[發明專利]高功率密度塑封式IPM模塊的封裝結構及加工工藝

在審

• 申請號: 201810311883.6
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108321134A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 王艷;鮑忠和;徐文藝
• 申請（專利權）人: 黃山寶霓二維新材科技有限公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L25/16;H01L21/60
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 韓鳳

本發明涉及一種高功率密度塑封式IPM模塊的封裝結構及加工工藝，其結構包括上表面圖形化生長石墨烯的直接敷銅基板、MOSFET芯片、快速恢復二極管芯片、驅動芯片、印刷電路板、焊料層、石墨烯填充增強導熱銀膠、鍵合引線、引線框架、塑封外殼、石墨烯填充增強封裝樹脂。其中采用化學氣相沉積法在直接敷銅基板上表面圖形化生長石墨烯薄膜，通過發揮其優異的面內熱傳導性能，將高功率密度塑封式IPM模塊的局部熱點熱量迅速橫向傳開，進而通過直接敷銅基板向外傳導，降低模塊最高溫度。同時采用石墨烯填充增強導熱膠及封裝樹脂，改善傳統封裝材料的熱傳導性能，有效提高模塊的可靠性。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種高功率密度塑封式IPM模塊的封裝結構及加工工藝。

背景技術

智能功率模塊(IPM)是一種將電力電子和集成電路技術結合的功率驅動類產品，它把功率半導體芯片與控制電路、驅動電路、過壓、過流、過熱和欠壓保護電路以及自診斷電路組合，并密封在同一絕緣外殼內的智能化電力半導體模塊。

智能功率模塊的封裝結構是由多種不同熱膨脹系數的材料組成，智能功率模塊工作時，高溫不僅可能引起芯片的過熱失效，也可能因為模塊材料間的熱失配引起機械失效。高溫下，層間界面熱應力和端部處的熱應力集中常常會造成基板、芯片斷裂或者焊料層形變甚至封裝結構的脫層破壞最終導致封裝結構的失效。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種高功率密度塑封式IPM模塊的封裝結構及加工工藝，將石墨烯材料分別以散熱薄膜形式應用于直接敷銅(DBC)基板上表面，與快速恢復二極管(FRD)芯片的陰極和MOSFET芯片的漏極位置對應，加速局部熱點熱量的橫向傳導，同時將石墨烯粉末以導熱填料形式應用于導熱膠中，減小驅動芯片和印刷電路板(PCB)之間的熱阻，石墨烯粉末填充增強封裝樹脂，提高封裝材料的整體熱傳導能力，解決高功率密度塑封式IPM模塊的封裝可靠性問題。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案。所述的高功率密度塑封式IPM模塊的封裝結構包括：驅動芯片上表面的電路輸出端與印刷電路板上表面的對應焊盤引線鍵合，驅動芯片下表面由石墨烯填充增強導熱銀膠與印刷電路板互連；還包括直接敷銅基板，其上表面具有第一銅層，其下表面具有第二銅層，在直接敷銅基板第一銅層上對應快速恢復二極管芯片陰極的位置制作有第一石墨烯薄膜，在直接敷銅基板第一銅層上對應MOSFET芯片漏極的位置制作有第二石墨烯薄膜；所述第一銅層與快速恢復二極管芯片的陰極、MOSFET芯片的漏極通過焊料層互連，所述焊料層將第一石墨烯薄膜、第二石墨烯薄膜包裹在內；由外殼將所述驅動芯片、印刷電路板、直接敷銅基板、MOSFET芯片、快速恢復二極管芯片及所有鍵合引線封裝起來。

進一步的，所述外殼內部由石墨烯填充增強環氧樹脂進行灌封。

所述的高功率密度塑封式IPM模塊的封裝結構還包括引線框架，由焊料層與直接敷銅基板上表面第一銅層以及印刷電路板上表面輸出引出端互連。

進一步的，所述快速恢復二極管芯片上表面陽極與引線框架的對應位置用第一鋁線組鍵合，快速恢復二極管芯片下表面陰極由焊料層與直接敷銅基板的上表面圖形化互連。

進一步的，所述MOSFET芯片上表面源極與快速恢復二極管芯片的陽極用第二鋁線組鍵合，MOSFET芯片柵極與印刷電路板上表面的柵極驅動引出端用第三鋁線組鍵合，MOSFET芯片下表面漏極由焊料層與直接敷銅基板的上表面圖形化互連。

進一步的，所述引線框架局部伸出外殼。

本發明還提出了一種高功率密度塑封式IPM模塊封裝結構的加工工藝，其包括以下步驟：

步驟1、在直接敷銅基板上表面第一銅層圖形化生長互不重疊的第一石墨烯薄膜和第二石墨烯薄膜；