一种功率模组的制作方法

本申请实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种功率模组。

背景技术：

IPM(Intelligent Power Module)，即智能功率模组，不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起。而且还内部集成有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。IPM中的功率半导体元件多采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor)和/或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，内部集成电流传感器及驱动电路的集成结构。IPM以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电力电子器件。

现有的智能功率模组电子元件的高度集成，而对应的结构设计带来了发热速度和散热效果的不匹配，在制作过程中也容易发生因绝缘材的机械物理特性，限制产品的额定参数和应用范围，也可能降低良品率。

技术实现要素：

本申请提供了一种功率模组，以提供一种散热效果更适应发热速度的设计方案，进而提高产品的额定参数，扩大应用范围，亦可提高产品的良品率。

第一方面，提供一种功率模组，包括：散热片、功率半导体元件、导线架、封装胶、第一高散热膜和碳材料薄膜涂层；

所述第一高散热膜贴附于所述散热片的第一侧与所述导线架的第二侧之间，所述功率半导体元件设置于所述导线架的第一侧组成功率电路，所述导线架的第一端与所述功率电路相连；所述导线架的第一侧与所述导线架的第二侧为相对的两侧；

所述封装胶包覆所述功率电路以及所述散热片的第二侧之外的区域，所述散热片的第二侧与所述散热片的第一侧为相对的两侧；所述导线架的第二端延伸至所述封装胶之外；

所述碳材料薄膜涂层覆盖于所述散热片的第二侧。

其中，还包括第二高散热膜；

所述第二高散热膜贴附于所述导线架的第一侧。

其中，所述第二高散热膜设置有黄光电路，所述功率半导体元件通过所述黄光电路组成功率电路。

其中，所述碳材料薄膜涂层为石墨层、石墨烯层或碳纳米管层。

其中，所述碳材料薄膜涂层104的厚度为5μm～1mm。

本申请实施例提供的功率模组包括散热片、功率半导体元件、导线架、封装胶、第一高散热膜和碳材料薄膜涂层；第一高散热膜贴附于散热片的第一侧和导线架的第二侧之间；功率半导体元件设置于导线架的第一侧组成功率电路，所述导线架的第一端与所述功率电路相连；所述封装胶包覆所述功率电路以及所述散热片的第二侧之外的区域，所述散热片的第二侧与所述散热片的第一侧为相对的两侧；所述导线架的第二端延伸至所述封装胶之外；所述碳材料薄膜涂层覆盖于所述散热片的第二侧。该功率模组通过对应的加工方法生产，其通过与功率半导体元件对应设置的碳材料薄膜涂层优化散热效果，进而提高产品的额定参数，扩大应用范围，同时高散热膜的导入，其优异的机械物理性质特性，提高了产品的良品率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请实施例提供的一种功率模组的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种功率模组的结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4是本申请实施例提供的一种功率模组加工方法的加工工序图；

图5是本申请实施例中提供散热片和导线架的加工状态示意图；

图6是本申请实施例中电子元件的安装状态示意图；

图7是本申请实施例中封装的加工状态示意图。

其中：100-封装胶；101-导线架；102-第一高散热膜；103-散热片；104-第二高散热膜；105-IGBT/MOSFET；106-FRD；107-驱动IC；108-碳材料薄膜涂层；114-黄光电路。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。

参照图1，其为本申请实施例提供的一种功率模组的结构示意图。该功率模组，包括：散热片103、功率半导体元件、导线架101、封装胶100、第一高散热膜102和碳材料薄膜涂层108；

所述第一高散热膜102贴附于所述散热片103的第一侧与所述导线架101的第二侧之间，所述功率半导体元件设置于所述导线架101的第一侧组成功率电路，所述导线架101的第一端与所述功率电路相连；所述导线架101的第一侧与所述导线架101的第二侧为相对的两侧；

所述封装胶100包覆所述功率电路以及所述散热片103的第二侧之外的区域，所述散热片103的第二侧与所述散热片103的第一侧为相对的两侧；所述导线架101的第二端延伸至所述封装胶100之外；

所述碳材料薄膜涂层108覆盖于所述散热片的第二侧。

功率半导体元件设置在导线架101的第一侧上，功率半导体元件可以是表面粘贴(SMT)元件，也可以是裸芯片(Bare die)，具体来说除了可以是IGBT和/或MOSFET，还可以从二极管(Diode)、碳硅二极管(SiC diode)、碳硅金氧半场效晶体管(SiC MOSFET)、氮化嫁金氧半场效晶体管(GaN MOSFET)、高压定相器(FRD)等会产生热能的电子元件。

在本方案中，第一高散热膜102直接作为功率半导体元件的载体，其除了实现功率半导体元件的绝缘设计需求，还能与功率半导体元件近距接触实现热量的快速转移，相对于现有技术方案只能实现≤15A的额定电流，如果要实现更高的额定电流需增加外露散热片及增加产品尺寸以降低发热密度和提高散热速度；本方案中的设计因为良好的散热效果，在同等尺寸下能够承受更大的额定电流，突破同尺寸下15A的额定电流的限制，最多可实现50％～55％的额定电流提升。而且，第一高散热膜102主要采用热塑形高分子材料制作，由此，在加工过程中具有良好的抗热震能力，便于加工，相对其他绝缘材料(如陶瓷)可以减少加工缺陷，提高产品的良品率。

在本方案中，碳材料薄膜涂层108不仅对应于会产生热能的电子元件，而是会在功率模组的一侧整体覆盖，可以最大限度的利用功率模组的表面进行散热。而且碳材料薄膜涂层108的材料导热率≥100W/mk，其接近黑体辐射的高辐射(0.9～0.95)能够将各个电子元件产生的热能快速向外辐射，整体来说，碳材料薄膜涂层108的高热热传导系数在薄膜化应用时仍然能够吸收大量的热，降低功率模组的工作温度，基于此，在对功率模组进行设计和生产时，能够承受更大的额定参数，在应用到具体的带电设备时，能够适应更恶劣的外部环境和更高的内部参数要求。

导线架101包括多个引脚，引脚的形状由应用该功率模组的带电设备的具体需求而定，可能在一个设备中需要多种不同形状引脚的功率模组，除了图1所示的形状，其他例如还有海鸥形引脚，J形引脚等。导线架101的第一端(指每个引脚的一端)第一端与功率电路连接。封装胶100则是包覆功率电路、散热片的第二侧之外的部分以及引脚靠近第一端的一部分，其中引脚的另一端需要外露以便于安装与外部电路实现电性连接。

进一步参考图2和图3，其分别本申请实施例提供的另一种功率模组的结构示意图和图2中A处的局部放大图，在该实施例中，除了第一高散热膜102，还包括第二高散热膜104；

所述第二高散热膜104贴附于所述导线架101的第一侧，所述导线架101的第二侧与所述导线架101的第一侧为相对的两侧。

第二高散热膜104可以与第一高散热膜102具有相同的物理特征，在这种布局方式下功率半导体元件位于导线架101的第一侧，但是并不与导线架101的第一侧直接固定，此时导线架101的第一侧并不是指导线架101上的某个结构，而是以导线架101的第一侧为参考的空间概念，功率半导体元件位于第一侧朝向的这一空间内，并与导线架101的第一侧通过第二高散热膜104进行固定。在这种方式下，第二高散热膜104直接与功率半导体元件接触，能够实现最优的散热效果。

基于功率半导体元件与第二高散热膜104的位置关系和第二高散热膜104的特性，所述第二高散热膜104设置有黄光电路114，所述功率半导体元件通过所述黄光电路114组成功率电路。具体来说，在第二高散热膜104先以曝光显影的方式形成对应于电路的槽体，然后在槽体内以电镀的方式形成电路，该电路即黄光电路114。黄光电路114能实现精细的电路制作，可以良好的适应小尺寸和/或高额定的功率模组的制作需求。当然，在实际的实施过程中，如果功率半导体元件采用上下桥的布局设计，曝光显影电镀的过程除了实现电路，还可以实现上下桥以及三相间的绝缘层。在图2和图3所示的方案中，除了可以实现良品率上升，散热性能的提高，还可以实现电路的精细化加工，进而满足更广泛的应用场景的需求。

在本方案提供的功率模组中，功率半导体元件除了前文所述的各种半导体器件，还有为实现智能控制而提供的驱动IC(集成电路，Integrated Circuit)，在图1和图2中，105表示IGBT/MOSFET，106表示FRD，107表示驱动IC，另外需要说明的是，在图1和图2中，IGBT/MOSFET 105、FRD 106和驱动IC 107的示出并不意味着对功率模组的电子元件的类型、数量和电子元件布局的限定，其仅用于表示功率模组中的电子元件与其它结构部件之间的结构关系，实际上可以根据使用设备和使用场景设计对应的功率电路，其可以采用各种各样的电子元件以及合适数量来实现既定设计功能，最终形成的功率模组均落入本方案的保护范围之内。

在具体实现碳材料薄膜涂层108时，可以选用的有石墨层、石墨烯层、碳纳米管层等。

石墨层、石墨烯层、碳纳米管层均是基于碳材料实现的具有良好热辐射性质的散热结构。

其中，所述碳材料薄膜涂层108的厚度为5μm～1mm。薄膜化的散热结构可以有效控制产品厚度。

请参考图4、图5、图6和图7，其分别是本申请实施例提供的一种功率模组加工方法的加工工序图、提供散热片103和导线架101的加工状态示意图、电子元件的安装状态示意图和封装的加工状态示意图；如图所示，该功率模组加工方法，包括：

步骤S1：提供散热片103和导线架101。

步骤S2：在所述导线架101的第二侧和所述散热片103的第一侧之间贴附第一高散热膜102。

步骤S3：在所述导线架101的第一侧安装功率半导体元件，所述导线架101的第二侧与所述导线架101的第一侧为相对的两侧。

步骤S4：用封装胶100封装所述功率电路和所述散热片103的第二侧之外的区域，所述散热片103的第二侧与所述散热片103的第一侧为相对的两侧。

步骤S5、剪切成型。

步骤S6、在所述散热片103的第二侧覆盖碳材料薄膜涂层108。

在具体的实施过程中，步骤S2和步骤S3的实施顺序可以进行互换，即所述步骤S2在所述步骤S1和所述步骤S3之间实施，或，所述步骤S3在所述步骤S1和所述步骤S2之间实施；另外步骤S6的实施也可以有多种选择，具体来说，所述步骤S6在所述步骤S1中实施，或，所述步骤S6紧邻所述步骤S2之前实施，或，所述步骤S6紧邻所述步骤S3之前实施，或，所述步骤S6紧邻所述步骤S4之前实施，或，所述步骤S6紧邻所述步骤S5之前实施，或，所述步骤S6紧邻所述步骤S5之后实施。基于以上可选的步骤顺序，除了图4中所示的步骤S1→步骤S2→步骤S3→步骤S4→步骤S5→步骤S6，例如还可以是步骤S1→步骤S3→步骤S6→步骤S2→步骤S4→步骤S5、步骤S1→步骤S6→步骤S2→步骤S3→步骤S4→步骤S5等，在此不一一列举。在以上调整方案中，可以灵活机动进行选择，例如步骤S6在步骤S5之后实施，如果当前生产只有部分功率模组需要按本方案进行，那么可以将部分剪切成型后的功率模组和对应数量的覆盖原料直接发送到下游厂家自行实施该步工序，这种情况下，最好是通过贴膜的方式实现，便于实现个体手工的生产。又例如步骤S6在步骤S1中实施，可以批量覆盖碳材料薄膜涂层108，提高生产效率。

其中，还包括：

步骤S7：在所述导线架101的第一侧贴附第二高散热膜104，在所述第二高散热膜104形成黄光电路114；

其中，所述步骤S7紧邻所述步骤S3之前实施。

其中，所述第一高散热膜102通过热压或常压进行贴附。第二高散热膜104具有与第一高散热膜102相同的材料，可以采用相同的加工工艺。

碳材料薄膜涂层108可以选择石墨层、石墨烯层或碳纳米管层等。

具体来说，可以通过印刷、喷涂、溅镀沉积或贴膜的方式在所述散热片103的第二侧覆盖碳材料薄膜涂层108。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。