[發明專利]一種功率模塊及其制造方法

有效

• 申請號: 201410748695.1
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN105742252B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 洪守玉;陳彥霖;趙振清
• 申請（專利權）人: 臺達電子工業股份有限公司
• 主分類號: H01L23/12
• 分類號: H01L23/12;H01L21/50;H01L23/367
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 李昕巍;鄭特強

本申請提供一種功率模塊及其制造方法，功率模塊包括：基板、至少一個功率器件及有機散熱機構?；寰哂猩媳砻婧拖卤砻妗Ｓ袡C散熱機構包括多個有機散熱凸起部，有機散熱機構位于基板的上表面一側或基板的下表面一側，以將功率器件產生的熱量傳導至外界。由于有機散熱機構可加工出更高的表面積，因此，能夠大幅降低其和環境之間的換熱熱阻，進而提高其與環境交換的散熱性能。因此，本申請能夠在保證功率模塊正常散熱的前提下，降低有機散熱機構自身高度，減小占用空間，在實現功率模塊小型化方面具有重要意義。

技術領域

本申請與功率模塊有關，特別涉及具有散熱機構的功率模塊。

背景技術

高效率、高功率密度及高可靠性一直是業界對功率模塊，特別是電源變換器的要求。高效率意味著減少能耗，利于節能減排、保護環境，并減少使用成本。高功率密度則意味著體積小、重量輕，減少運輸成本和空間需求，從而減少建設成本。高可靠性意味著更長的使用壽命以及維護成本。

但這三個被業界追求的指標都和良好的熱管理息息相關。首先，在較低的工作溫度下，功率模塊如金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,MOSFET)的通態損耗會降低，這樣有利于系統效率的提升。

其次，在很多場合下，功率器件的熱量直接影響其功率密度。以電源變化器為例，因為電源變化器是用于處理功率轉換的系統，通常半導體器件是損耗比較多的器件，因此，半導體器件是決定電源變化器效率的重要因素之一。而半導體器件能夠耐受的溫度是有一定限制的，超過這一限制，器件將喪失工作能力或者性能急劇惡化，因此，一個可以將半導體芯片的溫度控制在可接受范圍內的高效的散熱系統就顯得至關重要。

再次，半導體器件的壽命和溫度息息相關，更低的工作溫度可以有效延長器件的使用壽命，在電子領域通常有這樣的工程經驗，即溫度每上升10度其壽命就會降低一半。由上可知，一個良好的熱管理對于提高器件的轉換效率，功率密度以及可靠性均至關重要。

目前，以一個采用DBC(Direct Bonded Copper,直接敷銅陶瓷基板)作為基板的半導體器件為例，如圖1所示，功率器件(chip)1通過芯片鍵合材料(die bonding material)被安裝至基板2之上，并通過芯片鍵合材料實現和基板的走線(trace)(未示出)之間的電性、機械以及熱連接。在功率器件1的上表面，將需要保護的區域使用封料(moldingcomponent)包覆，以便起到機械，防塵，防潮，絕緣保護的功用。由于功率器件1的熱量主要經由其下表面及部分曝露在外側的基板2傳遞，形成向外傳熱的較優通道，因此，通常在功率器件1的下表面安裝一個散熱器3。散熱器3由使用熱導率較高的材料制成，例如銅的熱導率高于300W/m.K。為了保證功率器件1的下表面和散熱器3表面具有良好的熱傳導路徑，在兩個表面之間通常會設置導熱界面材料，如導熱硅脂4(grease)，該導熱硅脂4可以有效填充功率器件1與散熱器3之間存在的縫隙，從而實現比空氣更好的熱傳導效果。另外，為了用戶安裝散熱器，需設置彈簧夾片(clip)5實現功率器件1和散熱器3之間的機械固定。

然而，目前的散熱器具有以下缺陷：

1.由于散熱器通常是如銅等金屬由擠壓成型形成，重量大，加工困難，難以加工的較短、較密，比表面積難以做得非常大，因此，比較適合體積、高度大的模塊，不利于產品的小型化。并且，由于散熱器的鰭片較長，因此容易與其他電子元件接觸，造成短路。

2.功率元件與散熱器通過彈簧夾片結合，由于彈簧夾片的使用導致器件的空間利用率變得極低，不符合我們對功率密度的要求。并且，為了可靠的固定連接，功率模塊通常設計成具有較厚的封料，以及功率器件本身有較高的表面平整度，以允許承受較大應力，由此增加了整體厚度，也增加了設計成本和模具成本。