功率模块封装件及其制造方法与流程

本发明涉及一种功率模块封装件及其制造方法。

背景技术：

近来的工业用功率半导体模块封装件被制作为如下结构：将贴装有部件并通过引线键合而连接有电路的基板接合于散热板，然后利用注塑的壳体保护电路。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：美国授权专利第5057906号

技术实现要素：

根据本发明的一方面，其目的在于提供一种密封性能优良的功率模块封装件。

根据本发明的另一方面，其目的在于提供一种通过防止粘接不良而提高可靠性的功率模块封装件。

根据本发明的又一方面，其目的在于提供一种可通过简化的工艺实现不良产生率的最小化的功率模块封装件的制造方法。

根据一个实施例的功率模块封装件包括：树脂壳体，一体成型有外部连接端子；金属板(metal plate)，侧面具有结合部，以所述结合部与所述树脂壳体的内侧相结合的形态与所述树脂壳体一体成型，从而密封所述树脂壳体的底部。

根据一个实施例的功率模块封装件的制造方法包括如下步骤：使外部连接端子以及金属板与树脂壳体一体成型，从而以形成于金属板的侧面的结合部与所述树脂壳体的内侧相结合的形态借助所述金属板密封所述树脂壳体的底部。

附图说明

图1为表示根据本发明的一个实施例的功率模块封装件的剖面图。

图2为表示根据本发明的一个实施例的功率模块封装件的金属板的剖面图。

图3为表示根据本发明的另一实施例的功率模块封装件的金属板的剖面图。

图4为表示根据本发明的又一实施例的功率模块封装件的金属板的剖面图。

图5为表示根据本发明的别的又一实施例的功率模块封装件的金属板的剖面图。

图6为表示根据本发明的另外的又一实施例的功率模块封装件的金属板的剖面图。

图7为表示根据本发明的一个实施例的功率模块封装件的制造方法的顺序图。

图8至图12为按照工艺顺序图示出根据本发明的一个实施例的功率模块封装件的制造方法的工艺截面图。

符号说明

100：功率模块封装件 10：树脂壳体

20：外部连接端子 30：金属板

31：结合部 32、33：槽部

34、35、36：突出部 40：电路基板

41：绝缘基板 42、43、44：金属图案

45、46：焊料 50：半导体元件

60：引线 70：密封部件

80：封盖

具体实施方式

通过基于附图的以下的详细说明，将会更加明确认识本发明的特征和优点。

在此之前应予说明，本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应解释为一般化且词典化的含义，而是应当立足于发明人为了以最优的方式说明 自己的发明而可以恰当地定义术语概念的原则而解释为符合本发明的技术思想的含义和概念。

在本说明书中，在将附图标记赋予给各个附图的构成要素时，需留意如果是相同的构成要素，则即使在不同的附图中示出也尽量赋予了相同的附图标记。而且在说明本发明时，如果认为对相关公知技术的具体说明有可能对本发明的主旨造成不必要的混乱，则省略其详细说明。在本说明书中，“第一”、“第二”等术语是为了将一个构成要素与其他构成要素加以区分而使用，构成要素并不局限于所述的术语。在附图中，以夸张、省略或概略的方式示出一部分构成要素，各个构成要素的大小并不完全反映实际大小。

以下，参考附图详细说明本发明的实施例。

功率模块封装件

图1为表示根据本发明的一个实施例的功率模块封装件的剖面图。

参考图1，所述功率模块封装件100包括：树脂壳体10，一体成型有外部连接端子20；金属板30，与所述树脂壳体10一体成型而密封所述树脂壳体10的底部；电路基板40，形成于所述金属板30上；半导体元件50，贴装于所述电路基板40上。

所述树脂壳体10例如以如下方式制作：利用聚苯硫醚(PPS)之类的树脂而对外部连接端子20和金属板30进行嵌件注塑成型，从而形成为一体。

所述外部连接端子20例如被弯曲加工成L字形而插入，并具有向所述树脂壳体10的上方突出而暴露的端部。所述外部连接端子20可以由铜框架制作。

所述金属板30在侧面具有结合部31，并以所述结合部31与所述树脂壳体10的内侧相结合的形态与所述树脂壳体10一体成型，从而密封所述树脂壳体10的底部。

所述结合部31可具有槽部或突出部，以在一体成型时确保粘接特性等优良的注塑品质。所述槽部和突出部可被加工成具有圆形(椭圆形)或多边形的截面形状。

图2至图6为示例性表示所述金属板30的结合部31的多样的形状的剖面图。

参考图2，所述结合部31可形成有锥形的截面形状的槽部32。

参考图3，所述结合部31可形成有四边形截面形状的槽部33。

参考图4，所述结合部31可形成有四边形截面形状的突出部34。

参考图5，所述结合部31可形成有圆形截面形状的突出部35。

参考图6，所述结合部31可形成有十字架截面形状的突出部36。

具有如上所述的结合部31的金属板30可以由铜板或铝板形成。

如上所述，使外部连接端子以及侧面具有结合部的金属板通过一体成型而与树脂壳体实现一体化，据此，金属板能够起到固定架的作用而防止挠曲(warpage)现象。

不仅如此，可将一体成型的树脂壳体的底部包含在内而实现完全密封，从而可以防止密封部件的泄露故障等。

所述电路基板40可通过焊料46而固定于所述金属板30。

所述电路基板40包括利用直接覆铜法(DCB；Direct Copper Bonding)而形成于绝缘基板41的上面和下面的多个金属图案42、43、44。

其中，所述绝缘基板41例如由氧化铝(Al₂O₃)烧结体的陶瓷构成，所述金属图案42、43、44作为通常的电路用导电性金属，可以由将铜作为主成分的金属构成。

在形成于所述绝缘基板41的上面的金属图案43上，至少一个半导体元件50通过焊料45而以背面侧(例如，集电极侧)被粘接的状态得到搭载。

所述半导体元件50可以是功率半导体元件。

所述半导体元件50例如可以是IGBT元件，该IGBT元件在上侧的主平面具有主电极(例如，发射极)和控制电极(栅极)，并在下侧的主平面具有另外的主电极(例如，集电极)。

所述半导体元件50并不局限于所述的IGBT元件，其也可以是功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；金属氧化物半导体场效应晶体管)或FWD元件。

所述电路基板40的金属图案42与所述半导体元件50通过引线60而连接，并且，所述电路基板40以及所述半导体元件50通过引线60而连接到固定于所述树脂壳体10的外部连接端子20。

出于保护半导体元件50和引线60等的目的，通过通常的凝胶填充而用密封部件70密封树脂壳体10的内部，该树脂壳体10收容有电路基板40，该电路基板40贴装有所述半导体元件50。作为所述密封部件70而使用的凝 胶例如可以由将硅作为基质的成分构成。

在内部以上述方式得到密封的树脂壳体10的上部形成封盖80并封合。

功率模块封装件的制造方法

图7为用于概略地说明根据本发明的一个实施例的功率模块封装件的制造方法的顺序图。

参考图7，所述功率模块封装件的制造方法包括如下步骤：准备金属板的步骤S100；将外部连接端子、金属板以及树脂壳体一体成型的步骤S200；在所述金属板上布置贴装有半导体元件的电路基板的步骤S300。

以下，参考图8至图12中按照工艺顺序图示的工艺截面图而说明根据本发明的一个实施例的功率模块封装件的制造方法。

首先，将外部连接端子和金属板设置于树脂壳体制作用嵌件成型机的模具中，并利用壳体制作用树脂(例如，聚苯硫醚树脂)注塑成型而制作一体型树脂壳体。

如图8所示，如上所述地制作的一体型树脂壳体具有如下结构：金属板30的结合部31与树脂壳体10的内侧结合，而且所述树脂壳体10的底部被所述金属板30所密封。

所述外部连接端子20被弯曲加工成L字形而嵌入，并具有向所述树脂壳体10的上方突出而暴露的端部。

所述金属板30的结合部31包括具有圆形(椭圆形)或多边形的截面形状的槽部或突出部，从而可在一体成型时提高粘接特性等注塑品质。

可以利用端铣法(end milling)等通常的机械加工法而对金属板30的侧面进行加工，从而形成所述结合部31。

通过如上所述的一体成型，可省去通常所采用的壳体粘接工序，例如可以省去包含粘合剂涂覆、壳体贴装、加热等在内的一系列过程。

并且，金属板起到树脂壳体的固定架的功能，从而可以抑制发生于加热工序的基板挠曲现象。

进而，省去通常在一次引线键合工序之后为了执行壳体粘接工序而执行的加热工序，从而可以防止热量导致的垫氧化，因此可提高键合品质。

然后，参考图9，利用焊料46而将贴装有半导体元件50的电路基板40固定布置于一体型树脂壳体10内的金属板30上。

所述电路基板40包括利用直接覆铜法(DCB；Direct Copper Bonding)而形成于绝缘基板41的上表面和下表面的多个金属图案42、43、44。

而且，所述半导体元件50通过焊料45而搭载于形成在所述绝缘基板41的上表面的金属图案43上。

所述半导体元件50可以是功率半导体元件。

然后，参考图10，利用引线60而使所述电路基板40的金属图案42与所述半导体元件50相互连接，并且，使所述电路基板40以及所述半导体元件50分别连接于被固定在所述树脂壳体10的外部连接端子20。

在本实施例中，以如上所述的方式执行一次的引线键合工序，从而比起通常的二次的引线键合工艺，可减少工序数。

然后，参考图11，例如利用硅凝胶之类的凝胶型填充材料填充树脂壳体10的内部并予以固化而形成密封部件70，该树脂壳体10收容有电路基板40，该电路基板40贴装有所述半导体元件50。

借助于通过如上所述的方式形成的密封部件70，可以保护树脂壳体10内部的半导体元件50和线缆60等。

根据本实施例，通过树脂壳体与金属板的一体成型而密封树脂壳体的底面，从而可以实现树脂壳体的完全密封，因此可以防止填充所述密封部件时的泄露故障。

然后，如图12所示，利用封盖80覆盖填充有密封部件70的树脂壳体10的上部。

额外地，可执行利用粘合剂对包含树脂壳体10和封盖80在内的部件之间进行封合的工序。

以上，已通过具体实施例详细说明本发明，然而这只是为了具体说明本发明，本发明并不局限于此，本领域技术人员可在本发明的技术思想内实现变形或改良乃是不言而喻的。

本发明的简单变形乃至变更均属于本发明的范围，通过权利要求书将会明确认识本发明的具体保护范围。