CN215266267U - 间隔件及双面冷却功率模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种间隔件及具有其的双面冷却功率模块。其中间隔件的下表面和/或上表面均匀涂敷有粘结层材料。其中双面冷却功率模块自上而下包括上基板、间隔件、功率器件及下基板，其中间隔件的下端和所述上基板的下表面，或间隔件的上下两端均匀预涂敷有第一粘结层，间隔件通过第一粘结层与功率器件和上基板连接，功率器件与下基板通过第二粘结层连接。根据上述技术方案的双面冷却功率模块，通过采用预涂敷有粘结层材料的间隔件和上基板，简化了封装流程，降低了印刷和烧结的次数，降低了生产线的布置成本及空间，提高了产品的良率。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体封装技术领域，特别涉及一种间隔件及双面冷却功率模块。
背景技术
双面冷却(Double-Side-Colling，DSC)技术由于可显著降低芯片结温、提高其散热性，是一种具有广阔发展前景的大功率电力电子器件(IGBT、MOSFET 等)封装方法。然而，功率电子设备双面连接的可行性及之后的焊接接头可靠性问题成为双面冷却封装技术的难题。
在半桥结构的双面冷却模块中，为了提高模块结构的稳定性、散热性以及考虑到其内部电路联通的需求，通常会采用施加一种金属间隔件或者垫片结构 (Spacer)。然而实际的封装过程中，常用的封装过程为：下基板印刷—烘烤—芯片贴装—烧结—芯片上表面印刷—烘烤—Spacer贴装—烧结—Spacer上表面印刷—烘烤—上基板贴装—烧结，流程复杂繁琐，工艺时间成本高的同时，每一步骤都有产生不良的风险。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的是提出一种间隔件，简化了双面冷却功率模块的制造工艺，解决基板的翘曲甚至开裂现象、局部应力集中等问题。
本实用新型的另一目的是提出一种具有上述间隔件的双面冷却功率模块，降低生产时间成本，提高良率，同时降低生产线布置成本及空间。
技术方案：本实用新型所述的间隔件，由金属制成，用于双面冷却功率模块，下表面和/或上表面均匀涂敷有粘结层材料。
进一步的，所述粘结层材料为辅助烧结剂和锡膏，或银粒子。
进一步的，所述粘结层材料的厚度为10～150微米。
本实用新型所述的双面冷却功率模块，自上而下包括上基板、间隔件、功率器件及下基板，其中所述间隔件的下表面和所述上基板的下表面，或所述间隔件的上和下表面均匀预涂敷有第一粘结层，所述间隔件通过所述第一粘结层与所述功率器件和所述上基板连接，所述功率器件与所述下基板通过第二粘结层连接。
进一步的，所述功率器件包括SIC器件、SI器件和BN器件中的一种或几种，所述上基板及所述下基板均为AMB陶瓷基板或铜片。
进一步的，所述第一粘结层及第二粘结层的烧结温度为180～190℃，烧结时间为15～20分钟，烧结压力为5～15Mpa。
进一步的，所述间隔件以1～5Mpa的压力固定于功率器件上，所述上基板以 1～5Mpa的压力固定于间隔件的上表面上。
进一步的，本实用新型所述的双面冷却功率模块由如下方法制成：
在下基板上均匀涂敷粘结层材料，并在粘结层材料上贴装功率器件；
将贴装有功率器件的下基板置于真空设备中烧结或焊接；
将粘结层材料均匀预途敷于间隔件的下表面上，将预途敷有粘结层材料的间隔件固定于功率器件上；
将粘结层材料均匀预途敷在上基板的下表面上，将上基板固定于间隔件的上表面上；
将包括上基板、间隔件、功率器件及下基板的结构置于真空设备中烧结或焊接。
进一步的，本实用新型所述的双面冷却功率模块由如下方法制成：
在下基板上均匀途敷粘结层材料，并在粘结层材料上贴装功率器件；
将贴装有功率器件的下基板置于真空设备中烧结或焊接；
将粘结层材料均匀预途敷于间隔件的上表面及下表面上，将间隔件固定于功率器件上；
将上基板固定于间隔件的上表面上；
将包括上基板、间隔件、功率器件及下基板的结构置于真空设备中烧结或焊接。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
1、大大简化了烧结工艺，节省约70％的工作量，提高了封装效率。
2、降低基板的翘曲，减少内部应力不均问题，提高产品良率。
3、减少设备投入，降低产线布置成本及空间。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例的双面冷却功率模块的结构分解示意图；
图2为本实用新型第二实施例的双面冷却功率模块的结构分解示意图；
图3为本实用新型第一实施例的双面冷却功率模块的制备流程图；
图4为本实用新型第二实施例的双面冷却功率模块的制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
参照图1及图2，根据本实用新型实施例的间隔件200，由金属制成，用于双面冷却功率模块的两个基板之间，用于提高模块的稳定性及散热性能，同时满足内部电路联通需求。间隔件200的下表面或者下表面和上表面上设有均匀预涂敷的粘结层材料，采用上述具有预涂敷的粘结层材料的间隔件200封装而成的双面冷却功率器件300，间隔件200可以一次性固定到功率器件300和基板之间，再送入真空设备中烧结使粘结层材料固化将间隔件200与功率器件300和基板固定连接，减少了封装过程中涂敷粘结材料及烧结的次数，降低了封装生产线中印制设备及烧结设备的数量，降低了生产线的布置成本及空间。同时简化了整个封装流程，降低了制造时间成本，并且提高了良品率。另外由于减少了烧结的次数，避免多次烧结后升温再降温造成基板翘曲变形，甚至内部应力不均而出现开裂的现象。
参照图1，在一些实施例中，半导体基板的下表面同样均匀预涂敷有粘结层材料，用于与仅在下表面上涂敷了粘结层材料的间隔件200配合使用，同样可以简化双面冷却功率模块的封装流程，产生相同的有益效果。
在一些实施例中，间隔件200及半导体基板上的粘结层材料可以包括辅助烧结剂、锡膏或银粒子，辅助烧结剂可以为与锡膏配合的活性剂，如松香或树脂，也可以为用于包覆银粒子形成银浆的有机溶剂，粘结层材料的厚度为10～150微米，具体厚度根据需要选择合适的数值。
参照图1及图2，根据本实用新型实施例的双面冷却功率模块自上而下包括上基板100、间隔件200、功率器件300及下基板400，其中间隔件200为本实用新型实施例的上和/或下表面均匀预涂敷有粘结层材料的间隔件200。参照图1，当间隔件200仅有下表面均匀涂覆有粘结层材料时，上基板100可以为上述下表面均匀涂敷有粘结层材料的半导体基板，上基板100上的粘结层材料的面积不大于间隔件200的上表面面积。间隔件200与上基板100及功率器件300通过间隔件200或上基板100上的粘结层材料烧结固化后形成的第一粘结层500固定连接，功率器件300通过第二粘结层600与下基板400牢固连接，可以理解的是，第二粘结层600同样可以为辅助烧结剂、银粒子或者锡膏固化而成。
在一些实施例中，功率器件300可以包括SIC器件、SI器件或者BN器件。上基板100和下基板400为AMB(活性金属钎焊覆铜技术)陶瓷基板或铜片，具有更小的热阻、更低的热膨胀系数和更稳定的部分放电能力。
参照图3，图1实施例的双面冷却功率模块由如下流程制备而成：
先在下AMB基板上均匀涂上一层烧结银膏，并在烧结银膏上贴装功率器件 300；
将贴装完功率器件300的下AMB基板放入真空设备中烧结，烧结温度为 190℃，烧结时间为15分钟，烧结压力为5MPa；
将下表面均匀预涂敷有烧结银膏的由铜钼合金制成的间隔件200以1MPa的压力固定于功率器件300上，将下表面均匀预涂敷有烧结银膏的上AMB基板同样以1MPa的压力固定于间隔件200上；
将包含上、下AMB基板、功率器件300及间隔件200的结构置于真空设备中烧结，烧结温度为190℃，烧结时间为15分钟，烧结压力为5Mpa。
参照图4，图2实施例的双面冷却功率模块由如下流程制备而成：
先在下AMB基板上均匀涂上一层纳米银，在纳米银上贴装功率器件300；
将贴装完功率器件300的下AMB基板放入真空设备中烧结，烧结温度为 180℃，烧结时间为20分钟，烧结压力为15MPa；
将上下表面均均匀预涂敷有烧结银膏的间隔件200以5MPa的压力固定于功率器件300上，将上AMB基板同样以5MPa的压力固定于间隔件200的上表面上；
将包含上、下AMB基板、功率器件300及间隔件200的结构置于真空设备中烧结，烧结温度为190℃，烧结时间为20分钟，烧结压力为5MPa。
Claims (5)
1.一种间隔件，由金属制成，用于双面冷却功率模块，其特征在于，下表面和/或上表面均匀涂敷有粘结层材料。
2.根据权利要求1所述的间隔件，其特征在于，所述粘结层材料包括活性剂和锡膏，或银粒子和有机溶剂。
3.根据权利要求1所述的间隔件，其特征在于，所述粘结层材料的厚度为10～150微米。
4.一种双面冷却功率模块，其特征在于，自上而下包括上基板(100)、间隔件(200)、功率器件(300)及下基板(400)，其中所述间隔件(200)的下表面和所述上基板(100)的下表面，或所述间隔件(200)的上和下表面均匀预涂敷有第一粘结层(500)，所述间隔件(200)通过所述第一粘结层(500)与所述功率器件(300)和所述上基板(100)连接，所述功率器件(300)与所述下基板(400)通过第二粘结层(600)连接。
5.根据权利要求4所述的双面冷却功率模块，其特征在于，所述功率器件(300)包括SIC器件、SI器件和BN器件中的一种或几种，所述上基板(100)及所述下基板(400)均为AMB陶瓷基板或铜片。
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