TW201643998A - 封裝模組、封裝模組堆疊結構及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

一種封裝模組，包含功率模組，第一散熱元件和封裝塑料。功率模組包含基板和設置於基板上的至少一功率半導體元件。第一散熱元件設置於功率模組上方。封裝塑料包覆功率模組與第一散熱元件，其中第一散熱元件之一部份外露於封裝塑料。

Description

封裝模組、封裝模組堆疊結構及其製作方法
本發明是關於一種封裝模組、封裝模組堆疊結構及其製作方法。
高效率、高密度以及高可靠性一直是現今電子裝置的發展趨勢，以達到節能、降低成本、以及良好的使用壽命的目的。以電源變換器為例，其內部包含有功率模組、驅動基板、散熱元件( 如散熱鰭片)及許多週邊的電子元件。
然而，這些散熱元件多是透過導熱膠黏貼在功率模組上，這樣的設計除了需要增加一道黏貼的工序之外，更有可能在黏貼散熱元件的過程中出現分層、空洞、雜質等缺陷。而導熱膠與封裝塑料之間可能會因為熱膨脹係數不同而出現應力集中的問題。
本發明便提供了一種封裝模組、封裝模組堆疊結構及其製作方法，省略了導熱膠的使用，因此可以避免因導熱膠與封裝塑料之間因為熱膨脹係數不匹配所導致的種種問題。
本發明之一實施方式提供了一種封裝模組，包含具有一基板以及設置於基板上之至少一功率半導體元件的功率模組、設置於功率模組上方之一第一散熱元件、以及一封裝塑料。封裝塑料包覆功率模組與第一散熱元件，其中第一散熱元件之一部份外露於封裝塑料。
於本發明之一或多個實施例中，第一散熱元件為一散熱器、一散熱器以及連接於散熱器之散熱鰭片組、一散熱鰭片組、或是具有複數個孔洞的一散熱器。
於本發明之一或多個實施例中，封裝模組更包含設置於功率模組之下方之第二散熱元件，其中封裝塑料包覆第二散熱元件，且第二散熱元件之一部份外露於封裝塑料。
於本發明之一或多個實施例中，第二散熱元件為一散熱器、一散熱器以及連接於散熱器之一散熱鰭片組、一散熱鰭片組、或是具有複數個孔洞的一散熱器。
於本發明之一或多個實施例中，封裝模組更包含一被動元件，設置於第一散熱元件之上表面。
於本發明之一或多個實施例中，被動元件為電感、變壓器或是電容。
於本發明之一或多個實施例中，封裝模組更包含至少一被動元件，設置於第一散熱元件之上表面和/或第二散熱元件之下表面。
於本發明之一或多個實施例中，第二散熱元件的下表面外露於封裝塑料。
於本發明之一或多個實施例中，第一散熱元件的上表面外露於封裝塑料。
於本發明之一或多個實施例中，第一散熱元件為一散熱器，散熱器具有一凸緣，凸緣嵌合於封裝塑料中。
於本發明之一或多個實施例中，第一散熱元件為散熱器，散熱器具有至少一凸塊，凸塊設置於功率半導體元件上方，且嵌合於封裝塑料中。
本發明之另一實施方式提供了一種封裝模組堆疊結構，包含一第一封裝模組、一第二封裝模組，以及連接第一封裝模組與第二封裝模組之一接合層。第一封裝模組與第二封裝模組每一者均包含一功率模組、一第一散熱元件，以及用以包覆功率模組和第一散熱元件的一封裝塑料，其中功率模組包含一基板，以及設置於基板上之至少一功率半導體元件，第一散熱元件之一部分外露於封裝塑料。
於本發明之一或多個實施例中，第一封裝模組與第二封裝模組每一者更包含一第二散熱元件，設置於功率模組之下方，其中封裝塑料包覆第二散熱元件，且第二散熱元件之一部分外露於封裝塑料。
於本發明之一或多個實施例中，第一散熱元件或第二散熱元件為一散熱器、一散熱器、一散熱鰭片組、一散熱器以及連接於散熱器之一散熱鰭片組，或是具有複數個孔洞的一散熱器。
於本發明之一或多個實施例中，更包含複數個引腳，其中第一封裝模組的側壁包含複數個第一焊墊，第二封裝模組的側壁包含複數個第二焊墊，引腳連接第一焊墊與第二焊墊。
於本發明之一或多個實施例中，封裝模組堆疊結構更包含一絕緣材料，包覆於第一封裝模組與第二封裝模組外圍，且引腳部分外露於絕緣材料。
本發明之另一實施方式提供了一種封裝模組的製作方法，包含放置一功率模組於一模具的一空腔中；放置一第一散熱元件於空腔中，且第一散熱元件固定於空腔的頂部；以及注入一封裝塑料於空腔中，以使封裝塑料包覆功率模組與第一散熱元件。
於本發明之一或多個實施例中，更包含移除模具，且去除第一散熱元件之上表面的封裝塑料，使得第一散熱元件之上表面外露於封裝塑料。
於本發明之一或多個實施例中，更包含貼覆保護膜於第一散熱元件之上表面。
於本發明之一或多個實施例中，更包含移除模具，且去除保護膜，使得第一散熱元件之上表面外露於封裝塑料。
於本發明之一或多個實施例中，第一散熱元件係透過真空吸附的方式固定於空腔的頂部。
於本發明之一或多個實施例中，第一散熱元件係透過磁力吸附的方式固定於空腔的頂部。
於本發明之一或多個實施例中，封裝模組的製作方法更包含放置一第二散熱元件於空腔中，且第二散熱元件固定於空腔的底部。
本發明之又一實施方式提供了一種封裝模組的製作方法，包含依次設置至少一功率半導體元件於一基板上，以形成複數個功率模組；放置功率模組於一模具的一空腔中；放置一第一散熱元件於空腔中，且第一散熱元件固定於空腔的頂部；注入一封裝塑料於空腔中，以使得封裝塑料包覆功率模組與第一散熱元件而構成一封裝體；自模具中取出封裝體；以及切割封裝體，以得到複數個封裝模組。
於本發明之一或多個實施例中，封裝模組的製作方法更包含焊接複數個引腳至外露於封裝模組之側表面上的複數個焊墊。
於本發明之一或多個實施例中，第一散熱元件係透過真空吸附的方式固定於空腔的頂部。
於本發明之一或多個實施例中，第一散熱元件係透過磁力吸附的方式固定於空腔的頂部。
於本發明之一或多個實施例中，封裝模組的製作方法更包含貼覆一保護膜於第一散熱元件之上表面。
於本發明之一或多個實施例中，封裝模組的製作方法更包含去除保護膜，使得第一散熱元件之上表面外露於封裝塑料。
於本發明之一或多個實施例中，封裝模組的製作方法更包含開設複數個開槽於第一散熱元件上，且沿著複數個開槽切割封裝體。
本發明之再一實施方式提供了一種封裝模組堆疊結構的製作方法，包含放置一功率模組於一模具的一空腔中；放置一第一散熱元件於空腔中，且第一散熱元件固定於空腔的頂部；注入一封裝塑料於空腔中，以使得封裝塑料包覆功率模組與第一散熱元件，以得到一封裝模組；以及黏合兩個該封裝模組，以得到一封裝模組堆疊結構。
於本發明之一或多個實施例中，封裝模組堆疊結構的製作方法更包含連接複數個引腳與外露於封裝模組之側表面的複數個焊墊。
於本發明之一或多個實施例中，封裝模組堆疊結構的製作方法更包含包覆一絕緣材料於封裝模組之側表面，且引腳部分外露於絕緣材料。
本發明所提供的封裝模組是直接利用封裝塑料接合功率模組與散熱元件，省略了導熱膠的使用，藉以解決過去使用導熱膠黏接散熱元件時，因導熱膠與封裝塑料熱膨脹係數不匹配所導致的種種問題。
以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後， 當可由本發明所教示之技術， 加以改變及修飾， 其並不脫離本發明之精神與範圍。
為了解決過去使用導熱膠黏接散熱元件和功率模組所導致的種種問題，本發明提出了一種不使用導熱膠黏接散熱元件和功率模組的封裝模組，藉由封裝塑料直接包覆功率模組與散熱元件，以解決使用導熱膠所導致的種種問題。
參照第1圖，其為本發明之封裝模組之第一實施例的剖面示意圖。封裝模組100包含有功率模組101、第一散熱元件130以及封裝塑料150。功率模組101包含有基板110以及設置於基板110上之功率半導體元件120。基板110可以為單層或是多層的印刷電路板，基板110具有相對的上表面112以及下表面114。基板110的上表面112上設置有多個焊墊116。
功率半導體元件120設置在基板110上，功率半導體元件120可以為表面黏貼(SMT)元件，也可以是裸晶片(Bare die)，例如金屬氧化物半導體場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET，又稱金氧半場效電晶體）,二極體(Diode)、絕緣閘雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）、碳矽二極體(SiC diode)、 碳矽金氧半場效電晶體(SiC Mosfet)、氮化鎵金氧半場效電晶體(GaN Mosfet)等會產生熱能的電子元件。第一散熱元件130設置在功率半導體元件120上方，並且可以直接接觸或是不接觸功率半導體元件120的上表面，若是功率半導體元件120的數量為多數個，則第一散熱元件130可以接觸功率半導體元件120的其中一者或是全部。
封裝模組100包含多個引腳140。引腳140可以為L形的引腳。引腳140從基板110的側邊向下延伸。引腳140的一端連接於基板110之上表面112上的焊墊116，以實現封裝模組100與外部線路的電性連接。封裝塑料150則是包覆功率模組101與第一散熱元件130，其中第一散熱元件130之上表面以及部份的引腳140外露於封裝塑料150。於本實施例中，封裝塑料150可以包覆功率模組101與第一散熱元件130，其中第一散熱元件130之一部分以及引腳140的一部分外露於封裝塑料150。
第一散熱元件130是在封裝過程中，直接利用封裝塑料150進行固定，因此，可以省略傳統的導熱膠的使用，藉以解決過去使用導熱膠所導致的如分層、空洞或是雜質等問題，並且可以有效避免因導熱膠與封裝塑料150之間的熱膨脹係數不匹配所導致的應力問題。
參照第2A圖至第2D圖，其分別為本發明之封裝模組之不同實施例的側視圖。第一散熱元件130可以具有多種不同的形式。第一散熱元件130可以為散熱器，如第2A圖所示，其可以為陶瓷板或是金屬板；第一散熱元件130可以為散熱鰭片組，如第2B圖所示；第一散熱元件130可以為具有複數個孔洞的散熱器，如第2C圖所示；或者，第一散熱元件130可以為散熱器與散熱鰭片組的組合，如第2D圖所示，散熱器與散熱鰭片組之間可以透過焊錫固定。本技術領域人員可以根據不同的設計需求選用適合的散熱元件，不以前述實施例所揭露的內容為限。
參照第3圖，其為本發明之封裝模組之第二實施例的剖面示意圖。本實施例與第一實施例之差別在於，本實施例的封裝模組100更包含有電子元件160以及第二散熱元件170，其中電子元件160為設置在基板110的下表面114或基板110的上表面112，第二散熱元件170可以直接接觸或是不接觸電子元件160的下表面。封裝塑料150則是包覆功率模組101、第一散熱元件130以及第二散熱元件170，而第一散熱元件130的上表面、第二散熱元件170的下表面以及部份的引腳140則是外露於封裝塑料150。於本實施例中，封裝塑料150則是包覆功率模組101、第一散熱元件130以及第二散熱元件170，而第一散熱元件130的一部分、第二散熱元件170的一部分以及引腳140的一部分外露於封裝塑料150。
電子元件160可以為表面黏貼(SMT)元件，例如控制晶片、被動元件、磁性元件等。同樣地，若是電子元件160的數量為多數個，則第二散熱元件170可以接觸此些電子元件160的其中一者或是全部。第一散熱元件130與第二散熱元件170的類型可以為散熱器、散熱鰭片組、具有複數個孔洞的散熱器或散熱器與散熱鰭片組的組合。
本實施例中的第二散熱元件170同樣是藉由封裝塑料150固定於封裝模組100中，省略了傳統導熱膠的使用，藉以解決前述使用導熱膠進行固定所導致的種種問題。
參照第4圖，其為本發明之封裝模組之第三實施例的側視圖。本實施例與第二實施例之差別在於封裝模組100更包含有被動元件180。被動元件180可以為已封裝完成的電子元件，例如為電感、電容或是變壓器等。被動元件180可以透過焊錫或是黏膠設置在第一散熱元件130的上表面或是第二散熱元件170的下表面或是第一散熱元件130的上表面和第二散熱元件170的下表面。被動元件180包含有外露的側焊墊182，部分的引腳140則是連接於側焊墊182，以讓被動元件180與外部電路進行電性連接。於本實施例中，將被動元件180的引腳140引出，用以與外部電路進行電性連接。
參照第5圖，其為本發明之封裝模組之第四實施例的剖面示意圖。本實施例與第一實施例之差別在於，本實施例中的第一散熱元件130為一散熱器，第一散熱元件130包含有凸塊132，凸塊132設置在功率半導體元件120的上方，並與封裝塑料150嵌合。換言之，當功率半導體元件120的數量為多數個的時候，此些功率半導體元件120可能會分別具有不同的厚度，藉由將功率半導體元件120設置在凸塊132下方，可以讓第一散熱元件130與功率半導體元件120之間的距離縮短，以提升第一散熱元件130的散熱能力。於本實施例中，凸塊132應該儘量接近功率半導體元件120，也可以直接接觸功率半導體元件120。
參照第6圖，其為本發明之封裝模組之第五實施例的剖面示意圖。本實施例與第四實施例之差別在於，本實施例中的第一散熱元件130更包含有凸緣136，凸緣136位於第一散熱元件130的外緣，並且具有較薄的厚度。當封裝塑料150包覆於基板110與功率半導體元件120時，凸緣136會嵌合於封裝塑料150中而不會外露於封裝塑料150。第一散熱元件130可以透過凸緣136的設計加強其與封裝塑料150之間的結合強度，以避免第一散熱元件130在受到外力作用時與封裝塑料150分離。
須注意的是，雖然第4圖至第6圖是以第一散熱元件130進行說明，本技術領域人員可以根據不同的設計需求將這些設計應用在如第3圖所述的第二散熱元件170中，不應以此為限。綜上所述，封裝模組100利用封裝塑料150固定第一散熱元件130和第二散熱元件170於功率模組101上下兩側，如此一來可以省略導熱膠的使用，避免過去製程中使用導熱膠所導致的種種問題。以下將配合實施例說明封裝模組100的製作方法。
參照第7圖，其為本發明之一種封裝模組的製作方法之第一實施例的流程圖。步驟S10為將功率模組201放置在模具300的空腔310中。模具300包含有上模具302以及下模具304，上模具302以及下模具304之間定義出空腔310。功率模組201包含有基板210，以及設置在基板210上的至少一功率半導體元件220，功率半導體元件220可以設置在基板210的上表面。基板210上設置有多個焊墊212，焊墊212設置亦設置在基板210的上表面。多個引腳240為分別連接於焊墊212，並且在此步驟中，引腳240未被彎折，並且引腳240被夾在上模具302與下模具304之間，藉以定位基板210。
步驟S10中更包含有放置第一散熱元件230於空腔310之中，並且第一散熱元件230為固定在空腔310的頂部，並且位於功率模組201的上方。當上模具302與下模具304組合之後，第一散熱元件230可以接觸或是不接觸功率半導體元件220。
本實施例中，第一散熱元件230為透過真空吸附的方式固定在空腔310的頂部。具體而言，上模具302具有多個通道301，設置在上模具302的頂端。通道301連通至空腔310，通道301更連接於負壓源，以讓第一散熱元件230藉由負壓源提供的吸力固定在上模具302的頂部。
接著，步驟S20為將上模具302與下模具304合模，並注入封裝塑料250於空腔310之中，以透過封裝塑料250包覆功率模組201以及第一散熱元件230，更具體地說，上模具302及/或下模具304具有封裝塑料注入口306，封裝塑料250經由封裝塑料注入口306進入空腔310，並填滿空腔310以及第一散熱元件230與功率模組201之間的空隙。封裝塑料250連接第一散熱元件230與功率模組201，讓功率模組201與第一散熱元件230透過封裝塑料250結合在一起。
最後，步驟S30為等待封裝塑料250固化後，將封裝完成的封裝模組200自模具中取出，並且除去多餘的溢膠之後，便可以彎折引腳240。此步驟中可包含移除第一散熱元件230之上表面的封裝塑料250，使得第一散熱元件230的上表面外露於封裝塑料250。
參照第8圖，其為本發明之一種封裝模組的製作方法之第二實施例的流程圖。本實施例與第一實施例之差別在於步驟S10是利用磁力吸附的方式，將第一散熱元件230固定在空腔310的頂部。
本實施例中的第一散熱元件230的材料為具有高導熱性的金屬，並且可被磁力吸附。模具300中更包含有電磁鐵320及/或永久磁鐵330，電磁鐵320及/或永久磁鐵330設置在通道301中，以利用磁力吸附第一散熱元件230，將第一散熱元件230固定在空腔310的頂部，避免其在封裝塑料注入時移位。
參照第9圖，其為本發明之一種封裝模組的製作方法之第三實施例的流程圖。步驟S10中包含將第一散熱元件230、功率模組201以及第二散熱元件234置入模具300的空腔310中。第一散熱元件230固定於模具300的頂部，第二散熱元件234固定於模具300的底部，包含基板210以及功率半導體元件220之功率模組201則是固定在上模具302與下模具304之間。
本實施例中，第一散熱元件230之上表面以及第二散熱元件234之下表面分別貼覆有保護膜232，以避免在封裝塑料注入的過程中，封裝塑料溢出至第一散熱元件230的上表面或者第二散熱元件234的下表面，並且提供一個較為平整的吸附表面以利於將第一散熱元件230與第二散熱元件234固定在空腔310的頂部與底部。另外，爲了避免封裝塑料溢出至第一散熱元件230或是第二散熱元件234的鰭片之間或是孔洞裡面，可以在第一散熱元件230或者第二散熱元件234的側壁另外增加一層保護膜。引腳240與基板210上表面之焊墊212連接，引腳240未被彎折而被夾在上模具302與下模具304之間，以固定基板210。第一散熱元件230與第二散熱元件234可以利用真空吸附或是磁力吸附的方式固定在空腔310的頂部與底部。
接著，步驟S20為將上模具302與下模具304合模，封裝塑料250經由封裝塑料注入口306進入空腔310，並填滿空腔310以及第一散熱元件230、第二散熱元件234與功率模組201之間的空隙。讓封裝塑料250結合第一散熱元件230、第二散熱元件234與功率模組201。
最後，步驟S30為將封裝完成的功率模組自模具中取出，並且除去其第一散熱元件上230表面和第二散熱元件234下表面的保護膜以及多餘的溢膠之後，便可以彎折引腳240，得到封裝模組200，該封裝模組的第一散熱元件230之上表面和第二散熱元件234之下表面外露於封裝塑料250。
藉由前述之製作方法，可以讓第一散熱元件230、第二散熱元件234與功率模組201一體成形地製作完成，並直接透過封裝塑料250結合第一散熱元件230、第二散熱元件234與功率模組201，可以省略過去使用導熱膠黏接第一散熱元件230與第二散熱元件234的額外工序，並且可以解決導熱膠與封裝塑料250之間因熱膨脹係數不匹配所導致的種種問題。
參照第10圖，其為本發明之封裝模組之第六實施例的頂視圖。為了提升封裝模組100的製作效率，亦可以在製作時直接製作多個相連的封裝模組100而後再將其切割，例如在基板上設置多組電子元件(即多組功率半導體元件與多組電子元件)待封裝完成後再將其切割。而由於金屬材質的第一散熱元件130(或第二散熱元件170)具有較高的硬度，在切割的過程中會花費較多的時間。因此，第一散熱元件130(與第二散熱元件170)上開設有開槽138，並與切割道重疊。開槽138可以利用沖壓或是模具製作的方式預先製作在第一散熱元件130(或是第二散熱元件170)上。當在切割封裝模組100時，刀具會通過開槽138，減少刀具與金屬材質的第一散熱元件130(或是第二散熱元件170)之間的接觸面積，藉以提升切割效率以及降低刀具損耗的成本。
參照第11圖，其為本發明之一種封裝模組的製作方法之第四實施例的流程圖。步驟S100為依次設置多組功率半導體元件120、電子元件160在基板110上，以形成複數個功率模組101。功率半導體元件120與電子元件160分別設置在基板110的上表面112以及下表面114，或者功率半導體元件120與電子元件160均設置在基板110的上表面112。功率半導體元件120與電子元件160可以透過如回流焊的方式固定在基板110上。成組的功率半導體元件120與電子元件160之間保持有間隔，基板110上之焊墊116則是設置在間隔的位置，成組的焊墊116之間預留有切割道的位置。
接著，步驟S110為將功率模組101以及第一散熱元件130與第二散熱元件170放置在模具300中。模具300包含有上模具302、下模具304以及由上模具302與下模具304所定義的空腔310。基板110被夾在上模具302與下模具304之間，第一散熱元件130與第二散熱元件170分別藉由真空吸附或是磁力吸附的方式固定在空腔310的頂部以及底部。
接著，步驟S120為將封裝塑料150注入空腔310中，以讓封裝塑料150填補空腔310以及第一散熱元件130與功率模組101之間的空隙，以及填補第二散熱元件170與功率模組101之間的空隙。封裝塑料150包覆功率模組101與第一散熱元件130以及第二散熱元件170。待封裝塑料150固化之後，便可以得到封裝體190。
接著，步驟S130為將封裝體190從模具中取出，撕去第一散熱元件130與第二散熱元件170表面的保護膜，並且切割封裝體190。如第10圖所示，第一散熱元件130與第二散熱元件170上預先開設有開槽138，當在切割封裝體190時，切割道會通過開槽138，以提升切割的效率並降低刀具損耗。封裝體190切割完成之後，便可以得到多個封裝模組100。此時焊墊116會外露於封裝模組100的側表面。
最後，步驟S140為封裝模組100分開，接著將引腳140透過焊錫固定在外露於封裝模組100之側表面上的焊墊116上。而為了保護引腳140，封裝模組100上可以更設置有絕緣材料192。絕緣材料192包覆於引腳140與焊墊116連接的位置，而部分的引腳140仍外露於絕緣材料192，以供封裝模組100與外部電路進行連接。
前述的實施例中揭露的封裝模組100的變化以及其製作方法。於實務上，為了達到更佳的空間配置，常會將多個封裝模組100堆疊使用，以下將配合實施例具體說明之。
參照第12圖，其為本發明之封裝模組堆疊結構之第一實施例的側視示意圖。封裝模組堆疊結構400包含有第一封裝模組410、第二封裝模組420以及連接第一封裝模組410以及第二封裝模組420的接合層430。本實施例中第一封裝模組410與第二封裝模組420可以參照第11圖之步驟S130中所揭露的封裝模組，第一封裝模組410以及第二封裝模組420分別包含有基板、分別設置在基板之相對兩表面的功率半導體元件與電子元件、分別設置在功率半導體元件與電子元件相對兩側的第一散熱元件412、422與第二散熱元件414、424、以及用以包覆基板與其上之元件的封裝塑料416、426。第一散熱元件412、422之上表面以及第二散熱元件414、424之下表面則是外露於封裝塑料416、426。第一封裝模組410與第二封裝模組420可以為實質上相同或是不相同的結構。
第一封裝模組410的側壁包含複數個第一焊墊418，第二封裝模組420的側壁包含複數個第二焊墊428。第一焊墊418與第二焊墊428分別外露於第一封裝模組410與第二封裝模組420的側表面。封裝模組堆疊結構400包含有多個引腳440，引腳440分別連接於對應的第一焊墊418及/或第二焊墊428。如本實施例所示，至少部分的引腳440會同時連接於第一焊墊418以及第二焊墊428。
封裝模組堆疊結構400更包含有絕緣材料450，絕緣材料450包覆於第一封裝模組410與第二封裝模組420外圍，引腳440則是部份外露於絕緣材料450。絕緣材料450可用以保護第一焊墊418及第二焊墊428與引腳440連接處，並且避免引腳440意外短路的現象發生。
參照第13圖，其為第12圖之封裝模組堆疊結構製作方法一實施例的流程圖。步驟S200為提供多個切割完成的封裝模組410(420)，封裝模組410(420)的製作方法可以參考第11圖的步驟S100至步驟S130。
步驟S210為利用治具將多個封裝模組410(420)堆疊。此時，位於上層的封裝模組可以視為第一封裝模組410，位於下層的封裝模組可以視為第二封裝模組420。第一封裝模組410與第二封裝模組420之間利用如錫膏等材料作為接合層430連接。更具體地說，接合層430是黏接第一封裝模組410的第二散熱元件414以及第二封裝模組420的第一散熱元件422。而第一焊墊418與第二焊墊428則是分別外露於封裝塑料416、426的側表面。
步驟S220為將錫膏460設置在外露的焊墊上。錫膏460可以藉由印刷、點膠或是電鍍的方式，設置在焊墊上。
步驟S230為將引腳440貼裝在第一封裝模組410與第二封裝模組420的側表面，並且引腳440分別與對應的焊墊連接。接著，再將治具與其中之第一封裝模組410、第二封裝模組420以及引腳440送入回焊爐中，讓第一封裝模組410、第二封裝模組420與引腳440彼此之間緊密接合。
最後，步驟S240為連接完成的封裝模組堆疊結構400從治具中取出，而後再將絕緣材料450透過點膠或是塗布的方式，包覆於第一封裝模組410及第二封裝模組420的側表面，以保護引腳440與焊墊之間的連接。引腳440則是會部分外露於絕緣材料450，以讓封裝模組堆疊結構400可以透過引腳440與外部電路連接。
參照第14圖，其為本發明之封裝模組堆疊結構之第二實施例的側視示意圖。本實施例中的第一封裝模組410與第二封裝模組420是利用第11圖的方法所製作而成，亦即第一封裝模組410與第二封裝模組420的焊墊是設置在基板的上表面，引腳440則是在注入封裝塑料416、426之前便焊接在焊墊上，待封裝塑料416、426固化後便可以得到第一封裝模組410以及第二封裝模組420。而後再利用焊錫將第一封裝模組410與第二封裝模組420接合，最後再彎折引腳440。因此，不同於前一實施例，本實施例中的引腳440僅連接至對應的第一封裝模組410或是第二封裝模組420，而不會同時連接兩者。
本發明所提供的封裝模組是直接利用封裝塑料接合基板與散熱元件，省略了導熱膠的使用，藉以解決過去使用導熱膠黏接散熱元件時，因導熱膠與封裝塑料熱膨脹係數不匹配所導致的種種問題。
雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧封裝模組
101‧‧‧功率模組
110‧‧‧基板
112‧‧‧上表面
114‧‧‧下表面
116‧‧‧焊墊
120‧‧‧功率半導體元件
130‧‧‧第一散熱元件
132‧‧‧凸塊
136‧‧‧凸緣
138‧‧‧開槽
140‧‧‧引腳
150‧‧‧封裝塑料
160‧‧‧電子元件
170‧‧‧第二散熱元件
180‧‧‧被動元件
182‧‧‧側焊墊
190‧‧‧封裝體
192‧‧‧絕緣材料
200‧‧‧封裝模組
201‧‧‧功率模組
210‧‧‧基板
212‧‧‧焊墊
220‧‧‧功率半導體元件
230‧‧‧第一散熱元件
232‧‧‧保護膜
234‧‧‧第二散熱元件
240‧‧‧引腳
250‧‧‧封裝塑料
300‧‧‧模具
301‧‧‧通道
302‧‧‧上模具
304‧‧‧下模具
306‧‧‧封裝塑料注入口
310‧‧‧空腔
400‧‧‧封裝模組堆疊結構
410‧‧‧第一封裝模組
412‧‧‧第一散熱元件
414‧‧‧第二散熱元件
416‧‧‧封裝塑料
418‧‧‧第一焊墊
420‧‧‧第二封裝模組
422‧‧‧第一散熱元件
424‧‧‧第二散熱元件
426‧‧‧封裝塑料
428‧‧‧第二焊墊
430‧‧‧接合層
440‧‧‧引腳
450‧‧‧絕緣材料
460‧‧‧錫膏
S10~S240‧‧‧步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與 實施例能更明顯易懂， 所附圖式之詳細說明如下： 第1 圖為本發明之封裝模組之第一實施例的剖面示意 圖。 第2A 圖至第2D 圖分別為本發明之封裝模組之不同 實施例的側視圖。 第3 圖為本發明之封裝模組之第二實施例的剖面示意 圖。 第4 圖為本發明之封裝模組之第三實施例的側視圖。 第5 圖為本發明之封裝模組之第四實施例的剖面示意 圖。 第6 圖為本發明之封裝模組之第五實施例的剖面示意 圖。 第7 圖為本發明之一種封裝模組的製作方法之第一實 施例的流程圖。 第8 圖為本發明之一種封裝模組的製作方法之第二實 施例的流程圖。 第9 圖為本發明之一種封裝模組的製作方法之第三實 施例的流程圖。 第1 0 圖為本發明之封裝模組之第六實施例的頂視圖。 第11 圖為本發明之一種封裝模組的製作方法之第四實 施例的流程圖。 第1 2 圖為本發明之封裝模組堆疊結構之第一實施例 的側視示意圖。 第1 3 圖為第1 2 圖之封裝模組堆疊結構製作方法一實 施例的流程圖。 第1 4 圖為本發明之封裝模組堆疊結構之第二實施例 的側視示意圖。
100‧‧‧封裝模組
101‧‧‧功率模組
110‧‧‧基板
112‧‧‧上表面
114‧‧‧下表面
116‧‧‧焊墊
120‧‧‧功率半導體元件
130‧‧‧第一散熱元件
140‧‧‧引腳
150‧‧‧封裝塑料

Claims (34)

  1. 一種封裝模組，包含： 一功率模組，包含： 一基板；以及 至少一功率半導體元件，設置於該基板上； 一第一散熱元件，設置於該功率模組上方；以及 一封裝塑料，包覆該功率模組與該第一散熱元件，其中該第一散熱元件之一部分外露於該封裝塑料。
  2. 如請求項1所述之封裝模組，其中該第一散熱元件為一散熱器、一散熱器以及連接於該散熱器之一散熱鰭片組、一散熱鰭片組、或是具有複數個孔洞的一散熱器。
  3. 如請求項1所述之封裝模組，更包含： 一第二散熱元件，設置於該功率模組之下方，其中該封裝塑料包覆該第二散熱元件，且該第二散熱元件之一部分外露於該封裝塑料。
  4. 如請求項3所述之封裝模組，其中該第二散熱元件為一散熱器、一散熱器以及連接於該散熱器之一散熱鰭片組、一散熱鰭片組，或是具有複數個孔洞的一散熱器。
  5. 如請求項2所述之封裝模組，更包含一被動元件，設置於該第一散熱元件之上表面。
  6. 如請求項5所述之封裝模組，其中該被動元件為電感、變壓器或是電容。
  7. 如請求項3所述之封裝模組，更包含至少一被動元件，設置於該第一散熱元件之上表面，或該第二散熱元件之下表面，或該第一散熱元件之上表面和該第二散熱元件之下表面。
  8. 如請求項3所述之封裝模組，其中該第二散熱元件之下表面外露於該封裝塑料。
  9. 如請求項1所述之封裝模組，其中該第一散熱元件之上表面外露於該封裝塑料。
  10. 如請求項1所述之封裝模組，其中該第一散熱元件為一散熱器，該散熱器具有一凸緣，該凸緣嵌合於該封裝塑料中。
  11. 如請求項1所述之封裝模組，其中該第一散熱元件為一散熱器，該散熱器具有至少一凸塊，該凸塊設置於該功率半導體元件上方，且嵌合於該封裝塑料中。
  12. 一種封裝模組堆疊結構，包含一第一封裝模組、一第二封裝模組，以及連接該第一封裝模組與該第二封裝模組之一接合層，其中該第一封裝模組與該第二封裝模組每一者均包含一功率模組、一第一散熱元件、以及用以包覆該功率模組和該第一散熱元件的一封裝塑料，其中該功率模組包含一基板，以及設置於該基板上之至少一功率半導體元件，該第一散熱元件之一部分外露於該封裝塑料。
  13. 如請求項12所述之封裝模組堆疊結構，該第一封裝模組與該第二封裝模組每一者更包含： 一第二散熱元件，設置於該功率模組之下方，其中該封裝塑料包覆該第二散熱元件，且該第二散熱元件之一部分外露於該封裝塑料。
  14. 如請求項13所述之封裝模組堆疊結構，其中該第二散熱元件為一散熱器、一散熱器以及連接於該散熱器之一散熱鰭片組、一散熱鰭片組，或是具有複數個孔洞的一散熱器。
  15. 如請求項12所述之封裝模組堆疊結構，其中該第一散熱元件為一散熱器、一散熱器以及連接於該散熱器之一散熱鰭片組、一散熱鰭片組，或是具有複數個孔洞的一散熱器。
  16. 如請求項12所述之封裝模組堆疊結構，更包含複數個引腳，其中該第一封裝模組的側壁包含複數個第一焊墊，該第二封裝模組的側壁包含複數個第二焊墊，該些引腳連接該些第一焊墊與該些第二焊墊。
  17. 如請求項16所述之封裝模組堆疊結構，更包含一絕緣材料，包覆於該第一封裝模組與該第二封裝模組外圍，且該些引腳部分外露於該絕緣材料。
  18. 一種封裝模組的製作方法，包含： 放置一功率模組於一模具的一空腔中； 放置一第一散熱元件於該空腔中，且該第一散熱元件固定於該空腔的頂部；以及 注入一封裝塑料於該空腔中，以使該封裝塑料包覆該功率模組和該第一散熱元件。
  19. 如請求項18所述之封裝模組的製作方法，更包含移除該模具，且去除該第一散熱元件之上表面的該封裝塑料，使得該第一散熱元件之上表面外露於該封裝塑料。
  20. 如請求項18所述之封裝模組的製作方法，更包含貼覆一保護膜於該第一散熱元件之上表面。
  21. 如請求項20所述之封裝模組的製作方法，更包含移除該模具，且去除該保護膜，使得該第一散熱元件之上表面外露於該封裝塑料。
  22. 如請求項18所述之封裝模組的製作方法，其中該第一散熱元件係透過真空吸附的方式固定於該空腔的頂部。
  23. 如請求項18所述之封裝模組的製作方法，其中該第一散熱元件係透過磁力吸附的方式固定於該空腔的頂部。
  24. 如請求項18所述之封裝模組的製作方法，更包含放置一第二散熱元件於該空腔中，且該第二散熱元件固定於該空腔的底部。
  25. 一種封裝模組的製作方法，包含： 依次設置至少一功率半導體元件於一基板上，以形成複數個功率模組； 放置該些功率模組於一模具的一空腔中； 放置一第一散熱元件於該空腔中，且該第一散熱元件固定於該空腔的頂部； 注入一封裝塑料於該空腔中，以使得該封裝塑料包覆該些功率模組與該第一散熱元件而構成一封裝體； 自該模具中取出該封裝體；以及 切割該封裝體，以得到複數個封裝模組。
  26. 如請求項25所述之封裝模組的製作方法，更包含： 焊接複數個引腳至外露於該些封裝模組之側表面上的複數個焊墊。
  27. 如請求項25所述之封裝模組的製作方法，其中該第一散熱元件係透過真空吸附的方式固定於該空腔的頂部。
  28. 如請求項25所述之封裝模組的製作方法，其中該第一散熱元件係透過磁力吸附的方式固定於該空腔的頂部。
  29. 如請求項25所述之封裝模組的製作方法，更包含貼覆一保護膜於該第一散熱元件之上表面。
  30. 如請求項29所述之封裝模組的製作方法，更包含去除該保護膜，使得該第一散熱元件之上表面外露於該封裝塑料。
  31. 如請求項25所述之封裝模組的製作方法，更包含開設複數個開槽於該第一散熱元件上，且沿著該些開槽切割該封裝體。
  32. 一種封裝模組堆疊結構的製作方法，包含： 放置一功率模組於一模具的一空腔中； 放置一第一散熱元件於該空腔中，且該第一散熱元件固定於該空腔的頂部； 注入一封裝塑料於該空腔中，以使得該封裝塑料包覆該功率模組與該第一散熱元件，以得到一封裝模組；以及 黏合兩個該封裝模組，以得到一封裝模組堆疊結構。
  33. 如請求項32所述之封裝模組堆疊結構的製作方法，更包含： 連接複數個引腳與外露於該些封裝模組之側表面的複數個焊墊。
  34. 如請求項32所述之封裝模組堆疊結構的製作方法，更包含： 包覆一絕緣材料於該些封裝模組之側表面，且該些引腳部分外露於該絕緣材料。
TW104126648A 2015-06-05 2015-08-17 封裝模組、封裝模組堆疊結構及其製作方法 TWI604568B (zh)

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CN201510307039.2A CN106298695B (zh) 2015-06-05 2015-06-05 封装模组、封装模组堆叠结构及其制作方法

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