CN210129509U - 芯片封装、智能功率模块及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种芯片封装、智能功率模块及空调器，该芯片封装包括：安装基板；低热阻多层薄膜绝缘层，设置于安装基板上；芯片，设置于低热阻多层薄膜绝缘层上。本实用新型解决单层绝缘层结构中存在的缺陷、缝隙等使得芯片长在时间工作或者一些极端条件下，使得绝缘电阻下降，导致芯片失效或者损坏的问题。

Description

芯片封装、智能功率模块及空调器

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种芯片封装、智能功率模块及空调器。

背景技术

在芯片封装中，安装芯片的薄膜层通常采用的是单层的氮化铝、氧化铝等陶瓷薄膜材料，在芯片长时间工作或者在一些极端条件下，单层薄膜中的孔洞、缝隙等缺陷在使用中进一步扩大使得芯片的绝缘电阻降低以及芯片失效。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种芯片封装、智能功率模块及空调器，旨在解决单层绝缘层结构中存在的缺陷、缝隙等使得芯片长在时间工作或者一些极端条件下，使得绝缘电阻下降，导致芯片失效或者损坏的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种芯片封装，所述芯片封装包括：

安装基板；

低热阻多层薄膜绝缘层，设置于所述安装基板上；

芯片，设置于所述低热阻多层薄膜绝缘层上。

可选地，所述低热阻多层薄膜绝缘层包括依次设置于所述安装基板上的NiCrAlY过渡层、AlN绝缘层、晶态YSZ层、非晶态YSZ层及导电焊垫层。

可选地，所述导电焊垫层为铝薄膜层或者铜薄膜层。

可选地，所述芯片的数量为多个，

所述导电焊垫层在所述非晶态YSZ层上设置有多个焊垫，以供多个所述芯片对应焊接安装。

可选地，多个所述芯片为IGBT芯片、FRD芯片、驱动芯片中的一种或者多种组合。

可选地，所述安装基板为铝基板。

可选地，所述芯片封装还包括引脚，所述引脚设置于所述低热阻多层薄膜绝缘层上，且通过金属线与所述芯片电连接。

可选地，所述芯片封装还包括对所述安装基板、低热阻多层薄膜绝缘层及所述芯片进行封装的封装壳体。

本实用新型还提出一种智能功率模块，所述智能功率模块包括如上所述的芯片封装。

本实用新型一种空调器，包括如上所述的芯片封装，或者包括如上所述的智能功率模块。

本实用新型通过在安装基板上设置低热阻多层薄膜绝缘层上后，将芯片设置于待焊接处，从而将芯片焊接于低热阻多层薄膜绝缘层上，使得芯片、低热阻多层薄膜绝缘层与安装基板之间形成于一体，相较于在基板上依次形成单层绝缘层和电路布线层(焊盘)的封装方式，本实用新型薄膜绝缘层采用多层结构来实现，使得不同材料表界面处的孔洞和裂缝相互被填充，减少了整个绝缘层的漏电通道；将芯片直接焊接与该绝缘层上，使得芯片在较高的温度环境下依然具有良好的电绝缘性能，保证芯片可在极端环境或长工作时间下正常运行，符合功率半导体芯片大功率、高集成度的发展趋势。本实用新型解决了单层绝缘层结构中存在的缺陷、缝隙等使得芯片长在时间工作或者一些极端条件下，使得绝缘电阻下降，导致芯片失效或者损坏的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型芯片封装一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型芯片封装一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型芯片封装应用于智能功率模块一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	安装基板	25	导电焊垫层
20	低热阻多层薄膜绝缘层	30	芯片
				21	NiCrAlY过渡层	40	封装壳体
22	AlN绝缘层	50	引脚
				23	晶态YSZ层	60	散热器
24	非晶态YSZ层

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出一种芯片封装，适用于智能功率模块的封装中。

智能功率模块，即IPM(Intelligent Power Module)，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品，被广泛应用于驱动风机、压缩机、轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领等设备的电控板上。目前，智能功率模块大多将功率器件、驱动电路及MCU等集成于一安装基板上。IGBT/FRD芯片作为IPM的能源变换与传输的核心器件，在将IGBT/FRD芯片粘贴至安装基板上时，安装芯片的薄膜层通常采用的是单层的氮化铝、氧化铝等陶瓷薄膜材料，在芯片长时间工作或者在一些极端条件下，单层薄膜中的孔洞、缝隙等缺陷在使用中进一步扩大使得芯片的绝缘电阻降低以及芯片失效。

为了解决上述问题，参照图1，在本实用新型一实施例中，该芯片封装包括：

安装基板10；

低热阻多层薄膜绝缘层20，设置于所述安装基板10上；

芯片30，设置于所述低热阻多层薄膜绝缘层20上。

本实施例中，安装基板10可选采用铝基板10来实现，安装基板10为芯片30的安装载体，安装基板10可以采用铝或铝质合金材料所制成的基板实现，安装基板10的形状可以根据芯片30的数量及大小确定，可以为方形，但不限于方形。所述低热阻多层薄膜绝缘层20包括依次设置于所述安装基板10上的NiCrAlY过渡层21、AlN绝缘层22、晶态YSZ层23、非晶态YSZ层24及导电焊垫层25。其中，NiCrAlY过渡层21为NiCrAlY合金，Ni为镍，Cr为铬，Al为铝，Y为钇；晶态YSZ层23为单晶基片ZrO2(二氧化锆)，非晶态YSZ层24为非晶态的二氧化锆，AlN即为氮化铝。其中，导电焊垫层25为铝薄膜层，也即铝箔或者铜薄膜层，也即铜箔，当然在其他实施例中，导电焊垫层25还可以采用其他金属或者导电材料例如石墨烯等形成焊垫。铝薄膜层或者铜薄膜层在非晶态YSZ层24形成对应的焊垫，在封装时，可以通过导电胶或者焊锡将芯片30焊接在导电焊垫层上，从而实现芯片30的封装。可以理解的是，NiCrAlY过渡层21、AlN绝缘层22、晶态YSZ层23、非晶态YSZ层24及导电焊垫层25形成的绝缘层具有较低的热阻，可以保证芯片30在较低的热阻条件下具有较高的电绝缘性能。

芯片30可以是IGBT芯片30、FRD芯片30、驱动芯片30中的一种或者多种组合，当然在其他实施例中，芯片30也可以是其他半导体芯片30，或者控制芯片30等。本实施例中，可以对单个芯片30进行封装，也可以是对多个芯片30进行集成封装，例如对单个IGBT芯片30的晶圆进行封装，形成IGBT单体，也可以是将IGBT芯片30、FRD芯片30、驱动芯片30等集成在一个封装中，形成智能功率模块集成芯片30，芯片封装的数量具体可以根据实际应用进行设置，此处不做限定。

在安装基板10上沉积形成低热阻多层薄膜绝缘层20后，可以将需要封装的芯片30放置于低热阻多层薄膜绝缘层20上，再通过焊锡或者导电胶将芯片30焊接于低热阻多层薄膜绝缘层20上，以使芯片30、低热阻多层薄膜绝缘层20与安装基板10之间形成于一体。

本实用新型通过在安装基板10上设置低热阻多层薄膜绝缘层20上后，将芯片30设置于待焊接处，从而将芯片30焊接于低热阻多层薄膜绝缘层20上，使得芯片30、低热阻多层薄膜绝缘层20与安装基板10之间形成于一体，相较于在基板上依次形成单层绝缘层和低热阻多层薄膜绝缘层20(焊盘)的封装方式，本实用新型薄膜绝缘层采用多层结构来实现，使得不同材料表界面处的孔洞和裂缝相互被填充，减少了整个绝缘层的漏电通道；将芯片30直接焊接于该绝缘层上，使得芯片30在较高的温度环境下依然具有良好的电绝缘性能，保证芯片30可在极端环境或长工作时间下正常运行，符合功率半导体芯片30大功率、高集成度的发展趋势。本实用新型解决单层结构中存在的缺陷、缝隙等使得芯片30长在时间工作或者一些极端条件下，高温使得绝缘电阻下降，导致芯片30失效或者损坏的问题。

参照图1，上述实施例中，在低热阻多层薄膜绝缘层20包括依次设置于所述安装基板10上的NiCrAlY过渡层21、AlN绝缘层22、晶态YSZ层23、非晶态YSZ层24及导电焊垫层25时，具体可以采用以下步骤来实现：首先，利用酒精、丙酮、去离子水将抛光后的安装基板10清晰干净。以NiCrAlY合金作为溅射靶材，通入高纯氩气作为媒介，采用磁控溅射技术在安装基板10表面形成一层NiCrAlY过渡层21。以金属Al作为溅射靶材，通入高纯氮气、氩气作为媒介，采用磁控溅射技术在NiCrAlY过渡层21，再在其表面制备一层AlN绝缘层22。以YSZ作为溅射靶材，通入高纯氩气作为媒介，采用磁控溅射技术在高温条件下在AlN绝缘层22制备晶态YSZ薄膜层23。以YSC作为溅射靶材，通入高纯氩气作为媒介，采用磁控溅射技术在室温条件下在晶态YSZ薄膜层23表面制备非晶态YSZ薄膜层24。以金属材质作为溅射靶材，通入高纯氩气作为媒介，在非晶态YSZ薄膜层24表面沉积一层导电焊垫层25。其中，所述导电焊垫层25为铝薄膜层或者铜薄膜层。本实施例低热阻多层薄膜绝缘层20采用磁控溅射制备，与微电子工艺兼容，制备过程简单，可以批量化生产。

参照图1，在一实施例中，所述芯片30的数量为多个，所述导电焊垫层25在所述非晶态YSZ层24上设置有多个焊垫，以供多个所述芯片30对应焊接安装。

其中，多个所述芯片30为IGBT芯片30、FRD芯片30、驱动芯片30中的一种或者多种组合。

本实施例中，可以将多个IGBT芯片30和FRD芯片30，例如四个或者六个，集成于一个集成芯片30中，以组成逆变电路，或者将IGBT芯片30、FRD芯片30、驱动芯片30集成于一个集成芯片30中，以组成智能功率模块，在一些实施例中，还可以将主控芯片30也集成于智能功率模块中。也可以将驱动压缩机工作的智能功率模块、驱动风机工作的智能功率模块等集成于一个集成芯片30中，构成高集成智能功率模块。当然在其他实施例中，还可以将上述芯片集成为不同的集成芯片30，或者将单个的芯片30，例如主控芯片30封装为一个芯片30单体，具体可以根据实际需求进行设置，此处不做限制。

参照图2或图3，在一实施例中，所述芯片封装还包括对所述安装基板10、低热阻多层薄膜绝缘层20及所述芯片30进行封装的封装壳体40。

本实施例中，封装壳体40可以采用环氧树脂、氧化铝、导热填充材料等材料制成，其中，导热填充材料可以是氮化硼、氮化铝材质，氮化铝和氮化硼的绝缘性较好，且导热率较高，耐热性及热传导性较佳，使得氮化铝和氮化硼有较高的传热能力。在制作封装壳体40时，可以将环氧树脂、氧化铝、氮化硼或者氮化铝等材料进行混料，然后将混合好的封装材料进行加热；待冷却后，粉碎所述封装材料，再以锭粒成型工艺将封装壳体40材料进行轧制成形，以形成封装壳体40，并将温度传感器通过贴装，镶嵌等方式固定于所述封装壳体40靠近所述芯片30的一侧。再将安装基板10、低热阻多层薄膜绝缘层20及所述芯片封装在封装壳体40内。或者通过多次注塑的工艺将温度传感器固定于所述封装壳体40上后，再将安装基板10、低热阻多层薄膜绝缘层20及所述芯片30及功率开关管封装在封装壳体40内。

智能功率模块中，可以将所述封装壳体40罩设于所述安装基板及所述芯片30上。使得安装基板的下表面裸露在封装件外，而加速芯片的散热。若智能功率模块还设置有散热器60来给功率开关管散热，则可以将封装壳体40包裹于安装基板10、低热阻多层薄膜绝缘层20及所述芯片30的外周，以使功率开关管与安装基板及芯片30一体成型设置。

参照图2或图3，在一实施例中，所述芯片封装还包括引脚50，所述引脚50设置于所述低热阻多层薄膜绝缘层20上，且通过金属线与所述芯片30电连接。

本实施例中，引脚50可以采用鸥翼型引脚50或者直插型引脚50来实现，本实施例优选为直插型引脚50，引脚50焊接在低热阻多层薄膜绝缘层20对应的导电焊垫层上，并通过金属线与功率开关管、芯片30实现电气连接。

本实用新型还提出一种智能功率模块。

参照图2或图3，所述智能功率模块包括如上所述的芯片封装。

本实施例中，芯片封装即为智能功率模块的集成芯片封装，在该集成芯片30中，集成有IGBT芯片30、FRD芯片30、驱动芯片30等用于实现智能功率模块功能的芯片30晶圆，将上述芯片30晶圆集成于一个集成芯片30中，以组成智能功率模块。

参照图2或图3，上述实施例中，所述智能功率模块还包括散热器60，所述散热器60设置于所述安装基板10背离所述芯片30的一侧。

本实施例中，散热器60可以采用铝质、铝合金等散热效果较好的高导热材料制得，以使得芯片30产生的热量通过安装基板10传导至散热器60上，进一步增大功率开关管产生的热量与空气的接触面积，提高散热速率。所述散热器60还可意设置有散热器60本体及多个散热叶片，多个所述散热叶片间隔设置于所述散热器60本体的一侧。如此设置，可以增加散热器60与空气的接触面积，也即在散热器60工作时，增加散热器60上的热量与空气的接触面积，以加快散热器60的散热速率。同时还可以减少散热器60的物料，避免散热片因材料应用过多，造成成本过高。

本实用新型还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的智能功率模块和芯片封装。该芯片封装的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型空调器中使用了上述智能功率模块和芯片封装，因此，本实用新型空调器的实施例包括上述智能功率模块和芯片封装全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种芯片封装，其特征在于，所述芯片封装包括：

安装基板；

低热阻多层薄膜绝缘层，设置于所述安装基板上；其中，所述低热阻多层薄膜绝缘层包括依次设置于所述安装基板上的NiCrAlY过渡层、AlN绝缘层、晶态YSZ层、非晶态YSZ层及导电焊垫层；

芯片，设置于所述低热阻多层薄膜绝缘层上。

2.如权利要求1所述的芯片封装，其特征在于，所述导电焊垫层为铝薄膜层或者铜薄膜层。

3.如权利要求1所述的芯片封装，其特征在于，所述芯片的数量为多个，

所述导电焊垫层在所述非晶态YSZ层上设置有多个焊垫，以供多个所述芯片对应焊接安装。

4.如权利要求3所述的芯片封装，其特征在于，多个所述芯片为IGBT芯片、FRD芯片、驱动芯片中的一种或者多种组合。

5.如权利要求1所述的芯片封装，其特征在于，所述安装基板为铝基板。

6.如权利要求1所述的芯片封装，其特征在于，所述芯片封装还包括引脚，所述引脚设置于所述低热阻多层薄膜绝缘层上，且通过金属线与所述芯片电连接。

7.如权利要求1至6任意一项所述的芯片封装，其特征在于，所述芯片封装还包括对所述安装基板、所述低热阻多层薄膜绝缘层及所述芯片进行封装的封装壳体。

8.一种智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块包括如权利要求1至7任意一项所述的芯片封装。

9.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的芯片封装，或者包括如权利要求8所述的智能功率模块。

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