一种堆叠结构的智能功率模块及其制造方法与流程

本发明涉及半导体芯片封装技术领域，并且更具体地涉及一种堆叠结构的智能功率模块及其制造方法。

背景技术：

随着电子技术的发展，功率半导体技术已经成为现代电力电子技术的核心。以绝缘栅极双极型晶体管(igbt)为代表的智能功率模块在众多工业领域得到越来越广泛的应用。通常，智能功率模块包含多个芯片，例如同时包含igbt芯片、frd芯片和驱动ic芯片等，而传统的智能功率模块中，数量众多的芯片均贴合在同一面上，导致智能功率模块的占板面积较大。

而随着各种电子部件的集成度的提高，智能功率模块也在朝着高性能、高可靠性、小型化和低成本发展，因此，占板面积大成为智能功率模块小型化发展的主要障碍。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种堆叠结构的智能功率模块及其制造方法，通过设置具有桥接功能的第一芯片，使得第二芯片和第三芯片能够叠层焊接在第一芯片的上方，从而降低了智能功率模块的占板面积。

第一方面，本申请提供了一种堆叠结构的智能功率模块，该智能功率模块包括：

引线框架；

第一芯片，其设置在所述引线框架上，所述第一芯片包括导电层、设置在所述导电层下方的非功能层、以及容置在所述非功能层下部的功能层，其中，

所述非功能层设有导电孔，所述导电孔用于将所述导电层和所述功能层电性连接，并且所述导电孔用于将所述导电层与所述引线框架电性连接；

第二芯片和第三芯片，所述第二芯片和所述第三芯片均设置在所述第一芯片的上方，且所述第二芯片和所述第三芯片均与所述第一芯片的导电层电性连接；

连接桥，其与所述第二芯片和所述第三芯片以及所述导电层电性连接；

包封体，其用于封装所述第一芯片、所述第二芯片、所述第三芯片和所述连接桥以及部分所述引线框架。

在一种实施方式中，所述导电孔包括从所述非功能层的上表面向下延伸至所述功能层的导电盲孔，和从所述非功能层的上表面向下延伸至所述非功能层的下表面的导电通孔。

在一种实施方式中，所述堆叠结构的智能功率模块还包括设置在所述引线框架下方且容置在所述包封体内部的绝缘散热块。

在一种实施方式中，所述绝缘散热块由陶瓷材料制成。

在一种实施方式中，所述引线框架与所述导电孔之间、所述引线框架与所述功能层之间、所述导电层与所述第二芯片之间、所述导电层与所述第三芯片之间、所述连接桥与所述第二芯片之间以及所述连接桥与所述第三芯片之间均通过焊锡球进行电性连接。

在一种实施方式中，所述连接桥由金属铜制成。

在一种实施方式中，所述包封体由环氧树脂材料注塑成型。

在一种实施方式中，所述第一芯片、所述第二芯片和所述第三芯片分别为驱动ic芯片、igbt芯片和frd芯片。

第二方面，本申请提供了一种堆叠结构的智能功率模块的制造方法，其包括以下步骤：

s10：提供引线框架，并在所述引线框架上设置第一芯片，其中，

所述第一芯片包括导电层、设置在所述导电层下方的非功能层、以及容置在所述非功能层下部的功能层；

s20：在所述非功能层设置导电孔，使得所述导电层和所述功能层电性连接，并使得所述导电层与所述引线框架电性连接；

s30：在所述第一芯片的上方设置第二芯片和第三芯片，并使所述第二芯片和所述第三芯片均与所述第一芯片的导电层电性连接；

s40：设置连接桥，使所述连接桥与所述第二芯片和所述第三芯片以及所述导电层电性连接；

s50：利用包封体将所述第一芯片、所述第二芯片、所述第三芯片、所述连接桥和部分所述引线框架进行封装。

在一种实施方式中，步骤s40和步骤s50之间还包括：

步骤s00:在所述引线框架的下方设置绝缘散热板，并将所述绝缘散热板容置在所述包封体的内部。

本发明相比现有技术具有如下的优点：第二芯片和第三芯片能够叠层焊接在第一芯片的上方，解决了传统的智能功率模块中，第一芯片、第二芯片和第三芯片均贴合在同一面上所造成的模块面积大的问题，使得智能功率模块的占板面积减小，提高了智能功率模块的集成度。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明实施例的堆叠结构的智能功率模块的结构示意图。

图2为图1中a区域的放大结构示意图。

图3显示了根据本发明实施例的堆叠结构的智能功率模块的构造方法的流程图。

图4显示了采用图3的方法所构造的堆叠结构的智能功率模块的结构示意图一(仅示意性示出引线框架和第一芯片)。

图5显示了采用图3的方法所构造的堆叠结构的智能功率模块的结构示意图二(仅示意性示出引线框架、第一芯片、第二芯片和第三芯片)。

图6显示了采用图3的方法所构造的堆叠结构的智能功率模块的结构示意图三(仅示意性示出引线框架、第一芯片、第二芯片、第三芯片和连接桥)。

图7显示了采用图3的方法所构造的堆叠结构的智能功率模块的结构示意图四(仅示意性示出引线框架、第一芯片、第二芯片、第三芯片、连接桥和绝缘散热块)。

附图标记：

1-引线框架；2-第一芯片；21-导电层；22-非功能层；221-导电通孔；222-导电盲孔；23-功能层；3-第二芯片；4-第三芯片；5-连接桥；6-包封体；7-绝缘散热块；8-焊接球。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示出了根据本申请的一种堆叠结构的智能功率模块。如图1所示，该智能功率模块包括引线框架1、第一芯片2、第二芯片3、第三芯片4、连接桥5和包封体6。

其中，第一芯片2设置在引线框架1上，并与引线框架1电性连接。具体地，第一芯片2包括导电层21、设置在导电层21下方的非功能层22、以及容置在非功能层22下部的功能层23。

非功能层22设有导电孔，在图1所示的实施例中，导电孔包括导电通孔221和导电盲孔222，导电通孔221从非功能层22的上表面向下延伸至功能层23，导电盲孔222从非功能层22的上表面向下延伸至非功能层的下表面。因此，导电通孔221能够将导电层21与引线框架1电性连接，导电盲孔222能够将导电层21和功能层23电性连接。

其中，在图1所示的实施例中，导电层21与引线框架1之间通过导电通孔221和焊锡球87进行连接(具体的参考图4)，焊锡球87设置在导电通孔221的底部以更好的实现导电层21与引线框架1之间的电性连接。

第二芯片3和第三芯片4均设置在第一芯片2的上方，且第二芯片3和第三芯片4均与第一芯片2的导电层21电性连接。在图1所示的实施例中，第二芯片3和第三芯片4位于同一层，可以理解的，第二芯片3和第三芯片也可以不位与于同一层，但只要均设置在第一芯片2的上方即可。

连接桥5与第二芯片3和第三芯片4以及导电层21电性连接，从而将第二芯片3和第三芯片4上表面的电极通过导电层21、导电通孔221引出到引线框架1上，并最终通过引线框架1引出到智能功率模块的外表面进行重新排布。

在一个实施例中，连接桥5由金属铜制成，应理解地，连接桥5还可以采用其它任何合适的金属材料，只要能够实现电性连接功能即可。

包封体6用于封装第一芯片2、第二芯片3、第三芯片4和连接桥5以及部分引线框架1。在图1所示的实施例中，引线框架1为凹槽型结构，第一芯片2、第二芯片3、第三芯片4和连接桥5均设置在引线框架1的凹槽内，包封体6仅包封引线框架1的设置有第一芯片2、第二芯片3、第三芯片4和连接桥5的部分。

在一个实施例中，包封体6由环氧树脂材料注塑成型。应理解地，包封体6还可采用其它任何合适的材料，只要能够实现包封功能即可。

另外，该堆叠结构的智能功率模块还可以包括绝缘散热块7，具体地，如图1所示，该绝缘散热块7设置在引线框架1的下方且容置在包封体6的内部。在一个实施例中，绝缘散热块7由陶瓷材料制成。

在一个实施例中，第一芯片2、第二芯片3和第三芯片4分别为驱动ic芯片、igbt芯片和frd芯片。

下面以图2为例进行说明，在图2中，igbt芯片与导电层21之间、igbt芯片与连接桥5之间均通过焊锡球8进行电性连接，具体地，igbt芯片下表面的两个电极分别通过焊锡球81和82电性连接到导电层21上，并通过导电盲孔222连接到驱动ic芯片的功能层23。igbt芯片上表面的一个电极通过焊锡球83电性连接到连接桥5上。frd芯片与导电层21之间以及frd芯片与连接桥5之间均通过焊锡球8进行电性连接，具体地，frd芯片的下表面的一个电极通过焊锡球84电性连接到导电层21上，frd芯片的上表面的一个电极通过焊锡球85电性连接到连接桥5上。

再次参见图1，第一芯片的功能层23与引线框架1之间通过焊锡球86进行电性连接，第一芯片的非功能层22(的导电通孔221)与引线框架1之间通过焊锡球87进行连接。

图3示出了根据本申请的堆叠结构的智能功率模块的制造方法，其包括以下步骤s10～s50。具体地：

如图4所示，在步骤s10中，先提供引线框架1，并在引线框架1上设置第一芯片2，其中，

第一芯片2包括导电层21、设置在导电层21下方的非功能层22、以及容置在非功能层22下部的功能层23。

在步骤s20中：在非功能层22设置导电孔，使得导电层21和功能层23电性连接，并使得导电层21与引线框架1电性连接。在如图4所示的实施例中，导电孔包括导电盲孔222和导电通孔221，导电通孔221用于电性连接导电层21和引线框架1，导电盲孔222用于电性连接导电层21和功能层23。

如图5所示，在步骤s30中：在第一芯片2的上方设置第二芯片3和第三芯片4，并使第二芯片3和第三芯片4均与第一芯片1的导电层21电性连接。

如图6所示，在步骤s40中：设置连接桥5，使连接桥5与第二芯片3和第三芯片4以及导电层21电性连接，从而将第二芯片3和第三芯片4上表面的电极通过导电层21、导电通孔221引出到引线框架1上，并最终通过引线框架1引出到智能功率模块的外表面进行重新排布。

在步骤s50中：利用包封体6将第一芯片2、第二芯片3、第三芯片4、连接桥5和部分引线框架1进行封装。在该实施例中，引线框架1为凹槽型结构，第一芯片2、第二芯片3、第三芯片4和连接桥5均设置在引线框架1的凹槽内，包封体6仅包封引线框架1的设置有第一芯片2、第二芯片3、第三芯片4和连接桥5的部分，包封后的结构如图1所示。

在一个实施例中，在步骤s40和步骤s50之间还可包括步骤s00:在引线框架1的下方设置绝缘散热板7(如图7所示)，并将绝缘散热板7容置在包封体6的内部(如图1所示)。

在图4-图7所示的实施例中，第一芯片2、第二芯片3和第三芯片4分别为驱动ic芯片、igbt芯片和frd芯片。下面以图4为例进行说明，在图4中，驱动ic芯片的功能层23通过焊锡球86与引线框架1电性连接，非功能层22的导电通孔211通过焊锡球87与引线框架1电性连接。在图5中，igbt芯片下表面的两个电极分别通过焊锡球81和82电性连接到导电层21上，并通过导电盲孔222电性连接到驱动ic芯片的功能层23。frd芯片的下表面的电极通过焊锡球84电性连接到导电层21上。在图6中，igbt芯片上表面的电极通过焊锡球83电性连接到连接桥5上，frd芯片的上表面的电极通过焊锡球85电性连接到连接桥5上。

综上所述，本申请的堆叠结构的智能功率模块是利用了第一芯片的桥接功能，通过将第一芯片的导电层将第二芯片和第三芯片电性连接起来，并通过第一芯片的导电孔将第二芯片与第一芯片的功能层电性连接，从而使得第二芯片和第三芯片能够叠层焊接在第一芯片的上方，解决了传统的智能功率模块中，第一芯片、第二芯片和第三芯片均贴合在同一面上所造成的模块面积大的问题，使得智能功率模块的占板面积减小，满足了智能功率模块小型化的需求，提高了智能功率模块的集成度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。