芯片表面连接系统及功率模块系统的制作方法

本实用新型涉及芯片技术领域，特别是涉及一种芯片表面连接系统及功率模块系统。

背景技术：

芯片是电路小型化的一种方式，小型化后的电路被封装在芯片壳体中，被广泛应用在各种电路系统中。随着芯片的集成化发展，单位面积上的电路系统可配置的芯片数量也逐渐增大。因此，将芯片安装的表面连接方式对电路系统的性能有着明显的影响。

传统的芯片表面连接方式主要有以下两种：一是通过铜引线或铝引线键合；二是通过锡膏或焊片高温重融形成用于表面连接的焊层。然而，通过铜引线或铝引线键合的芯片表面连接方式，其载流能力小，且导热率低；通过锡膏或焊片形成焊层的芯片表面连接方式，空洞率要求高，且容易限制芯片的工作温度，即芯片的工作温度不能高于锡膏或焊片的熔点。

综上，传统的芯片表面连接方式还存在以上的缺陷。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的芯片表面连接方式还存在的缺陷，提供一种芯片表面连接系统及功率模块系统。

一种芯片表面连接系统，包括：

第一连接件，所述第一连接件包括第一连接件本体以及设置在所述第一连接件本体的镀第一金属层；其中，所述镀第一金属层由烧结在所述第一连接件本体一侧的第二金属颗粒组成；

第二连接件，所述第二连接件包括第二连接件本体以及设置在所述第二连接件本体的镀第二金属层；其中，所述镀第二金属层由烧结在所述第二连接件本体一侧的第三金属颗粒组成；

其中，所述镀第一金属层与所述镀第二金属层通过第一金属烧结连接层连接。

上述的芯片表面连接系统，第一连接件的镀第一金属层与第二连接件的镀第一金属层间通过第二金属烧结连接层连接。由于镀第一金属层由第二金属颗粒烧结形成，镀第二金属层由第三金属颗粒烧结形成，使得第一金属烧结连接层更加稳定。基于此，有利于提高载流能力和导热率，同时，可通过选用熔点高于锡的熔点第一金属颗粒、第二金属颗粒和第三金属颗粒，提高芯片的限制工作温度值。

在其中一个实施例中，所述第二金属颗粒包括银颗粒或铜颗粒。

在其中一个实施例中，所述第二金属颗粒包括纳米银颗粒。

在其中一个实施例中，所述第二金属颗粒包括纳米铜颗粒。

在其中一个实施例中，所述第三金属颗粒包括银颗粒或铜颗粒。

在其中一个实施例中，所述第三金属颗粒包括纳米银颗粒。

在其中一个实施例中，所述第三金属颗粒包括纳米铜颗粒。

在其中一个实施例中，所述第二金属颗粒选用所述第一金属颗粒材质相同的金属颗粒。

在其中一个实施例中，所述第二金属颗粒选用所述第三金属颗粒材质相同的金属颗粒。

在其中一个实施例中，所述第三金属颗粒选用所述第一金属颗粒材质相同的金属颗粒。

在其中一个实施例中，所述第二金属颗粒选用所述第一金属颗粒和所述第三金属颗粒材质相同的金属颗粒。

一种功率模块系统，包括底板和igbt功率模块；

所述底板包括底板本体以及设置在所述底板本体的镀第一金属层；其中，所述镀第一金属层由烧结在所述底板本体一侧的第二金属颗粒组成；

所述igbt功率模块包括igbt功率模块本体以及设置在所述igbt功率模块本体的镀第二金属层；其中，所述镀第二金属层由烧结在所述igbt功率模块本体一侧的第三金属颗粒组成；

其中，所述镀第一金属层与所述镀第二金属层通过第一金属烧结连接层连接。

上述的功率模块系统，底板的镀第一金属层与igbt功率模块的镀第二金属层间通过第一金属烧结连接层连接。由于镀第一金属层由第二金属颗粒烧结形成，镀第二金属层由第三金属颗粒烧结形成，使得第一金属烧结连接层更加稳定。基于此，有利于提高载流能力和导热率，同时，可通过选用熔点高于锡的熔点第一金属颗粒、第二金属颗粒和第三金属颗粒，提高igbt功率模块的限制工作温度值。

在其中一个实施例中，所述igbt功率模块本体包括模封体、功率端子和信号端子；

所述镀第二金属层设置在所述模封体一侧。

附图说明

图1为一实施方式的芯片表面连接系统模块结构图；

图2为第一金属烧结连接层生成工艺示意图；

图3为一实施方式的功率模块系统结构示意图；

图4为一实施方式的igbt功率模块结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例还提供一种芯片表面连接系统。

图1为一实施方式的芯片表面连接系统模块结构图，如图1所示，一实施方式的芯片表面连接系统包括：

第一连接件，所述第一连接件包括第一连接件本体100以及设置在所述第一连接件本体100的镀第一金属层101；其中，所述镀第一金属层101由烧结在所述第一连接件本体100一侧的第二金属颗粒组成；

第二连接件，所述第二连接件包括第二连接件本体200以及设置在所述第二连接件本体200的镀第二金属层201；其中，所述镀第二金属层201由烧结在所述第二连接件本体200一侧的第三金属颗粒组成；

其中，所述镀第一金属层101与所述镀第二金属层201通过第一金属烧结连接层300连接。

其中，第一金属烧结连接层300有第一金属颗粒烧结生成。

图2为第一金属烧结连接层生成工艺示意图，如图2所示，在金属框架与芯片间形成涂覆有第一金属烧结溶剂，第一金属烧结溶剂包括有机溶剂和第一金属颗粒。通过外部压力压合金属框架和芯片，加热第一金属烧结溶剂并保温一段时间，使得有机溶剂挥发和烧蚀掉，第一金属颗粒之间通过互扩散形成有少量微小空间的第一金属烧结连接层300，同时第一金属颗粒与金属框架和芯片发生冶金反应形成结合界面。

其中，如图1所示，第一金属烧结层300通过上述一实施方式的芯片表面连接方法生成。由于镀第一金属层101由第二金属颗粒组成，镀第二金属层201由第三金属颗粒组成，有利于形成第一金属烧结层300的冶金反应，提高镀第一金属层101与镀第二金属层201间的连接稳定性。

在其中一个实施例中，第二金属颗粒可选用熔点高于锡膏或焊片的熔点的金属颗粒。在其中一个实施例中，第二金属颗粒选用铜颗粒或银颗粒。作为其中一个较优的实施方式，第二金属颗粒选用纳米铜颗粒。作为另一个较优的实施方式，第二金属颗粒选用纳米银颗粒。

在选用铜颗粒或银颗粒后，第二金属颗粒的熔点明显高于锡膏或焊片的熔点。基于第二金属颗粒形成的镀第一金属层101的熔点高于锡膏或焊片，提高芯片的工作温度限制，防止镀第一金属层101被芯片工作的热量熔化。

在其中一个实施例中，第三金属颗粒可选用熔点高于锡膏或焊片的熔点的金属颗粒。在其中一个实施例中，第三金属颗粒选用铜颗粒或银颗粒。作为其中一个较优的实施方式，第三金属颗粒选用纳米铜颗粒。作为另一个较优的实施方式，第三金属颗粒选用纳米银颗粒。

在选用铜颗粒或银颗粒后，第三金属颗粒的熔点明显高于锡膏或焊片的熔点。基于第三金属颗粒形成的镀第二金属层201的熔点高于锡膏或焊片，提高芯片的工作温度限制，防止镀第二金属层201被芯片工作的热量熔化。

在其中一个实施例中，第二金属颗粒选用所述第一金属颗粒材质相同的金属颗粒。通过材质相同的金属颗粒，镀第一金属层101与第一金属烧结连接层300为材质相同的金属层，有利于镀第一金属层101与第一金属烧结连接层300间的冶金反应，提高镀第一金属层101与第一金属烧结连接层300间结合界面的稳定性。同时，由于提高镀第一金属层101与第一金属烧结连接层300间的载流能力和导热性能。作为一个较优的实施方式，第二金属颗粒与第一金属颗粒均为纳米银颗粒。

在其中一个实施例中，第三金属颗粒选用所述第一金属颗粒材质相同的金属颗粒。通过材质相同的金属颗粒，镀第二金属层201与第一金属烧结连接层300为材质相同的金属层，有利于镀第二金属层201与第一金属烧结连接层300间的冶金反应，提高镀第二金属层201与第一金属烧结连接层300间结合界面的稳定性。同时，由于提高镀第二金属层201与第一金属烧结连接层300间的载流能力和导热性能。作为一个较优的实施方式，第三金属颗粒与第一金属颗粒均为纳米银颗粒。

在其中一个实施例中，第二金属颗粒选用所述第一金属颗粒和所述第三金属颗粒材质相同的金属颗粒。通过材质相同的金属颗粒，镀第一金属层101、镀第二金属层201与第一金属烧结连接层300为材质相同的金属层，在镀第二金属层201与第一金属烧结连接层300间发生冶金反应，且镀第一金属层101与第一金属烧结连接层300间发生冶金反应后，镀第一金属层101、镀第二金属层201与第一金属烧结连接层300的整体性较佳，有利于提高载流能力和导热性能以及连接稳定性。作为一个较优的实施方式，第一金属颗粒、第二金属颗粒和第三金属颗粒均为纳米银颗粒。

上述的芯片表面连接系统，第一连接件的镀第一金属层101与第二连接件的镀第一金属层201间通过第二金属烧结连接层300连接。由于镀第一金属层101由第二金属颗粒烧结形成，镀第二金属层201由第三金属颗粒烧结形成，使得第一金属烧结连接层300更加稳定。基于此，有利于提高载流能力和导热率，同时，可通过选用熔点高于锡的熔点第一金属颗粒、第二金属颗粒和第三金属颗粒，提高芯片的限制工作温度值。

本实用新型实施例还提供一种功率模块系统。

图3为一实施方式的功率模块系统结构示意图，如图3所示，一实施方式的功率模块系统包括底板和igbt功率模块；

所述底板包括底板本体400以及设置在所述底板本体400的镀第一金属层401；其中，所述镀第一金属层401由烧结在所述底板本体400一侧的第二金属颗粒组成；

所述igbt功率模块包括igbt功率模块本体500以及设置在所述igbt功率模块本体500的镀第二金属层501；其中，所述镀第二金属层501由烧结在所述igbt功率模块本体500一侧的第三金属颗粒组成；

其中，所述镀第一金属层401与所述镀第二金属层501通过第一金属烧结连接层300连接。

其中，igbt功率模块本体500的内部空间用于设置igbt功率模块电路，为igbt功率模块电路提高保护壳体。镀第二金属层501烧结在所述igbt功率模块本体500一侧，即由第三金属颗粒烧结在igbt功率模块本体500一侧表面，形成一层镀第二金属层501。

同理，镀第一金属层401由第二金属颗粒烧结在底板本体400一侧表面。

其中，底板本体400包括散热板或电路基板。在底板本体400为散热板时，在igbt功率模块本体500的内部的电路工作发热时，热量通过镀第二金属层501、第一金属烧结连接层300和镀第一金属层401向底板本体400传导。在底板本体400，电流过镀第二金属层501、第一金属烧结连接层300和镀第一金属层401向底板本体400传递。

在其中一个实施例中，igbt功率模块本体500包括模封体、功率端子和信号端子；

所述镀第二金属层设置在所述模封体一侧。

其中，模封体的内部空间用于设置igbt功率模块电路，igbt功率模块电路通过设置在模封体外的功率端子和信号端子与外部电路连接。

图4为一实施方式的igbt功率模块结构示意图，如图4所示，一实施方式的igbt功率模块包括第一功率端子1、模封体2、镀第二金属层3、第二功率端子4、第一信号端子5和第二信号端子6。

上述的功率模块系统，底板的镀第一金属层401与igbt功率模块的镀第二金属501层间通过第一金属烧结连接层300连接。由于镀第一金属层401由第二金属颗粒烧结形成，镀第二金属层501由第三金属颗粒烧结形成，使得第一金属烧结连接层300更加稳定。基于此，有利于提高载流能力和导热率，同时，可通过选用熔点高于锡的熔点第一金属颗粒、第二金属颗粒和第三金属颗粒，提高igbt功率模块的限制工作温度值。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。