專利名稱：一種功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種功率模塊。
背景技術(shù)：
功率模塊在空調(diào)、洗衣機等電機驅(qū)動、電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。功率模塊的工作電流很大，那么工作情況下產(chǎn)生的熱量很大，所以要求模塊的內(nèi)部的散熱性能要好，而且功率模塊在實際應(yīng)用中，其上表面與散熱器緊密抵觸，以增強功率模塊到環(huán)境的散熱。在應(yīng)用中，有安規(guī)規(guī)定功率模塊和散熱器之間要有一定的絕緣強度，由于功率模塊和散熱器緊密抵觸，所以功率模塊要滿足安規(guī)絕緣強度的要求，所以要求功率模塊的絕緣耐壓性能要好。在現(xiàn)有的電力用功率模塊中，功率芯片和IC芯片貼裝在引線框架上，芯片和引線框架通過樹脂密封。由于功率芯片產(chǎn)生的熱量大，為了提高散熱特性，需要使密封芯片和引線框架的樹脂薄，具體的說，需要使貼裝了功率芯片的框架的背面與功率模塊的背面之間的樹脂薄。但是如果這部分樹脂薄，會帶來功率模塊的絕緣特性下降的缺點。因此，為了在提高功率模塊散熱特性的前提下，同時增加功率模塊的絕緣特性、電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可靠性等的背景下，一種直接鍵合銅(Direct Bonding Copper, DBC)基板或者絕緣金屬基板被廣泛的應(yīng)用在功率模塊上。DBC銅基板的制造是通過將兩層銅在高溫壓力下鍵合到陶瓷絕緣板的正反面，其中正面的銅層用于功率模塊中器件(功率芯片、被動器件等)的布線和引線框架的貼裝。絕緣金屬基板的制造是通過將一層銅和一個鋁板壓合到一層絕緣聚合物的正反面，其中正面的銅層用于功率模塊中器件(功率芯片、被動器件等) 的布線和引線框架的貼裝。在現(xiàn)有使用DBC基板的電力用功率模塊中，一種是沒有使用頂針的，如圖1所示， 其中一個焊料層110配置在DBC基板100上，一個器件層120和一個引線框架130配置在焊料層110上，一種塑封料140將器件層120和部分引線框架130、部分DBC基板100密封。另一種是采用頂針直接頂在DBC基板上的，如圖2所示，其中一個焊料層110配置在DBC基板100上，一個器件層120和一個引線框架130配置在焊料層110上，一種塑封料 140將器件層120和部分引線框架130、部分DBC基板100密封，在模封工藝過程中，保證 DBC基板100的平整度以及在工藝制程中防止用于模封的塑封料140溢料，采用頂針直接壓在DBC基板100上，在塑封料140上形成一個頂針孔150，在模封工藝結(jié)束后，移開頂針。根據(jù)以上所述，一個DBC基板100的制造通過在高溫壓力下將一個正面銅層102 和一個背面銅層106鍵合到一個陶瓷板104上。由于在模封工藝中會出現(xiàn)150°C -200°C的高溫，溫度變化范圍比較大，而DBC的基板100的正面銅層102、反面銅層106、陶瓷板104、 和塑封料140等材料之間CTE (熱膨脹系數(shù))不匹配(銅材料的CTE約等于17ppm/°C，陶瓷材料的CTE約等于7ppm/°C，塑封料材料的CTE約等于15ppm/°C )。在以上兩種方案中，前者沒有使用頂針，在模封工藝中，溫度的大范圍變化，會導(dǎo)致DBC基板100的平整度差，出現(xiàn)翹曲，功率模塊在實際應(yīng)用中的散熱特性會差。同時由于DBC基板100的平整度問題，在模封工藝中塑封料140會出現(xiàn)溢料，增加工藝的控制復(fù)雜性。 后者的方案中，雖然使用頂針解決了 DBC基板100的平整度和塑封料溢料的問題，但是當頂針壓在DBC基板100上，會對DBC基板100產(chǎn)生一個壓力，這個壓力有時會對DBC基板100 中的陶瓷板104造成破壞。圖3是圖2中A部分的放大示意圖，可以看到，當頂針160直接壓在DBC基板100 上時，會對DBC基板100產(chǎn)生一個壓力，由于陶瓷板104是脆性的，缺少韌性，所以會對DBC 基板100中的陶瓷板104造成破壞，這個具體表現(xiàn)為陶瓷板104的微裂，從而使DBC基板 100的絕緣特性下降，散熱特性下降，進而造成功率模塊產(chǎn)品的可靠性降低、良品率降低，從而增加功率模塊本身的成本。雖然將DBC基板中的陶瓷板加厚，例如使用0.63mm厚或者更厚的陶瓷板，可以減少其受損壞的可能性，但是會降低其散熱特性，這樣只能通過將DBC基板的面積增大或者采用更高導(dǎo)熱性能的陶瓷材料(例如氮化鋁)這種增加功率模塊成本的方式來彌補。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種可在模封過程中減少基板絕緣層因頂針而受到損害可能性的功率模塊。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種功率模塊，包括基板，所述基板包括位于中間的絕緣層以及位于所述絕緣層兩側(cè)的正面導(dǎo)電層和背面導(dǎo)電層，所述正面導(dǎo)電層上設(shè)置有焊料層，所述焊料層上設(shè)置有器件層和引線框架，其中，在所述焊料層上還設(shè)置有用于在功率模塊模封過程中頂持頂針的墊片層，所述功率模塊還包括用于將所述器件層、墊片層、部分所述引線框架和部分所述基板密封的塑封料，所述墊片層上方留有頂針孔。本發(fā)明所述的功率模塊，其中，所述墊片層為所述引線框架的一部分。本發(fā)明所述的功率模塊，其中，所述引線框架包括與所述焊料層相貼的連接部，以及所述連接部彎折延伸形成的引出部，所述墊片層是所述連接部的一部份或者是所述引出部的一部分。本發(fā)明所述的功率模塊，其中，所述墊片層為與所述引線框架相分離的單獨部分。本發(fā)明所述的功率模塊，其中，所述墊片層采用金屬制成，所述金屬包括銅、鐵或鋁。本發(fā)明所述的功率模塊，其中，所述墊片層為多角形、圓形或橢圓形。本發(fā)明所述的功率模塊，其中，所述墊片層厚度為0. Imm 6mm。本發(fā)明所述的功率模塊，其中，所述墊片層面積為0. Imm2 1cm2。本發(fā)明所述的功率模塊，其中，所述絕緣層為陶瓷板。本發(fā)明所述的功率模塊，其中，所述頂針孔內(nèi)設(shè)置有與所述塑封料相同材質(zhì)的填充物。本發(fā)明的有益效果在于通過增加用于在功率模塊模封過程中頂持頂針的墊片層，減少因在模封工藝中使用頂針而引起的基板中的絕緣層損壞的可能性，同時保證了功率模塊在模封制程中基板的平整度以及在工藝制程中防止用于模封的塑封料溢料，從而提高功率模塊的絕緣特性、散熱特性，進而提高功率模塊產(chǎn)品的可靠性、良品率。同時對于DBC基板，可以使基板中的陶瓷板厚度可以減少，基板的面積不用增加或者使用更廉價的陶瓷材料，進而降低整個功率模塊的成本。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的不使用頂針的功率模塊截面圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的使用頂針直接頂在基板上的功率模塊截面圖；圖3是圖2中A部分放大示意圖；圖4是本發(fā)明較佳實施例的使用頂針頂在獨立的墊片層上的功率模塊截面圖；圖5是本發(fā)明較佳實施例的使用頂針頂在引線框架連接部的功率模塊截面圖；圖6是本發(fā)明較佳實施例的使用頂針頂在引線框架折引出部的功率模塊截面圖。
具體實施例方式本發(fā)明較佳實施例的功率模塊截面如圖4所示，包括基板10和塑封料50，基板10 包括位于中間的絕緣層14以及位于絕緣層14兩側(cè)的導(dǎo)電層(正面導(dǎo)電層16和背面導(dǎo)電層12)，基板10的正面導(dǎo)電層16上設(shè)置有焊料層20，焊料層20上設(shè)置有器件層30和引線框架40，在焊料層20上還設(shè)置有用于在功率模塊模封過程中頂持頂針(未圖示)的墊片層 70，塑封料50將器件層30、墊片層70、部分引線框架40和部分基板10密封，在墊片層70上方留有頂針孔60。在模封時，將頂針頂持在墊片層70上，避免了與基板10直接接觸，墊片層70對頂針所施加的機械壓力進行緩沖，因此減少了因使用頂針而損壞基板10絕緣層14 的可能性，同時還能保證基板10的平整度以及防止模封工藝中塑封料50的溢料，從而提高功率模塊的絕緣特性、散熱性，進而提高功率模塊產(chǎn)品的可靠性和良品率。在進一步的實施例中，如圖5和圖6所示，上述墊片層70是引線框架40的一部分，這樣不用增加額外的材料和工藝即可實現(xiàn)。即在模封時，將頂針直接頂持在引線框架40 上，引線框架40在基板10與頂針之間起到緩沖的作用，吸收部分來自頂針的機械壓力，因此減少了對基板10的壓力，從而減少破壞基板10絕緣層14的可能性。在更進一步的實施例中，如圖5和圖6所示，引線框架40包括與焊料層20相貼的連接部41，以及連接部41彎折延伸形成的引出部42。其中，如圖6所示，墊片層70可以是連接部41的一部分，或者如圖5所示，是引出部42的一部分。當墊片層70是連接部41的一部分時，由于連接部41通過焊料層20與基板10之間直接焊接，所能吸收的機械壓力相對較??；當墊片層70是引出部42的一部分時，由于引出部42相對基板10處于懸空狀態(tài)， 模封時與塑封料50相接觸，因此能吸收來自頂針較大的機械壓力，因此能更好的起到保護基板10絕緣層14的目的。上述實施例中，采用引線框架40局部直接實現(xiàn)墊片層70雖然具有節(jié)省原料與工藝的優(yōu)點，但是在引線框架40外露部分帶電時，則需要額外的對模封后所留下的頂針孔60 進行填充，以免漏電。一般采用與塑封料50相同的熱固型材料對頂針孔60進行填充，例如環(huán)氧樹脂。如果引線框架40外露部分不帶電時，則可以對頂針孔60進行填充也可以不填充。在本發(fā)明另一實施例中，如圖4所示，墊片層70為與獨引線框架40相分離的單部分，即采用額外的材料和工藝單獨制成墊片層70，墊片層70也和器件層30 —樣通過專業(yè)的、自動化的貼片機貼裝在基板10上，這樣不用對留下的頂針孔60進行填充。獨立的墊片層70可以是采用金屬制成，其中金屬包括銅、鐵、鋁等。優(yōu)選地，獨立的墊片層70的數(shù)目和位置可以根據(jù)實際模封時候的需要設(shè)置在基板10上，墊片層70可以是多角形、圓形或橢圓形等。優(yōu)選地，獨立的墊片層70厚度優(yōu)選為0. Imm 6mm，太薄了可能會起不到緩沖的作用，太厚了可能會影響功率模塊的整體工藝和成本。優(yōu)選地，獨立的墊片層70面積優(yōu)選為0. Imm2 1cm2，具體大小可根據(jù)功率模塊基板10面積來設(shè)置。優(yōu)選地，上述各實施例中的基板10絕緣層14為陶瓷板，其主要成分可以為三氧化二鋁等，例如DBC基板，相較于其他類型的絕緣材料而言，陶瓷板更加易裂開，但采用了上述各實施例中的墊片層之后，即使使用頂針也不容易損壞陶瓷板，因此可以將基板10絕緣層14陶瓷板的厚度減少，或采用其他廉價的絕緣材料，而不用增加整個基板10的面積，從而降低整個功率模塊的成本。上述各實施例中，焊料層20采用鋼網(wǎng)將導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好的焊料(例如錫膏)以印刷方式配置在基板10的特性區(qū)域上，其中特定區(qū)域指貼裝器件和部分引線框架40的區(qū)域；器件層30是通過專用、自動化的貼片機將器件貼裝在焊料層20上；引線框架40通過特制的夾具與焊料層20結(jié)合；然后器件層30和引線框架40再通過高溫焊接(例如回流焊) 完成配置；塑封料50則采用轉(zhuǎn)移模塑工藝將器件層30、部分引線框架40、部分基板10和墊片層70密封。綜上所述，本發(fā)明通過增加用于在功率模塊模封過程中頂持頂針的墊片層70，減少因在模封工藝中使用頂針而引起的基板10中的絕緣板14損壞的可能性，同時保證了功率模塊在模封制程中基板10的平整度以及在工藝制程中防止用于模封的塑封料50溢料， 從而提高功率模塊的絕緣特性、散熱特性，進而提高功率模塊產(chǎn)品的可靠性、良品率。同時對于DBC基板，可以使基板10中的陶瓷板厚度減少，基板10的面積不用增加或者使用更廉價的陶瓷材料，進而降低整個功率模塊的成本。應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種功率模塊，包括基板(10)，所述基板(10)包括位于中間的絕緣層(14)以及位于所述絕緣層(14)兩側(cè)的正面導(dǎo)電層(16)和背面導(dǎo)電層(12)，所述正面導(dǎo)電層(16)上設(shè)置有焊料層(20 )，所述焊料層(20 )上設(shè)置有器件層(30 )和引線框架(40 )，其特征在于，在所述焊料層(20)上還設(shè)置有用于在功率模塊模封過程中頂持頂針的墊片層(70)；所述功率模塊還包括用于將所述器件層(30)、墊片層(70)、部分所述引線框架(40)和部分所述基板(10)密封的塑封料(50)，所述墊片層(70)上方留有頂針孔(60)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊，其特征在于，所述墊片層(70)為所述引線框架 (40)的一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，所述引線框架(40)包括與所述焊料層(20)相貼的連接部(41)，以及所述連接部(41)彎折延伸形成的引出部(42)，所述墊片層 (70)是所述連接部(41)的一部份或者是所述引出部(42)的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊，其特征在于，所述墊片層(70)為與所述引線框架 (40)相分離的單獨部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率模塊，其特征在于，所述墊片層(70)采用金屬制成，所述金屬包括銅、鐵或鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率模塊，其特征在于，所述墊片層(70)為多角形、圓形或橢圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率模塊，其特征在于，所述墊片層(70)厚度為0.Imm 6mm ο
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率模塊，其特征在于，所述墊片層(70)面積為0.Immlcm 。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊，其特征在于，所述絕緣層(14)為陶瓷板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊，其特征在于，所述頂針孔(60)內(nèi)設(shè)置有與所述塑封料(50)相同材質(zhì)的填充物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率模塊，包括基板，基板包括位于中間的絕緣層以及位于絕緣層兩側(cè)的正面導(dǎo)電層和背面導(dǎo)電層，正面導(dǎo)電層上設(shè)置有焊料層，焊料層上設(shè)置有器件層和引線框架，在焊料層上還設(shè)置有用于在功率模塊模封過程中頂持頂針的墊片層，功率模塊還包括用于將器件層、墊片層、部分引線框架和部分基板密封的塑封料，墊片層上方留有頂針孔。本發(fā)明可減少因在模封工藝中使用頂針而引起的基板中的絕緣層損壞的可能性，同時保證了功率模塊在模封制程中基板的平整度以及在工藝制程中防止塑封料溢料，從而提高功率模塊的絕緣特性、散熱特性，進而提高功率模塊產(chǎn)品的可靠性、良品率。
文檔編號H01L23/31GK102354688SQ201110306630
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者馮闖, 劉杰, 張禮振 申請人:深圳市威怡電氣有限公司