功率模块的制作方法
【专利摘要】本发明揭露一种功率模块，可包含一第一基板、一第一金属化层、至少一导电结构以及一功率器件。第一金属化层设置于第一基板上。第一金属化层具有一第一厚度d1，此第一厚度d1满足：5微米≤d1≤50微米。第一金属化层与导电结构位于第一基板上的不同位置，每一导电结构具有一第二厚度d2，此第二厚度d2满足：d2≥100微米。功率器件位于第一金属化层、第一基板或导电结构上，且功率器件的驱动电极电性连接第一金属化层，功率器件的至少一功率电极电性连接导电结构。
【专利说明】功率模块
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种功率模块，且特别是关于一种可适用于电源变换器的功率模块。
【背景技术】
[0002]在目前的电源变换器中，半导体功率器件是不可或缺的元件之一。功率器件的功率密度代表在单位体积下，功率模块的输出功率。在输出相同功率的情况下，功率密度越高，功率模块的体积就越小，故可减少空间需求。因此，高功率密度一直是业界对功率模块的要求之一。为了提高功率器件的功率密度，遂发展出一种集成功率模块(IntegratedPower Module, IPM)，其特色在于将多个半导体器件集成在一个封装结构里，如此便能在小体积下提供高输出功率，进而提高功率密度。
[0003]目前的集成功率模块大部分采用覆铜陶瓷基板(Direct Bonded Cooper, DBC)。在此类基板的制造过程中，制造者会对陶瓷板与铜料进行高温烧结，再对烧结后所形成的铜层进行蚀刻以切割出线路。然而，高温烧结的能耗较高，并不符合节能减排的趋势。另由于功率模块对通流能力的要求较高，故覆铜陶瓷基板上的铜层厚度通常被要求在0.1毫米以上。然而，当铜层越厚时，制造者所需蚀刻的铜层深度越深，而基于蚀刻的等向性因素，铜层的侧向蚀刻的宽度势必会越大，以致于线路自身的宽度增加以及线路之间的间隙增力口，从而使得线路自身的宽度以及线路之间的间隙均受到一定程度的限制，而减少单位体积下的可布线区域；另外，对于一些对通流能力要求更高的场合往往要求铜层厚度更厚，如0.5mm,但受DCB高温烧结工艺中热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expans1n, CTE)匹配的限制，铜层厚度难以达到要求。这么一来，势必会导致功率模块在单位体积下输出功率的下降，从而降低功率模块的功率密度。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的一目的在于提供一种具有高功率密度的功率模块。
[0005]为了达到上述目的，依据本发明的一实施方式，一种功率模块可包含一第一基板、一第一金属化层、至少一导电结构以及至少一功率器件。第一金属化层设置于第一基板上。第一金属化层具有一第一厚度dl,此第一厚度dl满足:5微米< dl ( 50微米。第一金属化层与导电结构位于第一基板上的不同位置，导电结构具有一第二厚度d2，此第二厚度d2满足:d2 ^ 100微米。功率器件位于第一基板、第一金属化层或导电结构上，且功率器件的驱动电极电性耦接第一金属化层，功率器件的至少一功率电极电性耦接导电结构。
[0006]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含多个平坦化结构，设置于第一金属化层上背对第一基板的表面。
[0007]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含至少一键合结构，夹设于功率器件与导电结构之间。
[0008]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含至少一粘结结构，夹设于导电结构与第一基板之间。
[0009]于本发明的一或多个实施方式中，键合结构为焊料、导电胶、导电浆料或烧结浆料。
[0010]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一第二金属化层。第二金属化层设置于第一基板上和导电结构之间，且与第一金属化层具有相同的厚度。
[0011]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含至少一控制元件或驱动元件。控制元件或驱动元件设置于第一金属化层上或第一基板上，且控制元件或驱动元件的输出电极与功率器件的驱动电极电性耦接。
[0012]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含至少一被动元件，设置于第一金属化层和/或第一基板上。
[0013]于本发明的一或多个实施方式中，被动元件为电容、电阻、二极管或电感。
[0014]于本发明的一或多个实施方式中，被动元件由浆料刷置于第一基板和/或第一金属化层形成。
[0015]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含至少一电路板。电路板设置于第一金属化层上。控制元件或驱动元件或被动元件设置于电路板上。
[0016]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一封料体，至少包覆第一金属化层、部分导电结构及功率器件。导电结构具有一锁定结构，锁定结构固定封料体。
[0017]于本发明的一或多个实施方式中，锁定结构为一凹槽、凸起或穿孔。
[0018]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一第三金属化层。第一基板具有相对的一正面及一背面。第一金属化层设置于第一基板的正面，第三金属化层设置于第一基板的背面。
[0019]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一散热结构。散热结构设置于该第三金属化层下方。
[0020]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一散热结构。散热结构设置于第一基板下方。
[0021]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一封料体，至少包覆第一金属化层、部分导电结构及功率器件，其中封料体具有相对的一顶面及一底面。
[0022]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一第二基板。第一基板与第二基板分开的，且第一基板邻近底面，而第二基板邻近顶面。
[0023]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一第四金属化层。第二基板具有相对的一正面以及一背面。第二基板的正面比背面更靠近第一基板。第四金属化层设置于第二基板的正面上。
[0024]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一连接件，电性连接第一金属化层与导电结构其中一者与第四金属化层。
[0025]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一第五金属化层。第二基板具有相对的一正面以及一背面。第二基板的正面比背面更靠近第一基板。第五金属化层设置于第二基板的背面上。
[0026]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一金属导电层，金属导电层设置于封料体的表面。
[0027]于本发明的一或多个实施方式中，第一基板包含多个子基板，这些子基板彼此分开。
[0028]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一外壳以及一封装胶。外壳具有一容置空间。封装胶位于容置空间中。封装胶至少包覆第一金属化层、部分导电结构及功率器件。
[0029]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含散热结构，散热结构设置于该第一基板下方，且第一基板位于容置空间内。
[0030]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含第三金属化层，第三金属化层设置于第一基板与散热结构之间，且第三金属化层位于容置空间内。
[0031]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含:多个金属化布线层和多个绝缘层，所述金属化布线层与所述绝缘层交错印刷于该第一基板上，且所述金属化布线层之间电性连接。
[0032]依据本发明的另一实施方式，功率模块包含一第一基板、一第一金属化层、至少一导电结构、一驱动兀件以及一功率器件。第一金属化层设置于第一基板上。第一金属化层具有一第一厚度dl。第一厚度dl满足:5微米< dl ( 50微米。第一金属化层与导电结构位于第一基板上的不同位置，导电结构具有一第二厚度d2，第二厚度d2满足:d2 ^ 100微米。驱动元件设置于第一基板上或第一金属化层上。该功率器件位于第一基板、导电结构或第一金属化层上，功率器件的驱动电极电性耦接驱动元件，且功率器件的至少一功率电极电性耦接导电结构。
[0033]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含一电路板，设置于第一金属化层上。驱动元件设置于电路板上。
[0034]于本发明的一或多个实施方式中，功率模块还包含至少一被动元件，设置于第一基板、第一金属化层或该电路板上。被动元件电性连接驱动元件。
[0035]于本发明上述实施方式中，功率器件的一驱动电极电性稱接第一金属化层或第一金属化层上的驱动元件，而由于第一金属化层的厚度仅介于5微米至50微米之间，故即便是利用等向性蚀刻的方式来蚀刻第一金属化层以形成间隙，侧向蚀刻的宽度也不致于过大，故可有效缩短间隙的尺寸，使得第一金属化层内的间隙可比传统覆铜陶瓷基板的线路间隙更窄。如此一来，上述实施方式可有效增加功率模块在单位体积下的可布线区域，而提高功率密度。
[0036]以上所述仅用以阐述本发明所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等，本发明的具体细节将在下文的实施方式及相关附图中详细介绍。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下:
[0038]图1绘示依据本发明第一实施方式的功率模块的剖面图；
[0039]图2绘示依据本发明第一实施方式的功率器件的一实施例的电路图；
[0040]图3绘示依据本发明第一实施方式的功率器件的另一实施例的电路图；
[0041]图4绘示依据本发明第二实施方式的功率模块的剖面图；
[0042]图5绘示依据本发明第三实施方式的功率模块的剖面图；
[0043]图6绘示依据本发明第四实施方式的功率模块的剖面图；
[0044]图7绘示依据本发明第五实施方式的功率模块的剖面图；
[0045]图8绘示依据本发明第六实施方式的功率模块的剖面图；
[0046]图9绘示依据本发明第七实施方式的功率模块的剖面图；
[0047]图10绘示依据本发明第八实施方式的功率模块的剖面图；
[0048]图11绘示依据本发明第九实施方式的功率模块的剖面图；
[0049]图12绘示依据本发明第十实施方式的功率模块的剖面图；
[0050]图13绘示依据本发明第十一实施方式的功率模块的剖面图；
[0051]图14绘示依据本发明第十二实施方式的功率模块的剖面图；
[0052]图15绘示依据本发明第十三实施方式的功率模块的剖面图；
[0053]图16绘示依据本发明第十四实施方式的功率模块的剖面图；
[0054]图17绘示依据本发明第十五实施方式的功率模块的剖面图；
[0055]图18绘示依据本发明第十六实施方式的功率模块的剖面图；及
[0056]图19绘示依据本发明第十七实施方式的功率模块的剖面图。
【具体实施方式】
[0057]以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，熟悉本领域的技术人员应当了解到，在本发明另一实施例中，这些实务上的细节并非必要的，因此不应用以限制本发明。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
[0058]应了解到，本文中所述的“一元件设置于另一元件上”，除了包含这两元件直接接触的实施方式之外，亦可包含这两元件之间额外设有又一元件的实施方式，合先叙明。
[0059]第一实施方式
[0060]图1绘示依据本发明第一实施方式的功率模块的剖面图。如图1所示，于本实施方式中，功率模块可包含一封料体100、一第一基板210。该第一基板210上设置有一第一金属化层312、一第二金属化层314、导电结构410、420及430、以及至少一(一个或多个)功率器件500。第一基板210设置于封料体100中。封料体100至少包覆第一金属化层312、导电结构410及430、部分导电结构420与功率器件500，以保护上述元件。导电结构420具有一外露部422。外露部422暴露于封料体100外，以电性连接外部装置，该外露部422可以采用引线框架(Lead Frame)实现。第一基板210具有相对的一正面212以及一背面214。第一金属化层312设置于第一基板210的正面212。第一金属化层312比导电结构410,420及430薄。第二金属化层314位于导电结构410、420及430与第一基板210之间，用以承载导电结构410、420及430。第二金属化层314与第一金属化层312具有相同的厚度，亦即，第一金属化层312的厚度与第二金属化层314的厚度相等。当然第二金属化层314也可以与第一金属化层312的厚度不同。第二金属化层314可以单独制程工艺(如，蚀刻、蒸镀、溅镀或电镀等)形成于第一基板210上，也可以采用与第一金属化层相同的制程工艺形成于第一基板210上,也可以与第一金属化层同时米用制程工艺形成于第一基板210上。第一金属化层312未被导电结构410所覆盖,而是与导电结构410位于第一基板210上的不同位置。
[0061]具体来说,第一金属化层312与导电结构410均位于第一基板210的正面212上，但两者在正面212上的垂直投影位置互不重叠。功率器件500具有驱动电极510以及多个功率电极520及530。驱动电极510与功率电极520位于功率器件500上最远离导电结构410的正面，而功率电极530位于功率器件500上最靠近导电结构410的正面。换句话说，功率电极530设置于导电结构410上，并电性连接导电结构410。驱动电极510电性连接第一金属化层312，功率电极520电性连接导电结构420上的功率器件，导电结构420上的功率器件500的功率电极与导电结构420电性连接。
[0062]由于驱动电极510可打线至第一金属化层312上,故功率器件500可利用第一金属化层312来进行布线。于本实施方式中，第一金属化层312具有一第一厚度dl,此第一厚度dl满足:5微米< dl ( 50微米。于部分实施方式中，第一金属化层312内具有间隙316，以使间隙316旁的第一金属化层312的材料形成走线图案。由于第一金属化层312的厚度仅介于5微米至50微米之间，故于部分实施方式中，即便第一金属化层312内的间隙316利用等向性蚀刻所形成者，但由于第一金属化层312的厚度薄，故侧向蚀刻的宽度也不致于过大，如此便能缩短第一金属化层312内的间隙316，使得第一金属化层312内的间隙316可比传统覆铜陶瓷基板的线路之间的间隙更窄，另外，也可以使得第一金属化层线路自身的宽度比传统覆铜陶瓷基板的线路自身的宽度更窄，从而增加单位体积下的可布线区域，以提高功率密度。于其他实施方式中，第一金属化层312亦可以采用其他制程形成于第一基板210上，例如:蒸镀、溅镀或电镀等等，而无须受限于蚀刻的等向特性，故可利于将间隙316控制得更窄，将线路自身的宽度控制得更窄。此外，由于第一金属化层312无须与第一基板210共同经过高温烧结，故可降低制造时的能耗，而实现节能减排的功能。
[0063]于本实施方式中，每一导电结构410具有一第二厚度d2,此第二厚度d2满足:d2 ^ 100微米，以满足功率模块对通流能力的要求。此外，由于第一金属化层312内的间隙316直接由第一金属化层312所通过的制程(例如:蚀刻)所形成，故间隙316的大小与导电结构410的厚度无关，因此，制造者可采用更厚的导电结构410，以满足更高的通流能力要求，而无须顾虑间隙316的大小。
[0064]应了解到，本文中所述的“第一厚度dl”是代表第一金属化层312在平行于第一基板210的正面212的法线方向上的一维尺寸。相似地，本文中所述的“第二厚度d2”是代表导电结构410在平行于第一基板210的正面212的法线方向上的一维尺寸。
[0065]于本实施方式中，功率器件500可为MOSFET或IGBT等三端口器件，但本发明并不以此为限。以3个pin脚MOSFET为例，如图2所示，驱动电极510可为栅极(G极)，功率电极520可为源极(S极)，而功率电极530可为漏极(D极)。其中栅极510和源极520位于MOSFET上最远离导电结构410 (可参阅图1)的正面，漏极530设置于导电结构410上，并电性连接导电结构410。在驱动电极510 (栅极)与功率电极520 (源极)之间施加电压的回路为驱动回路，其中控制回路的源极与功率电极520 (源极)是同一电极，于本实施方式中，由于驱动电极510电性连接第一金属化层312，故至少部分的驱动回路可通过第一金属化层312来实现，又由于第一金属化层312内的间隙316较窄，故可使驱动回路的走线被设置得更为紧密，从而提高驱动效果。以4个pin脚的MOSFET为例，如图3所示，与3个pin脚的MOSFET的区别在于，该结构从源极520引出一个电极522，在驱动电极510 (栅极)与该电极522之间施加电压的回路为驱动回路。于本实施方式中，由于该电极522电性连接第一金属化层312，故至少部分的驱动回路可通过第一金属化层312来实现，又由于第一金属化层312内的间隙316较窄，故可使驱动回路的走线被设置得更为紧密，从而提高驱动效果O
[0066]于图1中，虽仅驱动电极510电性连接第一金属化层312,而功率电极520电性连接导电结构420上的功率器件，但于其他实施方式中，功率电极520引出的电极522亦可电性连接第一金属化层312。换句话说，驱动电极510及功率电极520引出的电极522均可打线至第一金属化层312，以通过具有窄间隙316的第一金属化层312来布线，从而提高功率密度。举例来说，若功率电极520为源极，而从源极弓I出的电极522可直接打线至第一金属化层312。
[0067]于本实施方式中，功率模块还包含多个键合结构，例如，键合层610以及620。键合层610夹设于功率器件500与导电结构410之间，功率器件500与导电结构420之间，以及功率器件500与导电结构430之间，用以将功率器件500固定于导电结构410、420及430上，并电性连接导电结构410与功率器件500的功率电极530。键合层620夹设于导电结构410、420及430与第二金属化层314之间，用以将导电结构410、420及430固定于第二金属化层314上。键合层610与620可为焊料、导电胶、导电浆料或烧结浆料等等，但本发明并不以此为限。键合层610与620的材料可相同，亦可不同。举例来说，键合层610可为焊料，而键合层620可为烧结浆料。于本实施方式中，第一基板210可为陶瓷基板。
[0068]第二实施方式
[0069]图4绘示依据本发明第二实施方式的剖面图。本实施方式与第一实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的功率模块还包含多个平坦化结构318。平坦化结构318设置于第一金属化层312上背对第一基板210的表面，其上表面是平坦的，以利于打线。举例来说，平坦化结构318可通过在第一金属化层312上镀镍，银，镍金，镍钯金等镀层来实现。
[0070]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式所载，故不重复叙述。
[0071]第三实施方式
[0072]图5绘示依据本发明第三实施方式的剖面图。本实施方式与第一实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的功率模块还包含一粘结结构710。第一粘结结构710夹设于导电结构410与第一基板210之间，以将来自导电结构410的热量传导至第一基板210。请一并参阅第I及图3，可知悉粘结结构710取代了图1中，导电结构410下方的第二金属化层314与键合层620。由于本实施方式省略了第二金属化层314,故可进一步降低第二金属化层314的制造成本。于本实施方式中，粘合结构710不仅可位于导电结构410下方，亦可填补至导电结构410与420之间的缝隙中。如此一来，粘结结构710还可使封料体100与第一基板210更紧密地结合。粘结结构710可为导热胶，导热膜等，但本发明并不以此为限。
[0073]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式所载，故不重复叙述。
[0074]第四实施方式
[0075]图6绘示依据本发明第四实施方式的剖面图。本实施方式与第一实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的功率模块还包含一第三金属化层320。第三金属化层320设置于第一基板210的背面214，以降低电磁噪音，并防止水气渗入。从另一方面来看，第三金属化层320可为一金属导电层，且此金属导电层设置于封料体100的表面，以降低电磁噪音，并防止水气渗入。
[0076]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式所载，故不重复叙述。
[0077]第五实施方式
[0078]图7绘示依据本发明第五实施方式的剖面图。本实施方式与第一实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的功率模块还包含一第二基板220。封料体100包含相对的一底面110及一顶面120。第一基板210与第二基板220分开的，且第一基板210邻近底面110,而第二基板220邻近顶面120。换句话说,第一基板210与第二基板220上下对称地设置于封料体100中，故可避免功率模块翘曲变形。
[0079]此外，于本实施方式中，功率模块还可包含一第四金属化层330。第二基板220包含相对的一正面222以及一背面224。第二基板220的正面222比背面224更靠近第一基板210。第四金属化层330设置于第二基板220的正面222。如此一来，即便第一金属化层312的面积不足以布线，制造者亦可利用第二基板220上的第四金属化层330来进行布线。举例来说，制造者可在第四金属化层330上设置一电子元件730。
[0080]此外，于本实施方式中，功率模块还可包含一连接件720。连接件720电性连接导电结构420与第四金属化层330，以利使第四金属化层330上的电子元件730电性连接导电结构420。此外，连接件720亦可支撑第二基板220与第一基板210。于其他实施方式中，连接件720亦可电性连接第一金属化层312与第四金属化层330。
[0081]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式所载，故不重复叙述。
[0082]第六实施方式
[0083]图8绘示依据本发明第六实施方式的剖面图。本实施方式与第五实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的功率模块还包含一第五金属化层340。第五金属化层340设置于第二基板220的背面224上，以降低电磁噪音，并防止水气渗入。从另一方面来看，第五金属化层340可为一金属导电层，且此金属导电层设置于封料体100的表面，以降低电磁噪音，并防止水气渗入。
[0084]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式集第五实施方式所载，故不重复叙述。
[0085]第七实施方式
[0086]图9绘示依据本发明第七实施方式的剖面图。本实施方式与第一实施方式之间的主要差异在于:第一基板210包多个子基板210a与210b，子基板210a与210b彼此分开。当一连续无间断的第一基板210受热而翘曲时，若其长度越长，则翘曲的高度越高。由于本实施方式的第一基板210切分为至少两个分开的子基板210a及210b，故子基板210a及210b的长度势必比一连续无间断的第一基板210更短，因此，当子基板210a与210b受热而翘曲时，其翘曲的高度较低，故可减缓翘曲的程度。
[0087]于本实施方式中，子基板210a及210b上均设置有第一金属化层312。导电结构410及功率器件500可设置于子基板210a上,而导电结构420和功率器件500可设置于子基板210b上，功率器件500之间通过键合键电性连接。
[0088]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式所载，故不重复叙述。
[0089]第八实施方式
[0090]图10绘示依据本发明第八实施方式的剖面图。本实施方式与第一实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的导电结构410与420具有不同于第一实施方式中的形状。进一步来说，导电结构410包含一本体412以及一锁定结构414。锁定结构414固定封料体100。具体来说，锁定结构414凸出于本体412，且锁定结构414被封料体100所包覆，而固定其中。换句话说，导电结构410的本体412表面并非平滑无起伏的，而凸设有锁定结构414，如此便能提升封料体100与导电结构410之间的固定力，而防止封料体100脱离导电结构410。相似地，导电结构420亦包含一本体424以及一锁定结构426。锁定结构426固定于封料体100。具体来说，锁定结构426凸出于本体424，且锁定结构426被封料体100所包覆，而固定于封料体100中，以防止封料体100脱离导电结构420。于部分实施方式中，锁定结构414及锁定结构426可为一凹槽、凸起或穿孔，但本发明不以此为限。
[0091]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式所载，故不重复叙述。
[0092]第九实施方式
[0093]图11绘示依据本发明第九实施方式的剖面图。本实施方式与第一实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的功率模块还包含一散热结构740。导电结构410设置于第一基板210的正面212，散热结构740设置于第一基板210的背面214，亦即，散热结构740位于第一基板210下方。如此一来,导电结构410上的功率器件500可将热量传导至第一基板210后，再由散热结构740传递至外界环境中。
[0094]此外，于本实施方式中，功率模块还可包含一粘结层630,其夹设于第一基板210的背面214与散热结构740之间，以利将第一基板210固定于散热结构740上。粘结层630较佳可为导热胶或导热膜，以利将热量传导至散热结构740。
[0095]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式所载，故不重复叙述。
[0096]第十实施方式
[0097]图12绘示依据本发明第十实施方式的剖面图。本实施方式与第九实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的功率模块还包含一第三金属化层320。第三金属化层320设置于第一基板210的背面214。此外,散热结构740位于第三金属化层320下方。进一步来说，第三金属化层320夹设于第一基板210的背面214与粘结层630之间，以帮助将来自第一基板210的热量传导至粘结层630。此外，第三金属化层320亦可用以降低电磁噪音。
[0098]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式与第九实施方式所载，故不重复叙述。
[0099]第^^一实施方式
[0100]图13绘示依据本发明第i^一实施方式的剖面图。本实施方式与第一实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的功率模块一外壳810以及一封装胶820取代第一实施方式的封料体100。外壳810设置于第一基板210上，且外壳810具有一容置空间812。封装胶820位于容置空间812中。封装胶820至少包覆第一金属化层312、导电结构410、420及430，以及功率器件500，以保护这些元件。外露部422外露于外壳810外。
[0101]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式所载，故不重复叙述。
[0102]第十二实施方式
[0103]图14绘示依据本发明第十二实施方式的剖面图。本实施方式与第i^一实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的功率模块还包含一第三金属化层320、一粘结层630以及一散热结构740。第三金属化层320设置于第一基板210的背面214。散热结构740位于第三金属化层320下方。粘结层630夹设于第三金属化层320与散热结构740之间。外壳810设置于散热结构740上,第一基板210、第一金属化层312、第二金属化层320、导电结构410、420及430，以及功率器件500置于容置空间812内，封装胶820至少包覆第一基板210、第一金属化层312、导电结构410、420及430，以及功率器件500，以保护这些元件。外露部422外露于外壳810外。通过上述结构，功率器件500所产生的热量可传导至散热结构740，并由散热结构740传递至外界环境中。于一些实施例中，功率模块还包含散热结构，该散热结构设置于前述第一基板210下方，外壳810设置于散热结构上，第一基板210、第一金属化层312、导电结构410、420及430，以及功率器件500置于容置空间812内，封装胶820至少包覆第一基板210、第一金属化层312、导电结构410、420及430，以及功率器件500，以保护这些元件。功率器件500所产生的热量可传导至散热结构740，并由散热结构传递至外界环境中。
[0104]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式及第十一实施方式所载，故不重复叙述。
[0105]第十三实施方式
[0106]图15绘示依据本发明第十三实施方式的剖面图。本实施方式与第一实施方式之间的主要差异在于:本实施方式还包含至少一驱动元件910，其设置于第一金属化层312上，且功率器件500的驱动电极510电性连接驱动元件910的输出电极。需要说明的是，驱动元件910可为一驱动芯片，以通过驱动电极510驱动功率器件500。换句话说，于本实施方式中，功率器件500的驱动电极510可直接打线至驱动元件910上。需说明的是，虽然本图仅绘示出一个驱动元件910，但驱动元件910的数量亦可为多个，而不仅限于单一个，一个驱动元件可以对应于一个功率器件500，也可以是一个驱动元件对应于多个功率器件500。于其他实施方式中，驱动元件910的下表面无需电性引出时，亦可将驱动元件910直接设置于第一基板210上，而驱动元件910上表面的电极可以通过接合引线等方式连接到第一金属化层312上，功率器件500的驱动电极510可直接打线至第一金属化层312上，进而构成驱动回路。于其他实施方式中，功率器件500的驱动电极510与驱动元件910亦可分别打线至电性相同的第一金属化层312上，以电性连接。于其他实施方式中，驱动元件910亦可以一控制元件替代。此控制元件可为一控制芯片，以通过驱动电极510控制功率器件500的动作。需要说明的是，也可以将电路中的控制元件设置于第一金属化层312，亦可将控制兀件设置于第一基板210上,其输出电极亦可与功率器件500的驱动电极510电性连接,实现对功率器件500的控制功能，在此不再赘述。
[0107]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式所载，故不重复叙述。
[0108]第十四实施方式
[0109]图16绘示依据本发明第十四实施方式的剖面图。本实施方式与第十三实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的功率模块还可包含至少一被动元件920。被动元件920设置于第一基板210上。进一步来说，被动元件920设置于第一金属化层312上，且被动元件920电性连接驱动元件910。被动元件920可为电容、电阻、二极管或电感等等，但本发明并不以此为限。需说明的是，虽本图仅绘示出一个被动元件920，但被动元件920的数量亦可为多个，而不仅限于单一个。
[0110]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式及第十三实施方式所载，故不重复叙述。
[0111]第十五实施方式
[0112]图17绘示依据本发明第十五实施方式的剖面图。本实施方式与第十四实施方式之间的主要差异在于:本实施方式的被动元件930可由被动元件930的浆料直接刷置在第一基板210上，其电极引出部分可以直接借由第一金属化层312上所形成。举例来说，制造者可在第一基板210上印刷电阻材料，将其两端电极直接覆盖在第一金属化层312上以形成电阻器，其具体的实施方式可以是先印刷第一金属化层312的浆料，再在需要设置电阻的位置印刷电阻浆料，且电阻浆料的两端覆盖连接至第一金属化层312的对应位置，最后再共烧形成金属化层312以及电阻，当然亦可通过其他任意方式先形成第一金属化层312，再在需要的位置印刷电阻浆料，最后形成电阻。于其他实施方式中，也可以在第一金属化层312上印刷电阻浆料，以形成电阻器。于其他实施方式中，可以在第一基板210和第一金属化层312上均印刷电阻浆料，以形成电阻器。同样可以在第一金属化层312上交错印刷金属层/高介电材料层/金属层三明治结构来形成电容，还可以在第一金属化层312上交错印刷具有高磁导率的材料/金属/具有高磁导率的材料三明治结构来形成电感(亦可采用这种方式形成空心电感或半空心电感)。同样可以在第一基板210上交错印刷金属层/高介电材料层/金属层三明治结构来形成电容，还可以在第一基板210上交错印刷具有高磁导率的材料/金属/具有高磁导率的材料三明治结构来形成电感。于其他实施方式中，可以在第一基板210上和第一金属化层312上均交错印刷金属层/高介电材料层/金属层三明治结构，以形成电容；还可以在第一基板210上和第一金属化层312上均交错印刷具有高磁导率的材料/金属/具有高磁导率的材料三明治结构，以形成电感。
[0113]于其他实施方式中，通过印刷浆料工艺在第一基板210上形成多个金属化布线层(该金属化布线层可以根据需要设计成各种电路图形)和多个绝缘层，即这些金属化布线层与这些绝缘层交错印刷于该第一基板210上，并且可以在绝缘层中间通过开孔的方式实现上下层金属化布线层(相邻的金属化布线层或不相邻的金属化布线层)对应位置的电性连接，形成多层线路，进一步提高布线密度。
[0114]本实施方式的其他技术特征如同第一、第十三及第十四实施方式所载，故不重复叙述。
[0115]第十六实施方式
[0116]图18绘示依据本发明第十六实施方式的剖面图。本实施方式与第十三实施方式之间的主要差异在于:本实施方式还可包含一被动元件920以及一电路板940。电路板940设置于第一金属化层312上。驱动兀件910及被动兀件920设置于电路板940上。由于电路板940的布线密度高，故可利于控制元件、驱动元件910及被动元件920设置于其上。此外，电路板940的材质可为隔热材料，以利阻挡热量流至驱动元件910，而损坏驱动元件910。电路板940可为印制板(Print Circuit Board, PCB),但本发明并不以此为限。
[0117]本实施方式的其他技术特征如同第一实施方式及第十三实施方式所载，故不重复叙述。
[0118]第十七实施方式
[0119]图19绘示依据本发明第十七实施方式的剖面图。本实施方式与前述之间的主要差异在于:本实施方式的功率器件500a与前述实施方式的功率器件500不同。进一步来说，功率器件500a的功率电极和驱动电极设置于功率器件500上最远离第一基板210的正面。换句话说，驱动电极510、功率电极520及530a均设置于功率器件500的正面。驱动电极510可打线至第一金属化层312，而功率电极520及530a可分别打线至导电结构410及导电结构420。于部分实施方式中，由于功率电极530a位于功率器件500a的正面,故功率器件500a的背面下无须设有导电结构，而可直接位于第一基板210上，或者可以直接位于第一金属化层上，以节省导电结构所需的成本。
[0120]虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种功率模块，其特征在于，包含: 一第一基板； 一第一金属化层，设置于该第一基板上，该第一金属化层具有一第一厚度dl,该第一厚度dl满足:5微米< dl ( 50微米； 至少一导电结构，该第一金属化层与该导电结构位于该第一基板上的不同位置，该导电结构具有一第二厚度d2，该第二厚度d2满足:d2 ^ 100微米；以及 至少一功率器件，该功率器件位于该第一基板、该第一金属化层或该导电结构上，且该功率器件的驱动电极电性耦接该第一金属化层，该功率器件的至少一功率电极电性耦接该导电结构。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包含: 多个平坦化结构，设置于该第一金属化层上背对该第一基板的表面。
3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包含: 至少一键合结构，夹设于该功率器件与该导电结构之间。
4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包含: 至少一粘结结构，夹设于该导电结构与该第一基板之间。
5.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，该键合结构为焊料、导电胶、导电浆料或烧结浆料。
6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包含: 第二金属化层，该第二金属化层设置于该第一基板上和该导电结构之间，且与该第一金属化层具有相同的厚度。
7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包含: 至少一控制元件或驱动元件,该控制元件或驱动元件设置于该第一金属化层上或第一基板之上，且该控制元件或驱动元件的输出电极与该功率器件的该驱动电极电性耦接。
8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，还包含: 至少一被动元件，该被动元件设置于该第一金属化层上和/或该第一基板上。
9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，该被动元件为电容、电阻、二极管或电感。
10.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，该被动元件由浆料刷置于该第一基板和/或该第一金属化层形成。
11.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，还包含: 至少一电路板，该电路板设置于该第一金属化层上，且该控制元件或驱动元件或该被动元件设置于该电路板上。
12.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一封料体，至少包覆该第一金属化层、部分该导电结构及该功率器件，该导电结构具有一锁定结构，该锁定结构固定该封料体。
13.根据权利要求12所述的功率模块，其特征在于，该锁定结构为一凹槽、凸起或穿孔。
14.根据权利要求1-13中任一项权利要求所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一第三金属化层，其中该第一基板具有相对的一正面及一背面，该第一金属化层设置于该第一基板的该正面，该第三金属化层设置于该第一基板的该背面。
15.根据权利要求14所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一散热结构，该散热结构设置于该第三金属化层下方。
16.根据权利要求1-13中任一项权利要求所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一散热结构，该散热结构设置于该第一基板下方。
17.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一封料体，至少包覆该第一金属化层、部分该导电结构及该功率器件，其中该封料体具有相对的一顶面及一底面。
18.根据权利要求17所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一第二基板，其中该第一基板与该第二基板分开，且该第一基板邻近该底面，而该第二基板邻近该顶面。
19.根据权利要求18所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一第四金属化层，其中该第二基板具有相对的一正面以及一背面，该第二基板的该正面比该背面更靠近该第一基板，该第四金属化层设置于该第二基板的该正面上。
20.根据权利要求19所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一连接件，电性连接该第一金属化层和该导电结构其中一者与该第四金属化层。
21.根据权利要求18-20中任一项权利要求所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一第五金属化层，其中该第二基板具有相对的一正面以及一背面，该第二基板的该正面比该背面更靠近该第一基板，该第五金属化层设置于该第二基板的该背面上。
22.根据权利要求17所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一金属导电层，该金属导电层设置于该封料体的表面。
23.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，该第一基板包含多个子基板，所述多个子基板彼此分开。
24.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一外壳，具有一容置空间；以及 一封装胶，位于该容置空间中，其中该封装胶至少包覆该第一金属化层、部分该导电结构及该功率器件。
25.根据权利要求24所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一散热结构，该散热结构设置于该第一基板下方，且该第一基板位于该容置空间内。
26.根据权利要求25所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一第三金属化层，该第三金属化层设置于该第一基板与该散热结构之间，且该第三金属化层位于该容置空间内。
27.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包含:多个金属化布线层和多个绝缘层，所述金属化布线层与所述绝缘层交错印刷于该第一基板上，且所述金属化布线层之间电性连接。
28.—种功率模块，其特征在于，包含: 一第一基板； 一第一金属化层，设置于该第一基板上，该第一金属化层具有一第一厚度dl,该第一厚度dl满足:5微米< dl ( 50微米； 至少一导电结构，该第一金属化层与该导电结构位于该第一基板上的不同位置，该导电结构具有一第二厚度d2，该第二厚度d2满足:d2 ^ 100微米； 一驱动兀件，设置于该第一基板上或该第一金属化层上；以及至少一功率器件，该功率器件位于该第一基板、该导电结构或该第一金属化层上，该功率器件的驱动电极电性耦接该驱动元件，且该功率器件的至少一功率电极电性耦接该导电结构。
29.根据权利要求28所述的功率模块，其特征在于，还包含: 一电路板，设置于该第一金属化层上，且该驱动元件设置于该电路板上。
30.根据权利要求29所述的功率模块，其特征在于，还包含: 至少一被动元件，设置于该第一基板、该第一金属化层或该电路板上，且该被动元件电性连接该驱动元件。
【文档编号】H01L25/07GK104465603SQ201310435466
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】洪守玉, 周甘宇, 曾剑鸿, 赵振清 申请人:台达电子企业管理（上海）有限公司