CN211150542U - 一种大板扇出型高散热igbt模块及电子装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种大板扇出型高散热IGBT模块及电子装置，包括：散热支撑板；IGBT芯片，通过界面导热层贴于散热支撑板；塑封层，包覆在散热支撑板和IGBT芯片上，塑封层上开设有可供IGBT芯片的电信号连接处外露的第一通孔；第一种子层，位于塑封层和第一通孔的表面；第一重布线层，位于第一种子层上并通过第一导电柱与IGBT芯片电连接，第一种子层和第一重布线层具有被蚀刻的第一图形化孔，部分塑封层的表面外露于第一图形化孔；金属凸块，通过第一重布线层与IGBT芯片的电信号连接处电连接。本实用新型解决了IGBT模块发热量高，散热量不足的问题，保证IGBT芯片运行过程中，功率能保持峰值水平，可靠性不会降低。
Description
技术领域
本实用新型涉及先进电子封装技术领域，具体涉及一种大板扇出型高散热IGBT模块及包含该大板扇出型高散热IGBT模块的电子装置。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块作为能源变换与传输的核心器件，在电力电子领域中应用极广，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。随着技术进步和和满足市场需求，电子元器件趋向小型化、精密化发展，而散热则是小型化、精密化的电子元器件急需要解决的关键技术。由于电子元器件的温度每提升2℃，其可靠性就会降低10％，而IGBT属于电力电子重要大功率主流电子元器件之一，采用传统的封装方法进行封装时，容易出现过热而损坏的情况。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种大板扇出型高散热IGBT模块及包含其的电子装置，可解决IGBT模块及包含其的电子装置发热量高，散热量不足的问题。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
提供一种大板扇出型高散热IGBT模块，包括：
散热支撑板，沿其厚度方向具有第一面和第二面；
IGBT芯片，通过界面导热层贴于所述散热支撑板的第一面，且所述IGBT芯片的电信号连接处朝向远离所述散热支撑板的方向；
塑封层，包覆在所述散热支撑板和所述IGBT芯片上，且所述散热支撑板的第二面与所述塑封层的一表面平齐，所述塑封层上开设有可供所述IGBT芯片的电信号连接处外露的第一通孔；
第一种子层，位于所述塑封层和所述第一通孔的表面；
第一重布线层，位于所述第一种子层上并通过第一导电柱与所述IGBT芯片电连接，所述第一种子层和所述第一重布线层具有被蚀刻的第一图形化孔，部分所述塑封层的表面外露于所述第一图形化孔；
金属凸块，通过所述第一重布线层与所述IGBT芯片的电信号连接处电连接。
作为大板扇出型高散热IGBT模块的一种优选方案，所述散热支撑板为双面覆铜板。
作为大板扇出型高散热IGBT模块的一种优选方案，还包括介电层，所述介电层位于所述第一重布线层的表面并填充满所述第一图形化孔，所述介电层具有使所述第一重布线层外露以及使所述金属凸块与所述第一重布线层电连接的第二通孔。
作为大板扇出型高散热IGBT模块的一种优选方案，还包括第二种子层和第二重布线层，所述第二种子层位于所述介电层和所述第二通孔的表面，所述第二重布线层位于所述第二种子层上并通过第二导电柱与所述第一重布线层电连接，所述第二种子层和所述第二重布线层具有被蚀刻的第二图形化孔，部分所述介电层外露于所述第二图形化孔，所述金属凸块与所述第二重布线层电连接。
作为大板扇出型高散热IGBT模块的一种优选方案，还包括阻焊层，所述阻焊层位于所述介电层和所述第二重布线层的表面，且所述阻焊层具有使所述第二重布线层的焊盘区外露的通孔，所述金属凸块与所述第二重布线层的焊盘区焊接。
作为大板扇出型高散热IGBT模块的一种优选方案，所述阻焊层为感光油墨层。
作为大板扇出型高散热IGBT模块的一种优选方案，所述塑封层为EMC材质。
另一方面，还提供一种电子装置，其包括所述的大板扇出型高散热IGBT模块。
本实用新型的有益效果：本实用新型采用散热支撑板作为IGBT芯片的支撑板，且IGBT芯片通过界面导热层贴于散热支撑板上，散热支撑板外露于塑封层，可以对IGBT芯片运行时产生的热量起到很好的导热和散热的作用。本实用新型中的界面导热层和散热支撑板作为IGBT芯片的高速散热的通道，解决了IGBT模块发热量高，散热量不足的问题，保证IGBT芯片运行过程中，功率能保持峰值水平，可靠性不会降低；并通过大板扇出工艺进行封装，大大提高产能，同时降低生产成本，解决了现有IGBT模块生产成本高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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获得其他的附图。
图1是本实用新型一实施例所述的单个的大板扇出型高散热IGBT模块的剖视示意图。
图2是本实用新型一实施例所述的散热支撑板通过临时键合胶贴于载板上的剖视示意图。
图3是本实用新型一实施例所述的IGBT芯片通过界面导热层贴于散热支撑板后的中间产品的剖视示意图。
图4是本实用新型一实施例所述的IGBT芯片通过界面导热层贴于散热支撑板后的中间产品的俯视示意图。
图5是本实用新型一实施例所述的塑封层包覆于IGBT芯片和散热支撑板后的中间产品的剖视示意图。
图6是本实用新型一实施例所述的塑封层开孔后的中间产品的剖视示意图。
图7是本实用新型一实施例所述的在塑封层上制作第一种子层和第一重布线层后的中间产品的剖视示意图。
图8是本实用新型一实施例所述的在第一重布线层上贴装介电层并开孔后的中间产品的剖视示意图。
图9是本实用新型一实施例所述的大板扇出型高散热IGBT模块的剖视示意图。
图中：
1、散热支撑板；2、IGBT芯片；3、界面导热层；4、塑封层；5、第一种子层；6、第一重布线层；7、金属凸块；8、介电层；9、第二种子层；10、第二重布线层；11、阻焊层；12、载板；13、临时键合胶。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供一种大板扇出型高散热IGBT模块，包括：
散热支撑板1，沿其厚度方向具有第一面和第二面；
IGBT芯片2，通过界面导热层3贴于散热支撑板1的第一面，且IGBT芯片2的电信号连接处朝向远离散热支撑板1的方向；
塑封层4，包覆在散热支撑板1和IGBT芯片2上，且散热支撑板1的第二面与塑封层4的一表面平齐，塑封层4上开设有可供IGBT芯片2的电信号连接处外露的第一通孔；
第一种子层5，位于塑封层4和第一通孔的表面；
第一重布线层6，位于第一种子层5上并通过第一导电柱与IGBT芯片2电连接，第一种子层5和第一重布线层6具有被蚀刻的第一图形化孔，部分塑封层4的表面外露于第一图形化孔；
金属凸块7，通过第一重布线层6与IGBT芯片2的电信号连接处电连接。
本实施例中，采用散热支撑板1作为IGBT芯片2的支撑板，且IGBT芯片2通过界面导热层3贴于散热支撑板1上，散热支撑板1外露于塑封层4，可以对IGBT芯片2工作时产生的热量起到很好的导热和散热的作用。本实施例中的界面导热层3和散热支撑板1作为IGBT芯片2的高速散热的通道，解决了IGBT模块发热量高，散热量不足的问题。保证IGBT芯片2运行过程中，功率能保持峰值水平，可靠性不会降低。并通过大板扇出工艺进行封装，大大提高产能，同时降低生产成本，解决了现有IGBT模块生产成本高的问题。
可选地，界面导热层可为石墨烯界面导热材料、纳米银填充导热胶、纳米铜导热材料、导热脂、导热胶黏剂、导热橡胶、导热胶带中的任意一种。
可选地，塑封层4的材料包括聚酰亚胺、硅胶和EMC(Epoxy Molding Compound，环氧塑封料)，本实施例优选EMC，对IGBT芯片2起到绝缘、保护的作用。塑封层4上直接开孔使IGBT芯片2的电信号连接处外露，与贴装介电材料再开孔工艺相比，简化了IGBT芯片2的封装步骤。
可选地，金属凸块7为锡焊料、银焊料或者金锡合金焊料，本实施例优选为锡焊料制成的锡球，锡球与第一重布线层6电连接，以实现IGBT芯片2的电性引出。
本实施例中，散热支撑板1为双面覆铜板，其具有良好的散热效果，并能稳定支撑IGBT芯片2，且与纯金属材质的散热支撑板相比，其成本更低。
大板扇出型高散热IGBT模块还包括介电层8，介电层8位于第一重布线层6的表面并填充满第一图形化孔，介电层8具有使第一重布线层6外露以及使金属凸块7与第一重布线层6电连接的第二通孔。其中，介电层8为ABF(Ajinomoto Build-up Film)或PP(Polypropylene，聚丙烯)材质，贴附于第一重布线层6上，起到绝缘的作用。
进一步地，大板扇出型高散热IGBT模块还包括第二种子层9和第二重布线层10，第二种子层9位于介电层8和第二通孔的表面，第二重布线层10位于第二种子层9上并通过第二导电柱与第一重布线层6电连接，第二种子层9和第二重布线层6具有被蚀刻的第二图形化孔，部分介电层8外露于第二图形化孔，金属凸块7与第二重布线层10电连接。
其中，第一种子层5和第二种子层9分别包括位于塑封层4上的钛金属层和位于钛金属层上的铜金属层。其中，钛金属层的附着力高、电导率优良且厚度均匀，通过钛金属层可以将铜金属层稳定附着在塑封层4上。
当然，本实施例的种子层(第一种子层5、第二种子层9)不限于两层结构(钛金属层、铜金属层)，也可以为单层或者两层以上的结构。种子层的材料也不限于两种单一的金属材料层叠组合，也可以为一种单一金属材料，或者合金材料，能够实现重布线层稳定附着于封装结构上实现稳定的线路连接即可，具体不再赘述。
其中，重布线层(第一重布线层6、第二重布线层10)以及导电柱(第一导电柱、第二导电柱)均为金属铜材质。
本实施例的大板扇出型高散热IGBT模块还包括阻焊层11，阻焊层11位于介电层8和第二重布线层10的表面，且阻焊层11具有使第二重布线层10的焊盘区外露的通孔，金属凸块7与第二重布线层10的焊盘区焊接。其中，阻焊层11为感光油墨层。采用感光油墨作为阻焊层11，可以起到保护第二种子层9和第二重布线层10的作用，又能通过曝光、显影使第二重布线层10的焊盘区外露，简化了工艺。
本实施例还提供了上述实施例的大板扇出型高散热IGBT模块的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：取载板12，载板材料可为glass、SUS、Prepreg(BT)、FR4、FR5、P.P、EMC、PI等材料；
步骤2：在载板12的一个侧面贴上临时键合胶13；
步骤3：将散热支撑板1(双面覆铜板)通过临时键合胶13贴在载板12上，如图2所示；
步骤4：在双面覆铜板表面涂覆界面导热材料，形成界面导热层3，其中，界面导热材料可为石墨烯界面导热材料、纳米银填充导热胶、纳米铜导热材料、导热脂、导热胶黏剂、导热橡胶、导热胶带等；
步骤5：将IGBT芯片2贴在界面导热材料表面，如图3、图4所示，界面导热材料可为石墨烯界面导热材料、纳米银填充导热胶、纳米铜导热材料、导热脂、导热胶黏剂、导热橡胶、导热胶带等；
步骤6：采用EMC塑封料进行塑封，形成塑封层4，如图5所示；
步骤7：对塑封层4的表面进行研磨减薄处理；
步骤8：对塑封层4研磨后的表面进行激光打孔，形成使IGBT芯片2的电信号连接外露的第一通孔，如图6所示；
步骤9：通过真空溅射法在塑封层4表面和第一通孔的表面制作第一种子层5以及通过图形电镀制得第一重布线层6，如图7所示；
步骤10：在第一重布线层6表面贴装介电层8，并对其进行钻孔处理，使部分第一重布线层6外露，如图8所示；
步骤11：通过真空溅射法在介电层8表面和外露的第一重布线层6的表面制作第二种子层9以及通过图形电镀制得第二重布线层10；
步骤12：在第二重布线层10表面及外露的介电层8表面涂覆感光油墨，固化后通过曝光、显影处理，制得使第二重布线层10的焊盘区外露的阻焊层11；
步骤13：将锡球(金属凸块7)植入第二重布线层10的焊盘区，如图9所示；
步骤14：拆除载板12和临时键合胶13，切割成单个的如图1所示的大板扇出型高散热IGBT模块。
本实施例中，临时键合胶13可以仅贴于散热支撑板1对应的位置，拆键合之后可以对塑封层4凸出于散热支撑板1的部分进行研磨以保持平齐；在其他的实施例中，也可以在载板12上贴附覆盖整个载板12表面的临时键合胶13，拆键合之后塑封层4即与散热支撑板1远离IGBT芯片2的一侧面保持平齐。
本实用新型的实施例还提供一种运行稳定、生产成本低的电子装置，该电子装置包括上述实施例的大板扇出型高散热IGBT模块。
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本实用新型做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本实用新型的精神，都应在本实用新型的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。
Claims (8)
1.一种大板扇出型高散热IGBT模块，其特征在于，包括：
散热支撑板，沿其厚度方向具有第一面和第二面；
IGBT芯片，通过界面导热层贴于所述散热支撑板的第一面，且所述IGBT芯片的电信号连接处朝向远离所述散热支撑板的方向；
塑封层，包覆在所述散热支撑板和所述IGBT芯片上，且所述散热支撑板的第二面与所述塑封层的一表面平齐，所述塑封层上开设有可供所述IGBT芯片的电信号连接处外露的第一通孔；
第一种子层，位于所述塑封层和所述第一通孔的表面；
第一重布线层，位于所述第一种子层上并通过第一导电柱与所述IGBT芯片电连接，所述第一种子层和所述第一重布线层具有被蚀刻的第一图形化孔，部分所述塑封层的表面外露于所述第一图形化孔；
金属凸块，通过所述第一重布线层与所述IGBT芯片的电信号连接处电连接。
2.根据权利要求1所述的大板扇出型高散热IGBT模块，其特征在于，所述散热支撑板为双面覆铜板。
3.根据权利要求1所述的大板扇出型高散热IGBT模块，其特征在于，还包括介电层，所述介电层位于所述第一重布线层的表面并填充满所述第一图形化孔，所述介电层具有使所述第一重布线层外露以及使所述金属凸块与所述第一重布线层电连接的第二通孔。
4.根据权利要求3所述的大板扇出型高散热IGBT模块，其特征在于，还包括第二种子层和第二重布线层，所述第二种子层位于所述介电层和所述第二通孔的表面，所述第二重布线层位于所述第二种子层上并通过第二导电柱与所述第一重布线层电连接，所述第二种子层和所述第二重布线层具有被蚀刻的第二图形化孔，部分所述介电层外露于所述第二图形化孔，所述金属凸块与所述第二重布线层电连接。
5.根据权利要求4所述的大板扇出型高散热IGBT模块，其特征在于，还包括阻焊层，所述阻焊层位于所述介电层和所述第二重布线层的表面，且所述阻焊层具有使所述第二重布线层的焊盘区外露的通孔，所述金属凸块与所述第二重布线层的焊盘区焊接。
6.根据权利要求5所述的大板扇出型高散热IGBT模块，其特征在于，所述阻焊层为感光油墨层。
7.根据权利要求1所述的大板扇出型高散热IGBT模块，其特征在于，所述塑封层为EMC材质。
8.一种电子装置，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的大板扇出型高散热IGBT模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A large plate fan out IGBT module with high heat dissipation and its electronic device Effective date of registration: 20201224 Granted publication date: 20200731 Pledgee: Guangdong Nanhai Rural Commercial Bank branch branch of Limited by Share Ltd. Pledgor: Guangdong fozhixin microelectronics technology research Co.,Ltd.|Guangdong Xinhua Microelectronics Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2020980009995 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230424 Address after: Room A107, scientific research building, block a, neifo high tech think tank center, Nanhai Software Science Park, Shishan town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, 528225 Patentee after: Guangdong fozhixin microelectronics technology research Co.,Ltd. Address before: Room A107, scientific research building, block a, neifo high tech think tank center, Nanhai Software Science Park, Shishan town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province, 528225 Patentee before: Guangdong fozhixin microelectronics technology research Co.,Ltd. Patentee before: Guangdong Xinhua Microelectronics Technology Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20200731 Pledgee: Guangdong Nanhai Rural Commercial Bank branch branch of Limited by Share Ltd. Pledgor: Guangdong Xinhua Microelectronics Technology Co.,Ltd.|Guangdong fozhixin microelectronics technology research Co.,Ltd. Registration number: Y2020980009995 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |