功率模組封裝代工

　　功率模組封裝代工

　　功率模塊封裝是指其中在一個(gè)基板上集成有一個(gè)或多個(gè)開關(guān)元件的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，所述開關(guān)元件包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、晶閘管等。

　　由于功率開關(guān)元件在操作時(shí)產(chǎn)生很多熱量，因此功率模塊封裝選擇具有優(yōu)異的散熱性能的材料是重要的，并且因?yàn)楣β书_關(guān)元件應(yīng)在垂直方向上彼此平行布置，所以功率模塊封裝被設(shè)計(jì)成具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性和熱擴(kuò)散性的封裝結(jié)構(gòu)。

　　因此，目前在功率模塊封裝中采用具有優(yōu)異的熱特性的銅板或直接敷銅(DBC)型基板，并且在銅鍍覆或直接敷銅基板的后表面上安裝用于降低功率模塊封裝中所生成的高溫的熱的熱管或散熱器。

　　雖然在功率模塊封裝中采用了這種具有優(yōu)異熱性能的基板，但由于對(duì)電力特性的需求的增加，固定功率模塊封裝的熱可靠性是最突出的難點(diǎn)，因此需要能夠更有效地散熱的技術(shù)。

　　為了解決上述的問題，正在開發(fā)具有兩個(gè)DBC基板彼此連接在以半導(dǎo)體芯片為中心的對(duì)稱結(jié)構(gòu)的功率模塊封裝。

　　圖1是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的功率模塊封裝的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

　　根據(jù)圖1中所示的功率模塊封裝100的結(jié)構(gòu)，下基板110和上基板120被設(shè)置成以功率半導(dǎo)體元件130為中心的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

　　于此，下基板110可以由陶瓷基材料111的上部和下部形成有銅層112和113的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并且上基板120可以由陶瓷基體材料121的上部和下部形成有銅層122和123的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

　　同時(shí)，功率半導(dǎo)體元件130通過焊料160連接到下基板110，圖案115形成在下基板110上，并且功率半導(dǎo)體元件130通過導(dǎo)線W連接到圖案115。

　　并且，提供了用于與外部側(cè)電連接的引線框140和145，并且第一引線框140通過焊料161連接到圖案115，第二引線框145通過焊料162連接到下基板110。

　　另外，在下基板110和上基板120之間提供了用于保持它們之間間隔的間隔物150和155。

　　于此，第一間隔物150通過焊料163和164連接在功率半導(dǎo)體元件130和上基板120之間，第二間隔物155通過焊料165和166連接在下基板110和上基板120之間。

　　最后，如上所述而構(gòu)成的功率模塊封裝100，通過使用模制材料170暴露第一引線框140和第二引線框145的一些部分并且包圍和覆蓋其剩余部分來完成。

　　在如圖1中構(gòu)成的功率模塊封裝100，如果功率半導(dǎo)體元件130和第一間隔物150的連接厚度T1與下基板110和上基板120的連接厚度T2彼此不相同，則由于空隙的產(chǎn)生，會(huì)發(fā)生質(zhì)量和產(chǎn)品壽命的降低。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　因此，提供了本發(fā)明來解決上述的問題，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠保持封裝的厚度恒定，防止質(zhì)量和產(chǎn)品壽命降低，并促進(jìn)過程穩(wěn)定性和生產(chǎn)力提高的功率模塊封裝，以及一種用于制造所述功率模塊封裝的方法。

　　在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，功率模塊封裝包括，其上形成有圖案的下基板，彼此以預(yù)定距離分隔開從而安裝在下基板的上表面上的功率半導(dǎo)體元件和帶，通過第一粘合層連接至所述功率半導(dǎo)體元件的上部的第一間隔物，通 過第二粘合層連接至所述帶的上部的第二間隔物，以及通過第三粘合層連接至所述第一間隔物和所述第二間隔物每個(gè)的上部的上基板。

　　所述第二間隔物的下表面可以與所述帶的上表面接觸，使得所述第二間隔物由所述帶支撐。

　　所述第一粘合層可以形成在所述功率半導(dǎo)體元件的上部，并且所述第二粘合層形成為圍繞所述帶。

　　所述功率半導(dǎo)體元件可以通過焊接安裝在所述下基板上，并且所述帶通過粘接被安裝在所述下基板上。

　　根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于制造功率模塊封裝方法，包括：將功率半導(dǎo)體元件和帶安裝在下基板上，將第一粘合層涂覆在所述功率半導(dǎo)體元件的上表面上，將第二粘合層圍繞所述帶，將第一間隔物安裝在所述第一粘合層上，將第二間隔物安裝在所述第二粘合層上，以及使用第三粘合層將上基板連接至所述下基板。

　　所述方法可進(jìn)一步包括，將第一和第二引線框安裝在所述下基板上，和使用導(dǎo)線將所述第一引線框電連接至所述功率半導(dǎo)體元件，其中，所述安裝和所述連接是在將所述功率半導(dǎo)體元件和所述帶安裝至所述下基板與將所述第一粘合層涂覆在所述功率半導(dǎo)體元件的上表面上并且將所述第二粘合層圍繞所述帶之間進(jìn)行的。

　　所述功率半導(dǎo)體元件和所述帶的安裝可以是在安裝所述功率半導(dǎo)體元件之后安裝所述帶。

　　所述功率半導(dǎo)體元件和所述帶的安裝可以是在安裝所述帶之后安裝所述功率半導(dǎo)體元件。

　　所述功率半導(dǎo)體元件和所述帶的安裝，可以使用焊接將所述功率半導(dǎo)體元件安裝在所述下基板上，并且使用粘接將所述帶安裝在所述下基板上。

　　所述功率半導(dǎo)體元件和所述帶的安裝中所述帶的安裝，可以通過將所述帶粘接至所述下基板并且壓縮所述粘接的帶而進(jìn)行。

　　將所述第二間隔物安裝在所述第二粘合層上，可以使得所述第二間隔物的下表面接觸所述帶的上表面從而由所述帶支撐所述第二間隔物。

　　在相關(guān)技術(shù)中，厚度不均勻的問題發(fā)生在根據(jù)工藝條件的功率模塊封裝中，但根據(jù)本發(fā)明的功率模塊封裝的厚度非均勻性可以通過改變?nèi)Q于工藝 條件帶的壓縮度來解決，該工藝條件例如功率模塊封裝的厚度。

　　因此，功率模塊封裝的厚度也可以保持恒定，使得可以防止由非均勻厚度引起的質(zhì)量的產(chǎn)品壽命的降低，并且可以提高工藝穩(wěn)定性和生產(chǎn)率的提高。

　　附圖說明

　　參照附圖，通過詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將變得更加清楚：

　　圖1是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的功率模塊封裝的結(jié)構(gòu)的剖面圖；

　　圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率模塊封裝的結(jié)構(gòu)的剖面圖；以及

　　圖3A至3E是順序地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于制造功率模塊封裝的方法的剖面圖。

　　具體實(shí)施方式

　　根據(jù)以下詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、特征及其實(shí)現(xiàn)將是顯而易見的。然而，本發(fā)明并不限制于本文要公開的實(shí)施例，許多其他的修改可以被實(shí)現(xiàn)。雖然將參照許多示例性實(shí)施例了來描述這些實(shí)施方式，但是應(yīng)該理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出落入本公開的原理的精神和范圍內(nèi)的許多其他的修改和實(shí)施例。本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)通過所附權(quán)利要求，以及這些權(quán)利要求享有的等同物的全部范圍進(jìn)行解釋。貫穿本公開給出各部件的附圖標(biāo)記，相同的部件給定相同的附圖標(biāo)記。

　　另外，在本發(fā)明的以下描述中，如果已知的功能和結(jié)構(gòu)被確定為使本發(fā)明實(shí)施例的解釋難以理解，其詳細(xì)描述將被省略。并且，以下使用的所有術(shù)語是通過考慮實(shí)施方案中的功能來選擇的，并且根據(jù)用戶，操作者的意圖、或習(xí)慣，它們的含義可能是不同的。因此，本文所使用的術(shù)語的含義應(yīng)該遵循本文所公開的上下文。

　　下面，將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的功率模塊封裝及其制造方法。

　　圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率模塊封裝的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

　　參照?qǐng)D2仔細(xì)觀察根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率模塊封裝200的結(jié)構(gòu)，功率半導(dǎo)體元件230設(shè)置在彼此以預(yù)定距離分隔開的第一基板210和第二基板220 之間。換句話說，第一基板210和第二基板220被設(shè)置在以功率半導(dǎo)體元件230為中心的對(duì)稱結(jié)構(gòu)中。

　　此處，第一基板210和第二基板220可以是DBC基板，但是它們不限于此，并且可以是具有陽極氧化層、印刷電路板以及陶瓷基板的金屬基板。

　　此后，第一基板210表示為下基板，第二基板220表示為上基板，并且假定第一基板210和第二基板220是DBC基板。

　　下基板210可以由陶瓷基材料211的上部和下部形成有銅層212和213的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該陶瓷基體材料211由包括氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)和一氧化鈹(BeO)等絕緣基的材料形成。

　　同樣地，上基板220可以由陶瓷基體材料221的上部和下部形成有銅層222和223的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該陶瓷基體材料211由包括氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)和一氧化鈹(BeO)等絕緣基的材料形成。

　　然而，在下基板210中，上銅層212被圖案化，以便通過印刷電路板技術(shù)形成電路，從而包括電路圖案，而下銅層213不包括電路圖案。并且，在上基板220中，上銅層222和下銅層223具有不帶電路圖案的結(jié)構(gòu)。

　　在本發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域中，DBC基板是公知的，因此將省略它們的詳細(xì)描述。

　　同時(shí)，功率半導(dǎo)體元件230可以包括硅控整流器(SCR)、功率晶體管，IGBT、MOS晶體管、功率整流器、功率調(diào)節(jié)器、逆變器、轉(zhuǎn)換器、二極管或者它們的組合，包括高功率半導(dǎo)體芯片，但不限于此。在相關(guān)領(lǐng)域中功率半導(dǎo)體元件230是公知的，并且因此將省略其詳細(xì)描述。

　　于此，功率半導(dǎo)體元件230通過粘合層260連接到下基板210的上銅層212，并通過導(dǎo)線W連接到圖案215

　　同時(shí)，用于與外部側(cè)電連接的引線框240和245設(shè)置在下基板210的上部，并且第一引線框240通過粘合層261連接到下基板210的圖案215，第二引線框245通過粘合層262連接到下基板210的上銅層212。

　　并且，在下基板210和上基板220之間設(shè)置有用于形成它們之間間隔的間隔物250和255。

　　于此，第一間隔物250通過粘合層263和264連接在上基板220和功率半導(dǎo)體元件230之間，第二間隔物255通過粘合層265和266連接在下基板 210和上基板220之間。

　　換句話說，第一間隔物250通過設(shè)置在第一間隔物250上表面的粘合層263連接到上基板220的下銅層223的下表面，并且通過設(shè)置在第一間隔物250的下表面的粘合層264連接到功率半導(dǎo)體元件230的上表面。

　　此外，第二間隔物255通過設(shè)置在第二間隔物255上表面的粘合層265的連接到上基板220的下銅層223的下表面，并且通過設(shè)置在第二間隔物255下表面的粘合層266連接到下基板210的上銅層212的上表面。

　　因此，上基板220通過粘合層263和265連接到第一間隔物250和第二間隔物255。

　　粘合層260、261、262、263、264、265和266可以由焊接型粘合材料制成，但不限于此，并且相關(guān)領(lǐng)域中公知的所有粘合材料，例如導(dǎo)電/非導(dǎo)電環(huán)氧樹脂等，也可以使用。

　　最后，如上所述構(gòu)成的功率模塊封裝200，通過使用模制材料270暴露第一引線框240和第二引線框245的一些部分并且包圍和覆蓋其剩余部分來完成。

　　此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，功率模塊封裝200還包括帶280，并且?guī)?80設(shè)置在下基板210的上表面上，具體是下基板210的上銅層212，并以預(yù)定距離與功率半導(dǎo)體元件230間隔開，以便對(duì)應(yīng)于第二間隔物255。

　　因此，由于設(shè)置在第二間隔物255的下表面上以便連接第二間隔物255的粘合層266，被布置成對(duì)應(yīng)于帶280，因此粘合層266設(shè)置成周圍帶280的形狀的形式。

　　具體地，帶280的上表面與第二間隔物255的下表面接觸，以形成第二間隔物255由帶280支撐的形狀。于此，在粘接到下基板210后，帶280可被壓縮以安裝在其上。

　　其結(jié)果是，無論外界條件如何，帶280和第二間隔物255的總厚度可以保持恒定而沒有變化，并且可以僅根據(jù)壓縮的程度相對(duì)于帶280而變化。

　　同時(shí)，厚度T1和T2之間差的生成的問題是由加工誤差導(dǎo)致的圖1中所示的傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體元件130的厚度不均勻引起的，但厚度T3和T4之間所產(chǎn)生的厚度不均勻的問題可以通過根據(jù)本發(fā)明圖2中所示的功率半導(dǎo)體元件230的厚度變化改變相對(duì)于帶280的壓縮度來解決。

　　此外，在如圖1所示的相關(guān)技術(shù)中，由于焊料166的厚度變化，焊料166和第二間隔物155的總厚度是不均勻的，但如圖2所示第二間隔物255是由本發(fā)明的帶280支撐，使得帶280和第二間隔物255的總厚度被均勻地保持而不影響粘合層266。

　　至此，已經(jīng)說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率模塊封裝的結(jié)構(gòu)。下文中，將參照附圖說明一種用于制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率模塊封裝的方法。

　　圖3A至3E是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率模塊封裝的制造過程的視圖。

　　參考圖3A至3E，功率半導(dǎo)體元件230和帶280首先被安裝在下基板210上(圖3A)。于此，帶280可以在已經(jīng)安裝了功率半導(dǎo)體元件230后進(jìn)行安裝，然而，可選地，功率半導(dǎo)體元件230可在安裝帶280后進(jìn)行安裝。

　　于此，功率半導(dǎo)體元件230可以通過使用粘合層260焊接安裝在下基板210的上表面上，帶280可以通過粘接安裝在下基板210的上表面上。

　　具體地，帶280的安裝可以通過將帶280粘接到第二間隔物255要被安裝的位置和壓縮粘接的帶280來進(jìn)行。

　　于此，相對(duì)于該帶280的壓縮度可以變化，并且該帶280的壓縮度可以根據(jù)工藝條件，例如功率半導(dǎo)體元件230的厚度來確定。

　　此后，要進(jìn)行引線框240和245的安裝和導(dǎo)線W的粘接(圖3B)。于此，引線框架240和245通過粘合層261和262安裝在下基板210的上表面上，并且具體地，第一引線框140安裝在下基板210的圖案215上。

　　并且，粘接導(dǎo)線W，以將功率半導(dǎo)體元件230連接到圖案215。換句話說，導(dǎo)線W的一端粘接至功率半導(dǎo)體元件230，而其另一端粘接至圖案215。

　　然后，進(jìn)行間隔物250和255的安裝(圖3C)。于此，第一間隔物250通過粘合層264被安裝在功率半導(dǎo)體元件230的上表面上，并且第二間隔物255通過粘合層266被安裝在帶280的上部。

　　具體地，在第二間隔物255的安裝中，第二間隔物255的下表面被安裝成與帶280的上表面接觸，使得第二間隔物255由帶280支撐。

　　因此，間隔物250和255的安裝是通過如下進(jìn)行的，將粘合層264涂敷在功率半導(dǎo)體元件230的上表面，將粘合層266涂敷在功下基板210上以包圍所述帶280，然后將間隔物250和255設(shè)置在粘合層264和266上。

　　然后，上基板220被連接到下基板210(圖3D)，使用模制材料270暴露出第一引線框架240和第二引線245框的一些部分，并且要將其剩余部分模制成被包圍，使得功率模塊封裝200被制成。

　　同時(shí)，為了將上基板220連接到下基板210，在上基板220對(duì)應(yīng)于間隔物250和255的位置處涂覆粘合層263和265，并且在粘合層263和265已經(jīng)連接到間隔物250和255的狀態(tài)下，上基板220和下基板210彼此連接。

　　雖然參照實(shí)施例已經(jīng)示出并描述了根據(jù)本發(fā)明的功率模塊封裝及其制造方法，本發(fā)明的范圍并不限于特定的實(shí)施例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在這些實(shí)施例中可以做出替代、改變和修改，而不脫離本公開的原理的精神和范圍。

　　因此，本文所公開的實(shí)施例和附圖，在某種意義上不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的技術(shù)概念，除非是對(duì)它們的解釋，并且技術(shù)概念的范圍不限于這些實(shí)施例和附圖。本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)通過所附權(quán)利要求，以及這些權(quán)利要求享有的等同物的全部范圍進(jìn)行解釋。