第一极与第二金属层12连接的功率芯片14)可组成下桥臂，上桥臂与下桥臂连接，电流可由上桥臂流入到下桥臂，其中，上桥臂中通过电流的方向与下桥臂中通过电流的方向平行且相反，即第一金属层11中通过电流的方向与第二金属层12中通过电流的方向平行且相反。
本可选的实施例中，第一金属层11内通过电流的方向和第二金属层12内通过电流的方向平行且相反，能够使相邻电路产生更大的互感，进而有效降低功率模块工作时的寄生电感。
可选地，如图1所示，所述第一基板1还可包括第三金属层13，第三金属层13与第一金属层11和第二金属层12位于绝缘层的同一侧，所述功率芯片安装区域包括第二金属层12和第三金属层13；
所述第一金属层11上的所述功率芯片14的第二极通过一个母排5的支臂502与所述第二金属层12连接，所述第二金属层12上的所述功率芯片14的第二极通过一个母排5的支臂502与所述第三金属层13连接，所述第一金属层11和所述第三金属层13上分别设置有用于连接功率端子3(具体为直流功率端子)的连接区域，所述第二金属层12上也设置有用于连接功率端子3(具体为交流功率端子)的连接区域。
本可选的实施例中，相较于通过金属键合结构连接，采用母排5连接功率芯片14和第一基板1的金属层，不受功率芯片14第二极表面金属键合线数量和金属键合线间隔距离的限制，且能够避免装接过程中对功率芯片14的过度力冲击，降低了功率芯片14的失效风险，能够提升制造良率。
可选地，如图4所示，所述第一金属层11包括第一上桥臂区域111和第二上桥臂区域112，所述第二金属层12包括第一下桥臂区域121和第二下桥臂区域122，所述第一下桥臂区域121和所述第二下桥臂区域122位于所述第一上桥臂区域111和所述第二上桥臂区域112之间；
部分所述功率芯片14的第一极与所述第一上桥臂区域111连接，作为第一上桥臂；部分所述功率芯片14的第一极与所述第二上桥臂区域112连接，作为第二上桥臂；部分所述功率芯片14的第一极与所述第一下桥臂区域121连接，作为第一下桥臂；部分所述功率芯片14的第一极与所述第二下桥臂区域122连接，作为第二下桥臂；
所述第一上桥臂与所述第二上桥臂内通过电流的方向均为第一方向，所述第一下桥臂和所述第二下桥臂内通过电流的方向均为第二方向，所述第一方向与所述第二方向平行且相反。
具体地，第一上桥臂区域111、第二上桥臂区域112、第一下桥臂区域121和第二下桥臂区域122中功率芯片14的数量可相等，第一下桥臂区域121和第二下桥臂区域122可设置在第一上桥臂区域111和第二上桥臂区域112之间，即第一上桥臂区域111、第一下桥臂区域121、第二下桥臂区域122和第二上桥臂区域112依次排列，以尽量缩短相邻两个桥臂之间的距离。
第一上桥臂区域111(即第一上桥臂内)和第二上桥臂区域112(即第二上桥臂内)通过电流的第一方向如图4中从右向左的黑色箭头所示，第一下桥臂区域121(即第一下桥臂内)和第二下桥臂区域122(即第二下桥臂内)通过电流的第二方向如图4中从左向右的黑色箭头所示。第一方向与第二方向平行，能够使相邻电路产生更大的互感，在此基础上，第一方向与第二方向相反，能够降低功率模块工作时的寄生电感。
本可选的实施例中，第一上桥臂通过的电流流入第一下桥臂，第二上桥臂通过的电流流入第二下桥臂，通过缩短相邻两个桥臂之间的距离，使得电流方向相反的换流回路更近，从而增大功率模块中直流端之间的互感，减小杂散电感。另外，采用双上桥臂和双下桥臂，形成两个换流回路，进一步增加了电路互感，减小了杂散电感。
可选地，所述功率芯片电极连接区域包括所述第一下桥臂区域121、所述第二下桥臂区域122和设置在所述第一基板1上的第三金属层13，所述母排5的数量为多个，多个所述母排5包括第一上桥臂母排51、第二上桥臂母排52、第一下桥臂母排53和所述第二下桥臂母排54；
所述第一上桥臂中的各个所述功率芯片14的第二极分别通过所述第一上桥臂母排51的一个所述支臂502连接至所述第一下桥臂区域121，所述第二上桥臂中的各个所述功率芯片14的第二极分别通过所述第二上桥臂母排52的一个所述支臂502连接至所述第二下桥臂区域122，所述第一下桥臂中的各个所述功率芯片14的第二极分别通过所述第一下桥臂母排53的一个所述支臂502连接至所述第三金属层13，所述第二下桥臂中的各个所述功率芯片14的第二极分别通过所述第二下桥臂母排54的一个所述支臂502连接至所述第三金属层13，所述第一上桥臂母排51的所述支臂502中通过电流的方向为第三方向，所述第二上桥臂母排52的所述支臂502中通过电流的方向为第四方向，所述第三方向与所述第四方向平行且相反。
具体地，第一上桥臂区域111、第一下桥臂区域121、第二下桥臂区域122和第二上桥臂区域112中功率芯片14的数量相等，如图5和图6所示，四个区域中均设置有4个功率芯片14。各个区域中的功率芯片14间隔设置，且每个区域中的功率芯片14在一条直线上，以保证各个区域中通过电流的方向平行。例如：第一上桥臂区域111中各个功率芯片14间隔设置，且各个功率芯片14在一条直线上。
其中，第三方向与第四方向平行且相反，即第一上桥臂母排51的支臂502与第二上桥臂母排52的支臂502平行，且两者通过的电流方向相反，能够有效降低功率模块工作时的寄生电感。
本可选的实施例中，功率芯片14通过母排5与相邻的金属层连接，相较于采用键合线结构，能够避免金属键合带来的物理冲击，进而避免金属键合导致的功率芯片14失效。并且，相较于金属键合结构，母排5制造工艺相对容易，制造成本低；适于批量快速贴装，能够提高功率模块生产效率。
可选地，如图1和图2所示，所述第一上桥臂母排51的各个所述支臂502与所述第二上桥臂母排52的各个所述支臂502一一对应，所述第一下桥臂母排53的各个所述支臂502与所述第二下桥臂母排54的各个所述支臂502一一对应，相对应的两个所述支臂502在同一条直线上。
具体地，第一下桥臂母排53中支臂502的一端可与第二下桥臂母排54中对应支臂502的一端连接，具体可一体成型。
本可选的实施例中，相对应的第一上桥臂母排51的支臂502与第二上桥臂母排52的支臂502可在一条直线上，以及相对应的第一下桥臂母排53的支臂502与第二下桥臂母排54的支臂502可在一条直线上，能够保证电流路径的平行，以及增加电流路径平行段数的数量，使得相邻电路能产生更大的互感，进而减小功率模块的杂散电感。
可选地，如图2所示，一个所述支臂502的两端分别朝向所述第一基板1弯折形成连接部，所述连接部与所述第一基板1平行，且所述连接部面向所述第一基板1的一面设置有多个凸起，一个所述连接部与所述功率芯片14的第二极连接，另一所述连接部与所述功率芯片安装区域连接。
本可选的实施例中，母排支臂502向第一基板1方向弯折，使得母排主体501远离第一基板1，以充分利用功率模块的纵向空间，减少对第一基板1上空间的占用，以降低功率模块的体积。连接部与第一基板1平行，且连接部面向第一基板1的一面设置多个凸起，能够保证连接部与第一基板1焊接时的焊层厚度，提高焊接强度，进而保证母排5的通流能力。
可选地，如图3所示，还包括第二基板2和多个电阻21，所述电阻21与所述功率芯片14一一对应，各个所述电阻21分别安装在所述第二基板2上，所述电阻21的一端与对应的所述功率芯片14的第三极连接，所述电阻21的另一端用于连接信号端子4，所述第二基板2所在的平面与所述第一基板1所在的平面相交。
具体地，第二基板2所在的平面可与第一基板1所在的平面垂直，且第二基板2可设置在第一基板1的一侧，以充分利用第一基板1上功率芯片14厚度方向的纵向空间。
第一金属层11和第二金属层12中功率芯片14可按预设方向间隔排布，由于电阻21与功率芯片14一一对应，则电阻21在第二基板2上可按照与预设方向相同的方向间隔排布，以缩短功率芯片14与对应的电阻21之间的距离，进而降低线路复杂度和线路成本。
示例性地，若第一金属层11中的功率芯片14为第一MOSFET，则第一MOSFET的门极与对应的电阻21连接，第一MOSFET的漏极与第一金属层11连接，第一MOSFET的源极与第二金属层12连接，其中，第一MOSFET的源极具体可通过母排5与第二金属层12连接。
若第二金属层12中的功率芯片14为第二MOSFET，则第二MOSFET的门极与对应的电阻21连接，第二MOSFET的漏极与第二金属层12连接，第二MOSFET的源极与第三金属层13连接，其中，第二MOSFET的源极可通过母排5与第三金属层13连接。
本可选的实施例中，功率芯片14和电阻21分开独立布设，使得功率芯片14和电阻21能够分开贴装，具体而言，可利用现有烧结设备分别对功率芯片14和电阻21进行贴装，不需要定制专用的烧结工装，进而能够降低功率芯片14的制造成本。另外，第二基板2所在的平面与第一基板1所在的平面相交，使得第二基板2上的电阻21能够充分利用第一基板1上的纵向空间，即能够充分利用第一基板1上用于安装功率芯片14的纵向空间，进而降低功率模块的体积，提高功率模块的空间利用率和功率密度。
可选地，如图3所示，所述第二基板2包括硬性线路板和多个第一柔性线路板22，各个所述电阻21分别安装在所述硬性线路板上，各个所述电阻21分别通过一个所述柔性线路板连接至对应的所述功率芯片14的第三极。
具体地，硬性线路板所在的平面与第一基板1所在的平面相交，具体而言，两个平面可垂直。硬性线路板上可设置用于连接电阻21两端的焊盘。电阻21可为门极电阻21，具体可采用平面片式结构，其中，电阻21两端分别为两个可焊端面，片式电阻21为标准SMD(Surface Mounted Devices，表面贴装器件)器件。
第一柔性线路板22(FPC，Flexible Printed Circuit)的一端与一个电阻焊盘，第一柔性线路板22的另一端用于连接功率芯片14的第三极。
第二基板2还可包括第二柔性线路板23，第二柔性线路板23的一端与另一个电阻焊盘连接，第二柔性线路板23的另一端用于连接信号端子4。
硬性线路板上电阻21连接区域以外的区域可由防焊漆覆盖，第一柔性线路板22和第二柔性线路板23可从硬性线路板的边缘引出，且每个柔性线路板的两个表面均由绝缘材料覆盖，在柔性线路板的两端设置焊盘，分别用于连接电阻21连接区域和功率芯片14的第三极。
将硬性线路板、第一柔性线路板22和第二柔性线路板23经过压合等工序，按相关工艺要求组合在一起，可形成具有PCB特征和FPC特征的软硬结合板，具有可靠性高、可挠性好、配线密度高、重量轻、厚度薄和弯折性好等特点。
本可选的实施例中，电阻21与功率芯片14之间采用第一柔性线路板22连接，柔性线路板能够保证连接可靠性，并且提高了电阻21与功率芯片14之间装接的便捷性。相较于金属键合结构必须采用可键合式电阻21，本实施例中可以使用能够快速贴装焊接的片式电阻，有效降低了功率模块的成本。另外，片式电阻为SMD器件，适于批量快速贴装的实施，能够提高功率模块的生产效率。
可选地，如图5和图6所示，功率模块还包括交流功率端子33和直流功率端子，直流功率端子包括DC+功率端子31和DC-功率端子32，其中DC+功率端子31的数量可为两个。交流功率端子33设置在第二金属层12上，与第二金属层12连接。DC+功率端子31设置在第一金属层11上，与第一金属层11连接。DC-功率端子32设置在第三金属层13上，与第三金属层13连接。
可选地，如图5和图6所示，功率模块还包括信号端子4，具体包括上桥漏极信号端子41、上桥门极信号端子42、上桥源极信号端子43、下桥源极信号端子44和下桥门极信号端子45。
上桥漏极信号端子41与第一金属层11连接，上桥门极信号端子42与第一金属层11中功率芯片14对应的电阻21连接，具体可通过第二柔性线路板23连接；上桥源极信号端子43与第二金属层12连接。下桥源极信号端子44与第三金属层13连接，下桥门极信号端子45与第二金属层12中功率芯片14对应的电阻21连接，具体可通过第二柔性线路板23连接。
可选地，功率模块还包括用于检测功率模块内的温度的热敏电阻48，信号端子4还包括温度信号端子4，温度信号端子4具体包括第一NTC(Negative TemperatureCoefficient，负温度系数)信号端子46和第二NTC信号端子47。第一基板1上设置有无源器件安装区域，热敏电阻48安装在所述无源器件安装区域中，第一NTC信号端子46和第二NTC信号端子47分别与热敏电阻48的两端连接。
可选地，如图7所示，功率模块还包括散热基板6，所述散热基板6与所述第一基板1连接，且设置于所述第一基板1远离所述金属层的一侧。
具体地，散热基板6可采用金属或其合金制成，具体可包括铜底板和铝底板等。散热基板6表面做电镀处理，以防止氧化等。散热基板6的形状为凹槽，凹槽的槽底与第一基板1接触，具体与第一基板1上远离第一金属层11和第二金属层12的表面接触，第二基板2固定在凹槽的侧壁上。散热基板6远离第一基板1的表面设置有散热针翅，用以提高散热效果。
可选地，如图7所示，功率模块还包括塑封体7，所述塑封体7盖设在散热基板6上，用于封装功率模块。塑封体7具体可采用耐高温的材料制成。
如图8所示，本发明实施例提供的一种功率模块的制造方法，应用于制造如上所述的功率模块，所述功率模块的制造方法包括：
S100，将多个功率芯片14贴装到第一基板1的功率芯片安装区域，将母排5贴装到所述第一基板1上，其中，所述母排5的各个支臂502的一端分别压贴在一个所述功率芯片14的第二极上，各个所述支臂502的另一端分别压贴在所述第一基板1的功率芯片电极连接区域上。
本实施例中，将多个功率芯片14贴装到第一基板1的功率芯片安装区域，并将母排5贴装到第一基板1的对应位置，使得功率芯片14的第二极通过母排5的一个支臂502连接至第一基板1上的功率芯片电极连接区域，以连通电流路径。相较于采用金属键合线，通过母排5连接功率芯片14和第一基板1，母排5可通过焊接等贴装方式进行安装，能够避免金属键合带来的物理冲击，进而降低功率芯片14的失效概率。并且，不需要为功率芯片14的源极烧结缓冲铜箔，取消了金属线键合机等制造设备的投入，简化了工艺流程，降低了材料成本，进而降低了功率模块的制造复杂度和制造成本，且提高了功率芯片14装接、连接的可靠性和便捷性。另外，母排5包括母排主体501和多个支臂502，各个支臂502分别与母排主体501连接，使得与支臂502连接的各个功率芯片14能够通过母排主体501实现连通，并且各个支臂502平行，能够改善相邻的功率芯片14件的寄生参数，进而降低功率模块运行时的寄生电感。
可选地，所述功率模块还包括第二基板2和多个电阻21，所述第二基板2包括硬性线路板和多个第一柔性线路板22，所述第一柔性线路板22与所述电阻21一一对应；所述功率模块的制造方法包括：
S200，将各个所述电阻21贴装到所述硬性线路板上，将各个所述第一柔性线路板22的一端分别与对应的所述电阻21的一端焊接；
S300，将所述硬性线路板固定在所述第一基板1的一侧，将各个所述第一柔性线路板22的另一端分别与一个所述功率芯片14的第三极焊接，其中，所述硬性线路板所在的平面与所述第一基板1所在的平面相交。
具体地，第一基板1和第二基板2相互独立，功率芯片14和电阻21分开独立布设，使得功率芯片14和电阻21能够分开贴装，具体而言，可利用现有烧结设备分别对功率芯片14和电阻21进行贴装，不需要定制专用的烧结工装，进而能够降低功率模块的制造成本。另外，第二基板2本体所在的平面与第一基板1本体所在的平面相交，使得第二基板2本体上的电阻21能够充分利用第一基板1本体上的纵向空间，即能够充分利用第一基板1本体上用于安装功率芯片14的纵向空间，进而降低功率模块的体积，提高功率模块的空间利用率和功率密度。
可选地，可在第一基板1上设置下沉区域，将热敏电阻48焊料施加到下沉区域中，再将热敏电阻48焊接到下沉区域中。焊料可以是合金焊片，也可以是洁净型导电黏结剂。
可选地，通过金属网膜将浆料印刷到第一基板1的金属层的功率芯片安装区域(即功率芯片漏极连接区域)，其中，金属网膜上设置有与第一基板1上功率芯片漏极连接区域吻合的第一贯穿孔，金属网膜上的浆料通过第一贯穿孔印刷在第一基板1的功率芯片漏极连接区域。
具体地，可将第一基板1放置在印刷载具中的限位槽中，进行浆料印刷。其中，印刷载具设置有专门用于承载第一基板1的限位槽，限位槽轮廓与第一基板1轮廓吻合，用于定位第一基板1。金属网膜上可设置与印刷载具的基准点吻合的半蚀基准点，以实现金属网膜上的浆料透过第一贯穿孔准确印刷在功率芯片漏极连接区域。
可选地，第二基板2包括硬性线路板和第一柔性线路板22，通过金属网膜将浆料印刷到硬性线路板的电阻焊盘上和第一柔性线路板22上的FPC焊盘上，其中，金属网膜上设置有分别与第二基板2上电阻焊盘吻合的第二贯穿孔和FPC焊盘吻合的第三贯穿孔，金属网膜上的浆料透过第二贯穿孔印刷到硬性线路板的电阻焊盘上，并透过第三贯穿孔印刷到第一柔性线路板22的FPC焊盘上。
第二基板2还可包括第二柔性线路板23，第二柔性线路板23可采用相同的方法印刷浆料，在此不再赘述。
可选地，将印刷在第一基板1上的浆料预烘干，然后将功率芯片14贴装到预烘干的浆料上。利用烧结设备使用烧结工装，将功率芯片14通过浆料烧结到第一基板1上的功率芯片安装区域。
具体地，可采用烧结银作为连接材料，将功率芯片14烧结到第一基板1上的功率芯片安装区域，得到封装体一。
可选地，使用SMT标准贴装设备通过吸嘴将电阻21贴装到第二基板2上，即硬性线路板的电阻焊盘上，压贴在已印刷的浆料上。将第一柔性线路板22一端的FPC焊盘与一个电阻焊盘焊接，经后工序处理后得到PCBA装配体，作为功率模块的零部件备用。
具体地，电阻21可采用片式电阻，可通过回流焊等方式将电阻21焊接到第一基板1上。
本可选的实施例中，采用片式电阻，适于批量快速贴装的实施。并且，PCB板制造工艺成熟、表面平整度高，适于批量浆料印刷工艺的实施，使用标准传统印刷设备即可完成，无需定制专用设备，能够节省制造成本。
可选地，使用预成型焊片，将封装体一通过真空焊接工艺焊接到散热基板6上，得到封装体二，其中，预成型焊片可为洁净材料。
可选地，将PCBA装配体锁附在散热基板6的侧壁上，具体可使用螺丝进行锁附，也可使用热固型黏结剂黏结或焊料焊接。
可选地，将PCBA装配体中第一柔性线路板22远离电阻21一端的FPC焊盘与功率芯片14第三极的焊盘焊接。
可选地，将第一基板1上的母排焊接区域点涂焊料或贴附预成型焊片，母排5表面平整、结构规整，适于批量快速贴装的实现，可使用贴装设备通过吸嘴贴装在第一基板1上的母排焊接区域，母排5的引脚压贴在已点涂的焊料或预成型焊片上，使得母排5的各个支臂502的一端分别压贴在一个功率芯片14的第二极上，各个支臂502的另一端分别压贴在第一基板1的功率芯片电极连接区域上。
可选地，将贴附了PCBA装配体和母排5的封装体二焊接为一体，得到封装体三。
可选地，使用耐高温材料对封装体三进行封装，具体可通过灌注或压注技术进行封装，得到功率模块。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。在本申请中，所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种功率模块，其特征在于，包括：
第一基板(1)，所述第一基板(1)上设置有功率芯片安装区域和功率芯片电极连接区域；
母排(5)，包括母排主体(501)和多个支臂(502)，各个所述支臂(502)分别与所述母排主体连接，且各个所述支臂(502)相互平行；
多个功率芯片(14)，各个所述功率芯片(14)的第一极分别与所述功率芯片安装区域连接，各个所述功率芯片(14)的第二极分别通过一个所述支臂(502)连接至所述功率芯片电极连接区域。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率芯片安装区域包括设置在所述第一基板(1)上的第一金属层(11)和第二金属层(12)，一部分所述功率芯片(14)的第一极与所述第一金属层(11)连接，另一部分所述功率芯片(14)的第一极与所述第二金属层(12)连接，所述第一金属层(11)上各个所述功率芯片(14)之间通过电流的方向与所述第二金属层(12)上各个所述功率芯片(14)之间通过电流的方向平行且相反。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述第一金属层(11)包括第一上桥臂区域(111)和第二上桥臂区域(112)，所述第二金属层(12)包括第一下桥臂区域(121)和第二下桥臂区域(122)，所述第一下桥臂区域(121)和所述第二下桥臂区域(122)位于所述第一上桥臂区域(111)和所述第二上桥臂区域(112)之间；
部分所述功率芯片(14)的第一极与所述第一上桥臂区域(111)连接，作为第一上桥臂；部分所述功率芯片(14)的第一极与所述第二上桥臂区域(112)连接，作为第二上桥臂；部分所述功率芯片(14)的第一极与所述第一下桥臂区域(121)连接，作为第一下桥臂；部分所述功率芯片(14)的第一极与所述第二下桥臂区域(122)连接，作为第二下桥臂；
所述第一上桥臂与所述第二上桥臂内通过电流的方向均为第一方向，所述第一下桥臂和所述第二下桥臂内通过电流的方向均为第二方向，所述第一方向与所述第二方向平行且相反。
4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述功率芯片电极连接区域包括所述第一下桥臂区域(121)、所述第二下桥臂区域(122)和设置在所述第一基板(1)上的第三金属层(13)，所述母排(5)的数量为多个，多个所述母排(5)包括第一上桥臂母排(51)、第二上桥臂母排(52)、第一下桥臂母排(53)和第二下桥臂母排(54)；
所述第一上桥臂中的各个所述功率芯片(14)的第二极分别通过所述第一上桥臂母排(51)的一个所述支臂(502)连接至所述第一下桥臂区域(121)，所述第二上桥臂中的各个所述功率芯片(14)的第二极分别通过所述第二上桥臂母排(52)的一个所述支臂(502)连接至所述第二下桥臂区域(122)，所述第一下桥臂中的各个所述功率芯片(14)的第二极分别通过所述第一下桥臂母排(53)的一个所述支臂(502)连接至所述第三金属层(13)，所述第二下桥臂中的各个所述功率芯片(14)的第二极分别通过所述第二下桥臂母排(54)的一个所述支臂(502)连接至所述第三金属层(13)，所述第一上桥臂母排(51)的所述支臂(502)中通过电流的方向为第三方向，所述第二上桥臂母排(52)的所述支臂(502)中通过电流的方向为第四方向，所述第三方向与所述第四方向平行且相反。
5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述第一上桥臂母排(51)的各个所述支臂(502)与所述第二上桥臂母排(52)的各个所述支臂(502)一一对应，所述第一下桥臂母排(53)的各个所述支臂(502)与所述第二下桥臂母排(54)的各个所述支臂(502)一一对应，相对应的两个所述支臂(502)在同一条直线上。
6.根据权利要求1至5任一项所述的功率模块，其特征在于，一个所述支臂(502)的两端分别朝向所述第一基板(1)弯折形成连接部，所述连接部与所述第一基板(1)平行，且所述连接部面向所述第一基板(1)的一面设置有多个凸起，一个所述连接部与所述功率芯片(14)的第二极连接，另一所述连接部与所述功率芯片安装区域连接。
7.根据权利要求1至5任一项所述的功率模块，其特征在于，还包括第二基板(2)和多个电阻(21)，所述电阻(21)与所述功率芯片(14)一一对应，各个所述电阻(21)分别安装在所述第二基板(2)上，所述电阻(21)的一端与对应的所述功率芯片(14)的第三极连接，所述电阻(21)的另一端用于连接信号端子(4)，所述第二基板(2)所在的平面与所述第一基板(1)所在的平面相交。
8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，所述第二基板(2)包括硬性线路板和多个第一柔性线路板(22)，所述硬性线路板所在的平面与所述第一基板(1)所在的平面相交，各个所述电阻(21)分别安装在所述硬性线路板上，各个所述电阻(21)分别通过一个所述第一柔性线路板(22)连接至对应的所述功率芯片(14)的第三极。
9.一种功率模块的制造方法，其特征在于，应用于制造如权利要求1至8任一项所述的功率模块，所述功率模块的制造方法包括：
将多个功率芯片(14)贴装到第一基板(1)的功率芯片安装区域，将母排(5)贴装到所述第一基板(1)上，其中，所述母排(5)的各个支臂(502)的一端分别压贴在一个所述功率芯片(14)的第二极上，各个所述支臂(502)的另一端分别压贴在所述第一基板(1)的功率芯片电极连接区域上。
10.根据权利要求9所述的功率模块的制造方法，其特征在于，所述功率模块还包括第二基板(2)和多个电阻(21)，所述第二基板(2)包括硬性线路板和多个第一柔性线路板(22)，所述第一柔性线路板(22)与所述电阻(21)一一对应；所述功率模块的制造方法包括：
将各个所述电阻(21)贴装到所述硬性线路板上，将各个所述第一柔性线路板(22)的一端分别与对应的所述电阻(21)的一端焊接；
将所述硬性线路板固定在所述第一基板(1)的一侧，将各个所述第一柔性线路板(22)的另一端分别与一个所述功率芯片(14)的第三极焊接，其中，所述硬性线路板所在的平面与所述第一基板(1)所在的平面相交。
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| CN202311677530.5A CN117913053A (zh) | 2023-12-07 | 2023-12-07 | 一种功率模块及其制造方法 |
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