一种单元式塑封模块、集成式功率模块及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种单元式塑封模块、集成式功率模块及其制备方法。

背景技术：

1、功率半导体技术在当今快速发展的工业领域占有非常重要的地位，功率模块作为功率半导体技术的代表，已广泛应用于电动汽车，光伏发电，风力发电，工业变频等行业。随着我国工业的崛起，功率半导体模块有着更加广阔的市场前景。

2、随着功率半导体技术的发展，对功率模块的高转换效率、高功率密度、高效散热的要求不断提高。然而，随着开关速度和工作频率的增加，功率模块封装中寄生参数的影响也越来越明显。例如，传统绝缘基板和铝线键合封装结构因其制造成熟、成本低而被广泛应用于多芯片功率模块封装，但是此封装方法会导致电流回路中的寄生电感较大。较大的寄生电感会导致功率半导体器件开关损耗增加，同时会引起高频振荡等电磁干扰问题，甚至还会造成因过电压而损坏。

3、传统的封装结构通常采用边框式结构，如图16所示，这种封装结构体积大、寄生电感高、转换交率低，而且只能通过底板单方向散热，影响了散热效率。近几年市场上推出了塑封的功率模块，如图17所示，塑封功率模块由于内部芯片较多，体积并不能大幅降低，塑封后残余应力较大，存在环氧与底板容易分层的问题。现有塑封模块拓扑结构复杂，内部集成芯片较多，且很难在封装前进行有效筛选，故成本难以降低。塑封功率模块为单面散热结构，且内部仍采用了键合线，散热及寄生电感难以进一步降小。

技术实现思路

1、本发明针对以上问题，提供了一种降低体积和寄生电感的一种单元式塑封模块、集成式功率模块及其制备方法。

2、本发明的技术方案是：

3、一种单元式塑封模块，包括：

4、绝缘基板，上表面设有功率金属层一；所述功率金属层一上设置有固定连接的功率连接块一；

5、功率芯片，设有若干，通过焊接/烧结设置在所述功率金属层一上；若干所述功率芯片上表面上分别设有固定连接的功率连接块二。

6、具体的，若干所述功率芯片为igbt芯片，若干所述igbt芯片的集电极焊接/烧结设置在所述绝缘基板的功率金属层一上，若干所述igbt芯片上表面为发射极，所述发射极上设有固定连接的功率连接块二。

7、具体的，若干所述功率芯片为mosfet芯片，若干所述mosfet芯片的漏极焊接/烧结设置在所述绝缘基板的功率金属层一上，若干所述mosfet芯片上表面为源极，所述功率连接块二固定设置在源极上。

8、具体的，若干所述功率芯片为frd芯片或sbd芯片，若干所述frd芯片或sbd芯片的阳极焊接或烧结在功率金属层一上，所述frd芯片或sbd芯片的阴极焊接或烧结有功率连接块二；

9、或者，若干所述frd芯片或sbd芯片的阴极焊接或烧结在功率金属层一上，所述frd芯片或sbd芯片的阳极焊接或烧结有功率连接块二。

10、具体的，所述绝缘基板上表面还设有门极金属层，所述门极金属层一端与所述igbt芯片门极通过键合线电连接，另一端焊接/烧结有门极连接块。

11、具体的，所述绝缘基板上表面还设有门极金属层，所述门极金属层一端与所述mosfet芯片的门极通过键合线电连接，另一端焊接/烧结有门极连接块。

12、具体的，所述绝缘基板上表面还设有源极/发射极驱动金属层；

13、所述源极/发射极驱动金属层的一端与所述功率芯片的源极或发射极通过键合线实现电连接，另一端通过焊接或烧结方式与有源极或发射极驱动连接块。

14、具体的，所述功率芯片的上表面与所述功率连接块二之间焊接或烧结有钼片。

15、具体的，所述绝缘基板从上而下依次包括上表面金属层，中间绝缘层以及下表面金属层。

16、具体的，所述绝缘基板上设有包裹功率芯片的环氧树脂；

17、所述功率连接块一、功率连接块二和门极连接块的顶部分别从环氧树脂内伸出；

18、所述绝缘基板下表面金属层的底部从环氧树脂内伸出。

19、一种集成式功率模块，包含上述任意一项所述的单元式塑封模块，包括：

20、系统绝缘基板，顶面设有间隔固定设置的正电极金属层、负电极金属层和输出电极金属层；

21、正电极，固定连接在所述正电极金属层上；

22、负电极，固定连接在所述负电极金属层上；

23、输出电极，固定连接在所述输出电极金属层上；

24、单元式塑封模块，设有两只及以上，与所述系统绝缘基板上相应金属层电性连接。

25、具体的，所述系统绝缘基板顶面还设置有上桥门极金属层、上桥源极/发射极金属层、下桥门极金属层和下桥源极/发射极金属层；

26、上桥门极电极，固定连接在所述上桥门极金属层上；

27、上桥源极/发射极电极，固定连接在所述上桥源极/发射极金属层上；

28、下桥门极电极，固定连接在所述下桥门极金属层上；

29、下桥源极/发射极电极，固定连接在所述下桥源极/发射极金属层上。

30、具体的，所述系统绝缘基板的系统中间绝缘层上设置有平衡金属层，所述平衡金属层呈矩形框体，固定设置在所述正电极金属层、负电极金属层和输出电极金属层外侧。

31、具体的，所述单元式塑封模块与系统绝缘基板之间空隙填充有硅凝胶或硅橡胶。

32、具体的，所述系统绝缘基板周边粘结有外壳，正电极、负电极、输出电极、上桥门极电极、上桥源极/发射极电极、下桥门极电极、下桥源极/发射极电极均从外壳中穿出。

33、具体的，所述系统绝缘基板的底部从外壳内伸出，若干单元式塑封模块的绝缘基板的下表面金属层从所述外壳内伸出。

34、一种集成式功率模块的制备方法，包括以下步骤：

35、第一步：芯片烧结/焊接；

36、将igbt芯片、mosfet芯片、frd芯片、sbd芯片中的一种或几组通过烧结或焊接的方式组装在绝缘基板的上表面金属层上；

37、第二步：引线键合；

38、对于igbt芯片、mosfet芯片，将功率芯片的门极、发射极/源极驱动通过引线键合的方式与绝缘基板的相应金属层相连；也可以只键合门极引线，发射极/源极驱动从功率回路引出；对于frd芯片、sbd芯片，由于没有控制电极，可以忽略此步骤；

39、第三步：连接块烧结/焊接；

40、对于igbt芯片，将连接块烧结/焊接在其发射极上；对于mosfet芯片，将连接块烧结/焊接在源极上；对于frd、sbd芯片，将连接块烧结/焊接在阳极上；

41、第四步：塑封；

42、使用环氧树脂，利用注塑机，对单元式功率模块进行塑封；

43、第五步：单元式功率模块烧结/焊接；

44、选用合适规格的单元式功率模块，使用银膏或软钎焊料将单元式功率模块烧结/焊接在系统绝缘基板的相应位置上；

45、第六步：封壳；

46、采用密封胶将外壳粘结在系统绝缘基板上，并对密封胶进行固化；然后将电极通过超声波金属焊接的方式与系统绝缘基板相连；或者先烧结/焊接电极，然后安装外壳；

47、第七步：灌胶；在外壳内部灌硅凝胶，然后真空脱泡，并进行固化；

48、第八步：安装盖板。

49、本发明有益效果：

50、本发明的功率模块采用单元式塑封结构，由于集成的芯片较少，因此体积减小，残余应力小，可靠性高；mosfet芯片采用了双面焊接技术，去除了功率回路的键合线，有效降低了功率模块的寄生电感；同时向两侧散热，有效提升了散热效率。

51、本发明功率模块为单元式结构，可在塑封后进行更方便有效的筛选，有效剔除有缺陷的产品，提升了集成功率模块的良率；同时可以根据用户的需要进行装配，从而提升了用户使用的灵活性。