CN108346641A - 一种功率模块及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功率模块及其制造方法，功率模块包括：第一绝缘介质基板，其上表面具有第一导电层；功率半导体芯片，所述功率半导体芯片贴设于所述第一绝缘介质基板的上表面上；绝缘层，覆盖于所述第一绝缘介质基板上，将所述功率半导体芯片包覆在内，所述绝缘层开设有位于所述功率半导体芯片上方的通孔，且所述通孔内填充有导电物质；第二导电层，设置于所述绝缘层之上，所述第二导电层通过所述导电物质与所述功率半导体芯片电气连接。封装无需开塑封模，节省了生产成本；另外，功率半导体芯片通过在绝缘层上开设通孔并填充导电物质与上层的导电层实现电气连接，减小了模块的体积，有利于模块小型化。
Description
技术领域
本发明涉及混合集成电路领域，特别是涉及一种功率模块及其制造方法。
背景技术
功率半导体模块是将多只半导体芯片按一定的电路结构封装在一起的器件。在一个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块里，IGBT芯片及二极管芯片被集成到一块共同的底板上，且模块的功率器件与其安装表面(即散热板)相互绝缘。
传统的功率半导体模块塑封成型需要开模，成本较高；另外，功率半导体模块包含起支撑作用的电气转接块，模块体积较大，集成度小。
发明内容
本发明目的在于提供一种功率模块及其制造方法，旨在解决传统的功率半导体模块需要开模，且包含起支撑作用的电气转接块，模块体积较大的问题。
本发明提供了一种功率模块，包括：
第一绝缘介质基板，其上表面具有第一导电层；
至少一个功率半导体芯片，所述功率半导体芯片贴设于所述第一绝缘介质基板的上表面上，与所述第一导电层形成电气连接；
绝缘层，覆盖于所述第一绝缘介质基板上，将所述功率半导体芯片包覆在内，所述绝缘层开设有位于所述功率半导体芯片上方的通孔，且所述通孔内填充有与所述功率半导体芯片电气连接的导电物质；
第二导电层，设置于所述绝缘层之上，所述第二导电层通过所述导电物质与所述功率半导体芯片电气连接。
本发明还提供了一种功率模块的制造方法，包括以下步骤：
设置一上表面具有第一导电层的第一绝缘介质基板；
将至少一个功率半导体芯片设于所述第一导电层上，与所述第一导电层形成电气连接；
在所述第一绝缘介质基板上设置一绝缘层，将所述功率半导体芯片包覆在内，并于所述绝缘层开设有贯穿其上下表面的通孔，并在所述通孔内填充导电物质；
在所述绝缘层上设置第二导电层，所述第二导电层通过所述通孔内的导电物质与所述功率半导体芯片电气连接。
本发明还提供了一种功率模块的制造方法，包括以下步骤：
设置一上表面具有第一导电层的绝缘介质基板；
将至少一个功率半导体芯片设于所述第一导电层上，与所述第一导电层形成电气连接；
在所述第一绝缘介质基板上设置一绝缘层，将所述功率半导体芯片包覆在内；
在所述绝缘层上设置第二导电层，开设穿透所述绝缘层和第二导电层的通孔，并在所述通孔内填充导电物质，使所述第二导电层通过所述通孔内的导电物质与所述功率半导体芯片电气连接。
上述的功率模块及其制造方法模块封装无需开塑封模，节省了生产成本；另外，功率半导体芯片通过在绝缘层上开设通孔并填充导电物质与上层的导电层实现电气连接，减小了模块的体积，有利于模块小型化。
附图说明
图1为本发明第一实施例中功率模块的结构示意图；
图2为本发明第二实施例中功率模块的结构示意图；
图3为其中一个实施例中绝缘介质基板的结构示意图；
图4为本发明第一实施例中功率模块的制造方法的流程图；
图5为本发明第二实施例中功率模块的制造方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1和图2，本发明较佳实施例中的功率模块包括第一绝缘介质基板10、至少一个功率半导体芯片20、绝缘层30及第二导电层40。
第一绝缘介质基板10具有相对设置的上下表面，其中至少一个表面覆金属，中间层为陶瓷层11。本实施例中，第一绝缘介质基板10的上表面覆金属形成第一导电层12，而下表面可以覆金属形成另一个导电层13，也可以设置散热翅片14(参阅图3)。
本实施例中的功率半导体芯片20包括IGBT管、FRD(fast recovery diode，快速恢复二极管)和MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等中有一个或多个组合，，构成驱动电路。芯片其上下表面均具有极性引脚，功率半导体芯片20贴设于所述第一绝缘介质基板10的上表面上，与所述第一导电层12形成电气连接。具体地，在第一导电层12上形成电路图案，功率半导体芯片20通过焊接或压接的方式贴设于电路图案上时，其下表面的极性引脚与对应的电路图案形成电气连接以引出。
绝缘层30覆盖于所述第一绝缘介质基板10上，将所述功率半导体芯片20包覆在内，绝缘层30通过层压的方式覆盖在第一绝缘介质基板10上。具体地，绝缘层30的下表面开设有用于收容功率半导体芯片20的凹槽31。所述绝缘层30开设有位于所述功率半导体芯片20上方的通孔32，通孔32贯穿绝缘层30到达功率半导体芯片20，且所述通孔32内填充有与所述功率半导体芯片20电气连接的导电物质，可以理解的是通孔32是开设在凹槽31的底面上。进一步地，通孔32还贯穿第二导电层40。
本实施例中，绝缘层30由半固化片(Pre-pregnant)加热并固化形成，加热时同时将通孔32内的导电物质金属化；其中，半固化片主要由树脂和增强材料组成，增强材料可以为玻纤布、纸基、复合材料等，半固化片的热膨胀系数与所述功率半导体芯片20的热膨胀系数匹配，避免功率器件由于与封装材料热膨胀系数不匹配而导致的器件所受的应力过大出现的失效问题。
第二导电层40设置于所述绝缘层30之上，具体是通过层压的方式叠设在绝缘层30上。第二导电层40通过该所述导电物质与所述功率半导体芯片20电气连接。本实施例中，第二导电层40上形成电路图案，功率半导体芯片20上表面的极性引脚与对应的电路图案形成电气连接以引出。如此，功率半导体芯片20通过开设在绝缘层30上金属化的通孔32与第二导电层40实现电气连接，取代电气转接块实现电气连接，减小了模块的体积，有利于模块小型化。
在其中一个实施例中，请参阅图1，功率模块还包括压合于所述绝缘层30上的第二绝缘介质基板50，所述第二导电层40由所述第二绝缘介质基板50的下表面覆金属构成。第二绝缘介质基板50具有相对设置的上下表面，其中至少一个表面覆金属，中间层为陶瓷层51。本实施例中，第二绝缘介质基板50的下表面覆金属构成第二导电层40，而上表面可以覆金属形成另一个导电层52，也可以设置散热翅片14(参阅图3)。
所列实施例中的绝缘介质基板不限于DBC(direct bond copper，覆铜陶瓷基板)基板，也可为DBA(direct bond aluminum，覆铝陶瓷基板)基板，也可为其他任何表面覆金属绝缘介质基板。
在另一个实施例中，请参阅图2，第二导电层40为导电金属片，具体可以是铜片、铝片或者其他导电金属材料制作而成。
此外，请结合图1至图4，还公开了一种可制造上述功率模块的制造方法，包括以下步骤：
步骤S110，设置一上表面具有第一导电层12的第一绝缘介质基板10。
在该步骤中，所提供的绝缘介质基板10应具有相对设置的上下表面，其中至少一个表面覆金属。本实施例中，第一绝缘介质基板10的上表面覆金属形成第一导电层12，而下表面可以覆金属形成另一个导电层，也可以设置散热翅片14(参阅图3)；并且，第一导电层12上应预设相应的电路图案。
步骤S120，将至少一个功率半导体芯片20设于所述第一导电层12上，与所述第一导电层12形成电气连接。
具体地，功率半导体芯片20为功率开关管，如IGBT管、二极管或MOS管等，芯片上下表面均具有极性引脚，功率半导体芯片20贴设于所述第一绝缘介质基板10的上表面上，与所述第一导电层12形成电气连接。具体地，功率半导体芯片20通过焊接或压接的方式贴设于第一导电层12的电路图案上时，其下表面的极性引脚与对应的电路图案形成电气连接以引出。
步骤S130，在所述第一绝缘介质基板10上设置一绝缘层30，将所述功率半导体芯片20包覆在内，并于所述绝缘层30开设有贯穿其上下表面的通孔32，并在所述通孔32内填充导电物质。本实施例中，所述绝缘层30为半固化片。采用激光技术制作贯穿绝缘层30到达功率半导体芯片20的通孔32，并填充导电材料使通孔32金属化。半固化片是绝缘的，且其热膨胀系数需尽量与功率半导体芯片20的热膨胀系数匹配，避免功率器件由于与封装材料热膨胀系数不匹配而导致的器件所受的应力过大出现的失效问题。
步骤S140，在所述绝缘层上设置第二导电层40，所述第二导电层40通过所述通孔32内的导电物质与所述功率半导体芯片20电气连接。
具体地，在一个实施方式中，请参阅图1，设置第二导电层40的步骤具体为：设置第二绝缘介质基板50，所述第二导电层40由所述第二绝缘介质基板50的下表面覆金属形成，中间层为陶瓷层51。设置第二绝缘介质基板50时在第二导电层40上形成电路图案，层压后功率半导体芯片20上表面的极性引脚与对应的电路图案形成电气连接以引出。
在另一个实施方式中，请参阅图2，所述第二导电层40为导电金属片，当然也按需设置电路图按。具体可以是铜片、铝片或者其他导电金属材料制作而成。
进一步地，所述方法还包括加热的步骤。通过加热使所述半固化片固化实现绝缘。
在上述的制作方法中，是在绝缘层30上开通孔32后再进行层压形成上述功率模块。而在另一种此外制造方法中，可以将各个部件层压后再开设通孔32使功率半导体芯片20与第二导电层40实现电气连接。具体地请结合图1至图3及5，还公开了另一种功率模块的制造方法，包括以下步骤：
步骤S210，设置一上表面具有第一导电层12的绝缘介质基板10。
步骤S220，将至少一个功率半导体芯片20设于所述第一导电层12上，与所述第一导电层12形成电气连接。步骤S210和步骤S220与上一种制造方法的步骤S110和步骤S120基板相同，具体请参照上述实施例。
步骤S230，在所述第一绝缘介质基板10上设置一绝缘层30，将所述功率半导体芯片包覆在内。
本实施例中，所述绝缘层30为半固化片，半固化片是绝缘的，且其热膨胀系数需尽量与功率半导体芯片20的热膨胀系数匹配。
步骤S240，在所述绝缘层30上设置第二导电层40，开设穿透所述绝缘层30和第二导电层40的通孔32，并在所述通孔32内填充导电物质，使所述第二导电层40通过所述通孔32内的导电物质与所述功率半导体芯片20电气连接。第二导电层40优选为导电金属片(请参阅图2)；当然可以设置第二绝缘介质基板50，所述第二导电层40由所述第二绝缘介质基板50的下表面覆金属形成(请参阅图1)。将所述第二导电层40(导电金属片或第二绝缘介质基板50)、半固化片和设有所述功率半导体芯片20的绝缘介质基板10依次层叠压合，使半固化片流胶填充并覆盖功率半导体芯片20。
在第二导电层40和绝缘层30上采用激光技术制作到达功率半导体芯片20极性引脚的通孔32，在所述通孔32内填充导电物质使通孔32金属化。第二导电层40需制作电路图案，功率半导体芯片20上表面的极性引脚通过金属化的通孔32与对应的电路图案形成电气连接以引出。
进一步地，所述方法还包括加热的步骤，通过加热使所述半固化片固化实现绝缘。
可见，上述的两种制作方法均在制作功率模块是封装无需开塑封模，节省了生产成本；芯片通过金属化的通孔32实现电气连接，减小了模块的体积，有利于模块小型化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种功率模块，其特征在于，包括：
第一绝缘介质基板，其上表面具有第一导电层；
至少一个功率半导体芯片，所述功率半导体芯片贴设于所述第一绝缘介质基板的上表面上，与所述第一导电层形成电气连接；
绝缘层，覆盖于所述第一绝缘介质基板上，将所述功率半导体芯片包覆在内，所述绝缘层开设有位于所述功率半导体芯片上方的通孔，且所述通孔内填充有与所述功率半导体芯片电气连接的导电物质；
第二导电层，设置于所述绝缘层之上，所述第二导电层通过所述导电物质与所述功率半导体芯片电气连接。
2.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述绝缘层为半固化片。
3.如权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述半固化片的热膨胀系数与所述功率半导体芯片的热膨胀系数匹配。
4.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包括压合于所述绝缘层上的第二绝缘介质基板，所述第二导电层由所述第二绝缘介质基板的下表面覆金属构成。
5.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第二导电层为导电金属片。
6.如权利要求1、4或5所述的功率模块，其特征在于，所述通孔还贯穿所述第二导电层。
7.一种功率模块的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置一上表面具有第一导电层的第一绝缘介质基板；
将至少一个功率半导体芯片设于所述第一导电层上，与所述第一导电层形成电气连接；
在所述第一绝缘介质基板上设置一绝缘层，将所述功率半导体芯片包覆在内，并于所述绝缘层开设有贯穿其上下表面的通孔，并在所述通孔内填充导电物质；
在所述绝缘层上设置第二导电层，所述第二导电层通过所述通孔内的导电物质与所述功率半导体芯片电气连接。
8.如权利要求7所述的功率模块的制造方法，其特征在于，所述方法还包括加热的步骤；其中，所述绝缘层为半固化片，通过加热使所述半固化片固化实现绝缘。
9.如权利要求7所述的功率模块的制造方法，其特征在于，所述在所述绝缘层上设置第二导电层的步骤具体为：设置第二绝缘介质基板，所述第二导电层由所述第二绝缘介质基板的下表面覆金属形成。
10.如权利要求7所述的功率模块的制造方法，其特征在于，所述第二导电层为导电金属片。
11.一种功率模块的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置一上表面具有第一导电层的绝缘介质基板；
将至少一个功率半导体芯片设于所述第一导电层上，与所述第一导电层形成电气连接；
在所述第一绝缘介质基板上设置一绝缘层，将所述功率半导体芯片包覆在内；
在所述绝缘层上设置第二导电层，开设穿透所述绝缘层和第二导电层的通孔，并在所述通孔内填充导电物质，使所述第二导电层通过所述通孔内的导电物质与所述功率半导体芯片电气连接。
12.如权利要求11所述的功率模块的制造方法，其特征在于，所述方法还包括加热的步骤；其中，所述绝缘层为半固化片，通过加热使所述半固化片固化实现绝缘。
13.如权利要求11所述的功率模块的制造方法，其特征在于，所述第二导电层为导电金属片。
14.如权利要求11所述的功率模块的制造方法，其特征在于，所述在所述绝缘层上设置第二导电层的步骤具体为：设置第二绝缘介质基板，所述第二导电层由所述第二绝缘介质基板的下表面覆金属形成。
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