CN109599377A - 功率模块及其封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率模块及其封装方法。该一种功率模块，包括引线框架、第一铜基板、第二铜基板及芯片，所述第一铜基板与所述引线框架连接并相互导通，所述第二铜基板与所述引线框架连接并相互导通，所述芯片的第一侧面上的电极焊接在所述第一铜基板的芯片焊盘上或所述第二铜基板的芯片焊盘上，所述芯片夹设于所述第一铜基板与所述第二铜基板之间。根据本发明的一种功率模块及其封装方法，实现功率模块的双面散热，有效控制功率模块的温升，保证功率模块的工作性能。

Description

功率模块及其封装方法
技术领域
本发明属于家电电子设备技术领域，具体涉及一种功率模块及其封装方法。
背景技术
智能功率模块简称IPM，把高压驱动电路和功率开关器件集成在一起，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品。与传统的分立方案相比，智能功率模块因其开关速度快、损耗小、功耗低、有多种保护作用、抗干扰能力强、无须采取防静电措施、体积小等特点，在电力电子领域得到了越来越广泛的应用，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频家电的一种理想电力电子器件，但目前的IPM采用单散热的方式已经远远不能满足高功率密度导致模块的温升的降低需求。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种功率模块及其封装方法，实现功率模块的双面散热，有效控制功率模块的温升，保证功率模块的工作性能。
为了解决上述问题，本发明提供一种功率模块，包括引线框架、第一铜基板、第二铜基板及芯片，所述第一铜基板与所述引线框架连接并相互导通，所述第二铜基板与所述引线框架连接并相互导通，所述芯片的第一侧面上的电极焊接在所述第一铜基板的芯片焊盘上或所述第二铜基板的芯片焊盘上，所述芯片夹设于所述第一铜基板与所述第二铜基板之间。
优选地，所述第一铜基板具有第一印制线，所述引线框架具有引脚印制线，所述第一印制线与相应的所述引脚印制线电连接，且所述第一铜基板焊接在所述引线框架上；所述第二铜基板具有第二印制线，所述第二印制线与相应的所述引脚印制线电连接，且所述第二铜基板焊接在所述引线框架上。
优选地，所述引线框架包括第一引脚和第二引脚，所述第一引脚设置有第一引脚印制线，所述第二引脚设置有第二引脚印制线，所述第一铜基板焊接在所述第一引脚上，所述第二铜基板焊接在所述第二引脚上。
优选地，所述第一铜基板与所述第一引脚采用回流焊方式焊接；和/或，所述第二铜基板与所述第二引脚采用回流焊方式焊接。
优选地，所述芯片采用倒装方式与所述第一铜基板和/或第二铜基板焊接。
优选地，所述芯片包括1块MIC芯片、6块IGBT芯片、6块FRD芯片。
本发明还提供一种功率模块的封装方法，包括以下步骤：
步骤S10：将引线框架的第一引脚放置在第一铜基板的引线框架焊盘上并进行焊接；
步骤S20：将芯片的第一侧面朝向所述第一铜基板的芯片焊盘，然后将所述芯片焊接在所述第一铜基板的芯片焊盘上；
步骤S30：将第二铜基板的引线框架焊盘放置在所述引线框架的第二引脚上并进行焊接。
优选地，在所述步骤S10与S20之间还包括步骤S12：应用第一钢网对所述第一铜基板的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，所述第一钢网的丝印图案为对应于所述芯片的电极的第一预定形状。
优选地，在所述步骤S10之前还包括S01：应用第二钢网对所述第一铜基板的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，所述第二钢网的丝印图案为对应于所述第一引脚的第二预定形状。
优选地，在所述S20与S30之间还包括步骤S22：应用第三钢网对所述第二铜基板的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，所述第三钢网的丝印图案为对应于所述第二引脚的第三预定形状。
优选地，所述芯片采用倒装方式与所述第一铜基板和/或第二铜基板焊接。
优选地，在所述步骤S30之后还包括步骤S32：对连接完成的功率模块进行塑封。
优选地，采用环氧树脂进行塑封。
优选地，在所述步骤S32之后还包括步骤S34：切金成型塑封的功率模块。
本发明提供的一种功率模块及其封装方法，所述第一铜基板及第二铜基板在充当电学特性的连接基板的同时，更为重要的是能够对处于两者之间的芯片产生的热量进行去除冷却，也即实现双面散热，这尤其适用于目前的高功率密度的功率模块如IPM，能够有效控制功率模块的温升，保证功率模块的工作性能。
附图说明
图1为本发明实施例的功率模块的引线框架的结构示意图；
图2为本发明实施例的功率模块的第一铜基板的结构示意图；
图3为本发明实施例的功率模块的第二铜基板的结构示意图；
图4为本发明实施例的功率模块的装配效果主视图；
图5为本发明实施例的功率模块的装配效果侧视图(剖面形式)。
附图标记表示为：
100、引线框架；200、第一铜基板；300、第二铜基板；400、芯片。
具体实施方式
结合参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供一种功率模块，包括引线框架100、第一铜基板200、第二铜基板300及芯片400，所述第一铜基板200与所述引线框架100连接并相互导通，所述第二铜基板300与所述引线框架100连接并相互导通，所述芯片400的第一侧面上的电极焊接在所述第一铜基板200的芯片焊盘上或所述第二铜基板300的芯片焊盘上，所述芯片400夹设于所述第一铜基板200与所述第二铜基板300之间。而可以理解的是，所述第一铜基板200和/或第二铜基板300由靠近所述芯片400的一侧到远离所述芯片400的一侧依次为印刷层、绝缘层、铜基散热层，可见本技术方案中的所述第一铜基板200及第二铜基板300在充当电学特性的连接基板的同时，更为重要的是能够对处于两者之间的芯片400产生的热量进行去除冷却，也即实现双面散热，这尤其适用于目前的高功率密度的功率模块如IPM，能够有效控制功率模块的温升，保证功率模块的工作性能。
优选地，所述第一铜基板200具有第一印制线，所述引线框架100具有引脚印制线，所述第一印制线与相应的所述引脚印制线电连接，且所述第一铜基板200焊接在所述引线框架100上；所述第二铜基板300具有第二印制线，所述第二印制线与相应的所述引脚印制线电连接，且所述第二铜基板300焊接在所述引线框架100上。该技术方案中，将所述第一铜基板200及第二铜基板300分别与所述引线框架100之间采用焊接的方式连接，能够明显减少彼此之间金线的使用量，并可以提高连接稳固性，防止在后续的封装工艺中例如环氧树脂的注塑过程中冲击力的作用导致的断线等现象发生，从而保证了所述功率模块的质量可靠性。
所述引线框架100包括第一引脚和第二引脚，所述第一引脚设置有第一引脚印制线，所述第二引脚设置有第二引脚印制线，所述第一铜基板200焊接在所述第一引脚上，所述第二铜基板300焊接在所述第二引脚上。通过在所述引线框架100上设置第一引脚及第二引脚，从而能够节省引线框架100的板材面积，进而可以降低功率模块生产制造的材料成本，而更为重要的，通过设计第一引脚及第二引脚的方式，能够使所述引线框架100形成镂空结构，这有助于空气的流通从而有利于功率模块的散热。在制作所述引线框架100时，应保证各第一引脚以及各第二引脚之间具有不同的段差，从而保证芯片400两侧的第一铜基板200及第二铜基板300的印制线焊点与所述引线框架100完全接触也即能够进一步保证焊点连接的可靠性。前述焊接方式优选地，所述第一铜基板200与所述第一引脚采用回流焊方式焊接；和/或，所述第二铜基板300与所述第二引脚采用回流焊方式焊接。
进一步地，所述芯片400采用倒装方式与所述第一铜基板200和/或第二铜基板300焊接，该技术方案中，由于所述芯片400采用的倒装工艺，能够进一步降低所述功率模块中金线的使用量，降低相应成本，同时由于不再采用相应的金线键合工艺，将大大提高所述功率模块的制作效率，这对于多芯片的模块，例如当所述芯片400包括1块MIC芯片、6块IGBT芯片、6块FRD芯片的时候，这种倒装方式的芯片连接方式的优势更为明显。
根据本发明的实施例，还提供一种功率模块的封装方法，可以理解的是，首先由作业人员将第一铜基板200防止在作业水平面上，之后采用以下步骤对所述功率模块进行封装：
步骤S10：将引线框架100的第一引脚放置在第一铜基板200的引线框架焊盘上并进行焊接，具体地，作业人员将所述引线框架100置于所述第一铜基板200的上方，所述第一铜基板200的弱电侧引脚与所述引线框架100的弱电侧引脚(如图1中的1-18引脚)对应焊接，而所述第一铜基板200的强电侧引脚与所述引线框架100的强电侧引脚(如图1中的19-29引脚)对应焊接。
步骤S20：将芯片400的第一侧面朝向所述第一铜基板200的芯片焊盘，然后将所述芯片400焊接在所述第一铜基板200的芯片焊盘上；
步骤S30：将第二铜基板300的引线框架焊盘放置在所述引线框架100的第二引脚上并进行焊接，可以理解的是，所述第二铜基板300的芯片焊盘应朝向于所述第一铜基板200的一侧，也即所述芯片400与其第一侧面相对的第二侧面与所述第二铜基板300的相应区域接触。该技术方案中，各部件之间的焊接工艺优选采用真空回流焊的方式进行，以保证焊接的可靠性及稳定性。
优选地，在所述步骤S10与S20之间还包括步骤S12：应用第一钢网对所述第一铜基板200的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，所述第一钢网的丝印图案为对应于所述芯片400的电极的第一预定形状；在所述步骤S10之前还包括S01：应用第二钢网对所述第一铜基板200的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，所述第二钢网的丝印图案为对应于所述第一引脚的第二预定形状；在所述S20与S30之间还包括步骤S22：应用第三钢网对所述第二铜基板300的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，所述第三钢网的丝印图案为对应于所述第二引脚的第三预定形状。通过采用设计好的所述第一钢网、第二钢网及第三钢网对各个焊接部位处进行锡膏的刷涂印制，能够保证锡膏能够精准印制于需要焊接的位置，提升制作效率。
优选地，在所述步骤S30之后还包括步骤S32：对连接完成的功率模块进行塑封，例如采用环氧树脂进行塑封。
优选地，在所述步骤S32之后还包括步骤S34：切金成型塑封的功率模块。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上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。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种功率模块，其特征在于，包括引线框架(100)、第一铜基板(200)、第二铜基板(300)及芯片(400)，所述第一铜基板(200)与所述引线框架(100)连接并相互导通，所述第二铜基板(300)与所述引线框架(100)连接并相互导通，所述芯片(400)的第一侧面上的电极焊接在所述第一铜基板(200)的芯片焊盘上或所述第二铜基板(300)的芯片焊盘上，所述芯片(400)夹设于所述第一铜基板(200)与所述第二铜基板(300)之间。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一铜基板(200)具有第一印制线，所述引线框架(100)具有引脚印制线，所述第一印制线与相应的所述引脚印制线电连接，且所述第一铜基板(200)焊接在所述引线框架(100)上；所述第二铜基板(300)具有第二印制线，所述第二印制线与相应的所述引脚印制线电连接，且所述第二铜基板(300)焊接在所述引线框架(100)上。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述引线框架(100)包括第一引脚和第二引脚，所述第一引脚设置有第一引脚印制线，所述第二引脚设置有第二引脚印制线，所述第一铜基板(200)焊接在所述第一引脚上，所述第二铜基板(300)焊接在所述第二引脚上。
4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述第一铜基板(200)与所述第一引脚采用回流焊方式焊接；和/或，所述第二铜基板(300)与所述第二引脚采用回流焊方式焊接。
5.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述芯片(400)采用倒装方式与所述第一铜基板(200)和/或第二铜基板(300)焊接。
6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述芯片(400)包括1块MIC芯片、6块IGBT芯片、6块FRD芯片。
7.一种功率模块的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10：将引线框架(100)的第一引脚放置在第一铜基板(200)的引线框架焊盘上并进行焊接；
步骤S20：将芯片(400)的第一侧面朝向所述第一铜基板(200)的芯片焊盘，然后将所述芯片(400)焊接在所述第一铜基板(200)的芯片焊盘上；
步骤S30：将第二铜基板(300)的引线框架焊盘放置在所述引线框架(100)的第二引脚上并进行焊接。
8.根据权利要求7所述的封装方法，其特征在于，在所述步骤S10与S20之间还包括步骤S12：
应用第一钢网对所述第一铜基板(200)的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，所述第一钢网的丝印图案为对应于所述芯片(400)的电极的第一预定形状。
9.根据权利要求7所述的封装方法，其特征在于，在所述步骤S10之前还包括S01：
应用第二钢网对所述第一铜基板(200)的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，所述第二钢网的丝印图案为对应于所述第一引脚的第二预定形状。
10.根据权利要求7所述的封装方法，其特征在于，在所述S20与S30之间还包括步骤S22：
应用第三钢网对所述第二铜基板(300)的引线框架焊盘进行锡膏印制，其中，所述第三钢网的丝印图案为对应于所述第二引脚的第三预定形状。
11.根据权利要求7所述的封装方法，其特征在于，所述芯片(400)采用倒装方式与所述第一铜基板(200)和/或第二铜基板(300)焊接。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的封装方法，其特征在于，在所述步骤S30之后还包括步骤S32：对连接完成的功率模块进行塑封。
13.根据权利要求12所述的封装方法，其特征在于，采用环氧树脂进行塑封。
14.根据权利要求12所述封装方法，其特征在于，在所述步骤S32之后还包括步骤S34：切金成型塑封的功率模块。
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