[發明專利]功率模塊塑封結構

在審

• 申請號: 202010814785.1
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN111883487A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 梁小廣;丁烜明
• 申請（專利權）人: 無錫利普思半導體有限公司
• 主分類號: H01L23/16
• 分類號: H01L23/16;H01L23/24;H01L23/00
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種功率模塊塑封結構，包括：金屬底板、環氧樹脂層以及支撐件；所述金屬底板貼附連接在功率模塊的底面，所述環氧樹脂層包裹所述功率模塊，共同將所述功率模塊密封在內；所述支撐件設置于所述環氧樹脂層內，一端支撐所述功率模塊基板的頂面，另一端位于所述環氧樹脂層的頂面。通過支撐件的使用，避免環氧樹脂在Tg溫度之上承受較大壓力而引起模塊的變形或者損壞。

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，具體地，涉及一種功率模塊塑封結構。

背景技術

在電源，電力電子變換器應用中，功率半導體(IGBT，MOSFET，SiC,GaN等)器件因為被廣泛采用，在功率較大的場合下一般使用模塊的封裝形式。現在被廣泛使用的封裝形式如圖1所示，功率模塊主要由金屬底板，焊接層，DBC(雙面覆銅陶瓷基板)，AMB(箔釬焊的覆銅陶瓷基板)，絕緣散熱樹脂薄膜或者其他絕緣散熱材料，綁定線，電氣連接用端子，環氧樹脂等組成。功率半導體晶片通過焊接固定到絕緣散熱材料上后，通過鋁綁定線進行電氣連接。再通過回流焊或者燒結等工藝將DBC者其他絕緣散熱材料焊接到金屬底板上，功率半導體晶片的發出的熱通過DBC或者其他絕緣散熱材料，焊接層傳導到金屬底板上，金屬底板再通過風冷或者水冷散熱出去，端子用于連接外部的電氣電路。

圖2為壓注模塑封(Transfer molding)封裝工藝的例子，被加熱成液體狀的環氧樹脂通過高壓灌入壓注模具中，與其他器件一起成型為壓注模塑封功率模塊。

圖3為壓縮模塑封(Compression molding)封裝工藝的例子，第一步將功率模塊的部件固定到壓縮模具的上模具。第二步，在下模具的環氧樹脂融合成液體。第三步將將下模具推向上模具，功率模塊的部件全部侵入環氧樹脂中，同時抽真空以去除環氧樹脂中的氣泡。第四步，環氧樹脂硬化后完成封裝。

功率模塊由于產生大量的熱，需要通過金屬散熱器、金屬散熱片(銅或者鋁)散熱，模塊與金屬散熱器的連接用傳統上使用硅脂(si licon grease)比較多，如圖4所示。硅脂填補了金屬散熱器表面的細微的不平整部分，使得模塊更加貼合到散熱片上。但是硅脂材料的導熱系數比較低(＜10W)，影響了系統的散熱能力。

為了提高散熱能力，燒結材料(如銀燒結材料，銅燒結材料)的導熱系數可以達到200W以上，可以作為硅脂的替代，大大提高模塊的散熱能力。但是燒結材料，需要在250℃以上的高溫以及10MPa到30Mpa的壓力下才能形成有效的燒結層。為了減少加工時間(溫度越低就需要越長的時間來加工)往往選擇280℃到300℃來進行加壓。塑封模塊使用的環氧樹脂材料一般Tg(玻璃化轉變溫度)在200℃以下較多，近來也有Tg為250℃的材料出現，但是成本昂貴，且還是低于燒結所需要的溫度。因為燒結加工溫度要高于環氧樹脂Tg溫度，所以在燒結加工時環氧樹脂可能變得強度不足無法承受較高的壓力，引起模塊的變形或者損壞。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種功率模塊塑封結構。

根據本發明提供的一種功率模塊塑封結構，包括：金屬底板、環氧樹脂層以及支撐件；

所述金屬底板貼附連接在功率模塊的底面，所述環氧樹脂層包裹所述功率模塊，共同將所述功率模塊密封在內；

所述支撐件設置于所述環氧樹脂層內，一端支撐所述功率模塊基板的頂面，另一端位于所述環氧樹脂層的頂面。

優選地，所述支撐件與所述功率模塊相互垂直。

優選地，所述支撐件的所述另一端與所述環氧樹脂層的頂面齊平。

優選地，所述支撐件包括金屬件或工程塑料件。

優選地，所述功率模塊包括端子，所述端子的一端穿過所述環氧樹脂層露出在外。