CN118039508B - 功率模块内部连接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及功率模块内部连接工艺，包括以下步骤：成型金属片；将所述金属片的第一接触部与芯片电气连接；向功率模块内灌注绝缘材料，所述金属片的第二接触部露出于绝缘材料上方；将所述第二接触部与金属板电气连接。本发明通过先电气连接金属片与芯片、再灌注绝缘材料、最后电气连接金属片与金属板，便于调节金属片与芯片的位置，降低了金属片与芯片之间的定位难度，简化了加工工艺，且对金属片进行电气连接所需能量小，产生的机械应力小，对芯片损伤风险小，产品良率高。同时，绝缘材料能够在电气连接时阻挡飞屑、吸收机械震动，起到保护芯片的作用。

Description

功率模块内部连接工艺
技术领域
本发明涉及功率模块封装技术领域，尤其涉及功率模块内部连接工艺。
背景技术
功率模块主要由金属底板、焊接层、双面覆铜陶瓷基板、绝缘散热材料、金属片和外壳等组成。随着功率半导体芯片的功率密度提高，同等电流输出情况下，芯片面积越来越小，芯片表面可以打绑定线的数量与面积也越来越小。
功率模块内部连接工艺通常包括以下步骤：S1，金属片与金属板电气连接；S2，金属片与芯片定位；S3，金属片与芯片电气连接；S4，向功率模块内灌注绝缘散热材料。在上述工艺中，由于金属片先与金属板电气连接，导致无法直接观察到金属片与芯片之间的接触面，需要对金属片表面以及芯片表面加工出互相配合的定位点，以保证金属片与芯片精确连接，工艺复杂，对功率模块损伤风险高，且一经加工就无法调整位置。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明实施例公开了功率模块内部连接工艺，以解决功率模块内部连接工艺复杂和对功率模块损伤风险高的问题。
本发明所采用的技术方案如下：
功率模块内部连接工艺，包括以下步骤：
成型金属片；
将所述金属片的第一接触部与芯片电气连接；
向功率模块内灌注绝缘材料，所述金属片的第二接触部露出于绝缘材料上方；
金属板上开设通孔；
所述金属片穿过所述通孔；
成型所述金属片的第二接触部；
将所述第二接触部与金属板电气连接；
所述成型金属片的步骤包括：成型金属片的第一接触部和连接部。
其进一步的技术方案为，所述向功率模块内灌注绝缘材料、使所述金属片的第二接触部露出于绝缘材料上方的步骤包括：
将外壳固定在金属底板上；
向外壳内灌注绝缘材料，使所述金属片的第二接触部露出于绝缘材料上方。
其进一步的技术方案为，所述第一接触部电气连接一个或多个芯片。
其进一步的技术方案为，所述金属板电气连接一个或多个第二接触部。
其进一步的技术方案为，所述金属板穿过外壳形成端子。
其进一步的技术方案为，所述金属片的厚度为0.2~0.7mm，所述金属板的厚度为0.8~3mm。
本发明实施例的有益效果如下：
（一）本发明的功率模块内部连接工艺，包括以下步骤：成型金属片；将所述金属片的第一接触部与芯片电气连接；向功率模块内灌注绝缘材料，所述金属片的第二接触部露出于绝缘材料上方；将所述第二接触部与金属板电气连接。本发明通过先电气连接金属片与芯片、再灌注绝缘材料、最后电气连接金属片与金属板，便于调节金属片与芯片之间的位置，降低了金属片与芯片之间的定位难度，简化了加工工艺，且对金属片进行电气连接所需能量小，产生的机械应力小，对芯片损伤风险小，产品良率高。
同时，绝缘材料能够在电气连接时阻挡飞屑、吸收机械震动，起到保护芯片的作用。
（二）进一步的，本发明的功率模块内部连接工艺，先成型金属片的第一接触部和连接部，金属片的第一接触部与芯片电气连接，向功率模块内灌注绝缘材料，金属片穿过金属板后成型第二接触部，第二接触部与金属板电气连接。本发明的连接工艺降低了金属片与金属板之间的定位难度，对金属片进行电气连接所需能量小，金属片与金属板之间加工产生的机械应力小，金属片与金属板固定牢固，简化了加工工艺。
附图说明
图1为本发明的功率模块内部连接工艺的流程图。
图2为本发明第一实施例的功率模块内部连接工艺的流程图。
图3为本发明第二实施例的功率模块内部连接工艺的流程图。
图4为本发明第一实施例的功率模块结构示意图。
图5为本发明第二实施例的功率模块部分结构示意图。
图6为本发明第二实施例的功率模块结构示意图。
图中：
1、金属片；11、第一接触部；12、连接部；13、第二接触部；2、金属板；21、通孔；3、外壳；4、绝缘材料；5、金属底板；6、焊接层；7、双面覆铜陶瓷基板；8、芯片。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
第一实施例：
如图1和图2所示，本实施例公开了功率模块内部连接工艺，包括以下步骤：
步骤S1，成型金属片1。
示例性的，成型金属片1的步骤包括：
步骤S11，成型金属片1的第一接触部11、连接部12和第二接触部13。
如图4所示，具体的，第一接触部11和第二接触部13互相平行。连接部12具有一个或多个，连接部12可以连接在第一接触部11、第二接触部13外侧的任意一端，且连接部12可以是直板或弧板等其他形状。第一接触部11、连接部12和第二接触部13可以一体冲压成型，也可以注塑成型、铸造成型等，其只要能够使金属片1形成设定的形状即可，对此本发明不作进一步限制。金属片1的厚度为0.2~0.7mm，金属板2的厚度为0.8~3mm。金属片1和金属板2可以采用铜、铝、金和银中的至少一种或其他金属制作而成。
进一步的，金属板2穿过外壳3形成端子，电路的大部分通过较厚的金属板2，可以进一步减少寄生电感和电阻。
步骤S2，将金属片1的第一接触部11与芯片8电气连接。
具体的，电气连接可以采用、激光、超音波结合、烧结和焊接中的任意一种方式。第一接触部11可以电气连接一个或多个芯片8，减少安装时间。
传统的绑定线与芯片8电气连接需要设置多个绑定点，绑定点越多，对芯片8施加的机械应力越大，容易对芯片8造成损伤。如果采用先电气连接金属片1与金属板2、再电气连接芯片8与金属片1的连接工艺，则需要根据芯片8的高度提前设置好金属片1的高度，实际金属片1在成型时会产生一定的翘曲，且由于无法直接观察到金属片1与芯片8之间的接触面，难以实现对金属片1高度的精准控制，电气连接时金属片1的部分表面和芯片8之间存在虚焊或连接不充分的缺陷，且金属片1与芯片8之间定位灵活度差。本发明中首先将金属片1与芯片8电气连接，便于调节金属片1与芯片8的位置，降低了对定位精度的要求，且对金属片1进行电气连接所需能量小，产生的机械应力小，对芯片8损伤风险小，产品良率高。
步骤S3，向功率模块内灌注绝缘材料4，金属片1的第二接触部13露出于绝缘材料4上方。
具体的，向功率模块内灌注绝缘材料4、使金属片1的第二接触部13露出于绝缘材料4上方的步骤包括：
步骤S31，将外壳3固定在金属底板5上。
具体的，功率模块从下至上依次层叠金属底板5、焊接层6和双面覆铜陶瓷基板7。焊接层6为锡膏或者锡片，起到连接底板和双面覆铜陶瓷基板7以及连接双面覆铜陶瓷基板7和芯片8的作用。双面覆铜陶瓷基板7实现设计所需电路结构，外壳3通过点胶工艺与金属底板5相连。外壳3顶部具有可打开的盖体，便于后续操作。
步骤S32，向外壳3内灌注绝缘材料4，使金属片1的第二接触部13露出于绝缘材料4上方。
具体的，绝缘材料4覆过第一接触部11和连接部12，露出第二接触部13的上表面，并固化。绝缘材料4作用是防腐防潮保护内部电路，同时对内部各个部件进行高压隔离。优选的，绝缘材料4为绝缘散热材料，例如硅胶、环氧树脂等。
步骤S4，将第二接触部13与金属板2电气连接。
示例性的，金属板2电气连接一个或多个第二接触部13。绝缘材料4可以阻挡电气连接时产生的飞屑，保护芯片8，同时绝缘材料4可以防止超音波结合时应力对芯片8表面可能产生的机械破坏。
本实施例中，通过先电气连接金属片1与芯片8、再灌注绝缘材料4、最后电气连接金属片1与金属板2，便于调节金属片1与芯片8的位置，降低了对金属片1与芯片8之间定位精度的要求，简化了加工工艺，且对金属片1进行电气连接所需能量小，产生的机械应力小，对芯片8损伤风险小，产品良率高。同时，绝缘材料4能够在电气连接时阻挡飞屑、吸收机械应力，起到保护芯片8的作用。
第二实施例：
基于第一实施例，第二实施例对第一实施例做了进一步的优化和细化。
如图3所示，成型金属片1的步骤包括：
步骤S12，成型金属片1的第一接触部11和连接部12。
如图5所示，具体的，第一接触部11和连接部12互相垂直。第一接触部11和连接部12可以一体冲压成型，也可以注塑成型和铸造成型等，其只要能够使金属片1形成设定的形状即可，对此本发明不作进一步限制。金属片1的厚度为0.2~0.7mm，金属板2的厚度为0.8~3mm。金属片1和金属板2可以采用铜、铝、金和银中的至少一种或其他金属制作而成。
如图3所示，进一步的，向功率模块内灌注绝缘材料4、使金属片1的第二接触部13露出于绝缘材料4上方的步骤之后还包括步骤：
步骤S33，金属板2上开设通孔21。
如图6所示，具体的，在金属板2上对应金属片1连接部12处开设方形的通孔21。
步骤S34，金属片1穿过通孔21。
如图6所示，具体的，金属片1连接部12上露出绝缘材料4的部分作为第二接触部13，第二接触部13穿过通孔21。
步骤S35，成型金属片1的第二接触部13。
如图6所示，具体的，第二接触部13与第一接触部11互相平行。第二接触部13采用折弯工艺折弯连接部12上露出绝缘材料4的部分成型。
由于无法直接观察到较厚的金属板2与较薄的金属片1之间的接触面，使金属片1与芯片8之间定位困难。另一方面，在金属板2与金属片1电气连接时，金属板2需要更大的能量，冷热变化给金属板2带来较大的机械应力，例如金属板2产生翘曲，导致金属板2与金属片1之间存在虚焊或连接不充分的情况，容易影响金属片1与金属板2之间的连接效果。金属片1穿过金属板2后成型第二接触部13，降低了金属片1与金属板2之间定位难度，简化了加工工艺，对金属片1进行电气连接所需能量小，金属片1与金属板2之间加工产生机械应力小，金属片1与金属板2固定牢固，提高了产品生产良率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.功率模块内部连接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，成型金属片（1）；所述成型金属片（1）的步骤包括：
步骤S11，成型金属片（1）的第一接触部（11）和连接部（12）；
步骤S2，将所述金属片（1）的第一接触部（11）与芯片（8）电气连接；
步骤S3，向功率模块内灌注绝缘材料（4），所述金属片（1）的第二接触部（13）露出于绝缘材料（4）上方；
步骤S31，金属板（2）上开设通孔（21）；
步骤S32，所述金属片（1）穿过所述通孔（21）；
步骤S33，采用折弯工艺折弯连接部（12）上露出绝缘材料（4）的部分成型所述金属片（1）的第二接触部（13）；
步骤S4，将所述第二接触部（13）与所述金属板（2）电气连接。
2.根据权利要求1所述的功率模块内部连接工艺，其特征在于，所述向功率模块内灌注绝缘材料（4）、使所述金属片（1）的第二接触部（13）露出于绝缘材料（4）上方的步骤包括：
将外壳（3）固定在金属底板（5）上；
向外壳（3）内灌注绝缘材料（4），使所述金属片（1）的第二接触部（13）露出于绝缘材料（4）上方。
3.根据权利要求1所述的功率模块内部连接工艺，其特征在于：所述第一接触部（11）电气连接一个或多个芯片（8）。
4.根据权利要求1所述的功率模块内部连接工艺，其特征在于：所述金属板（2）电气连接一个或多个第二接触部（13）。
5.根据权利要求2所述的功率模块内部连接工艺，其特征在于：所述金属板（2）穿过外壳（3）形成端子。
6.根据权利要求1所述的功率模块内部连接工艺，其特征在于：所述金属片（1）的厚度为0.2~0.7mm，所述金属板（2）的厚度为0.8~3mm。
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