一种功率模块的制造方法与流程

本发明涉及半导体，具体涉及一种功率模块的制造方法。

背景技术：

1、功率模块是大功率半导体器件按一定的功能组合再灌封成一体的模块。功率模块可根据封装的半导体元器件的不同实现不同功能，广泛应用于工业变频、变流器、汽车电机控制器等需要进行电能转换的场景。功率半导体器件通过连接材料(通常为焊接或者金属烧结)粘接在陶瓷基板或者铜基板上。功率半导体器件在工作时，会产生热损耗，如果发热量太大，又来不及向周围媒质消散，就会因温度过高而失效，所以，半导体功率模块的热管理对于模块的性能以及成本有着至关重要的作用，为了避免功率半导体器件温度过高，一般会增加散热器来加快散热。

2、为此，公告号为cn217822764u的专利文献就公开了一种带有散热功能的新型igbt模块，其包括陶瓷基板，陶瓷基板的底部固定安装有接触层，接触层的底部设有硅脂层，陶瓷基板的顶部固定安装有覆铜层，覆铜层的顶部焊接有若干个芯片，覆铜层的顶部还开设有两个插入孔，两个插入孔的内壁上设有辅助组件。该igbt模块虽然具有一定的散热效果，但由于其采用接触层与硅脂层配合散热，在制备时需要安装单独的铜板并敷设硅脂，因而存在着生产工序复杂及成本较高的技术问题。另外，由于硅脂的导热系数仅为0.8-5.0w/m·k，因此其散热效果也较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的上述技术问题，提供了一种功率模块的散热结构，本发明所述的制备方法通过在铝散热器上设置镀铜层，并利用该镀铜层进行直接散热，相对于现有技术来说取消了接触层和导热硅脂，因而解决了现有功率模块生产工序复杂、成本较高及散热效果差的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种功率模块的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

4、步骤1：提供一铝散热器，该铝散热器上涂覆有镀铜层；

5、步骤2：提供一功率器件，该功率器件包括至少一个芯片；

6、步骤3：将芯片直接和/或通过dbc陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上，以使芯片产生的热量直接和/或通过dbc陶瓷覆铜板间接传递至铝散热器上。

7、步骤1中，镀铜层采用化学镀、机械喷涂或等离子喷镀工艺涂覆在铝散热器上。

8、步骤1中，镀铜层的厚度为10um～2000um。

9、步骤1中，铝散热器的一侧设有光滑的平面，另一侧设有散热翅片，镀铜层覆盖在平面上。

10、步骤3中，芯片直接焊固在镀铜层上时，芯片与镀铜层之间通过锡膏焊接固定；芯片通过dbc陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上时，芯片与dbc陶瓷覆铜板之间及dbc陶瓷覆铜板与镀铜层之间均通过锡膏焊接固定。

11、步骤3中，通过锡膏焊接固定的方法为：先在镀铜层上刷锡膏，再将芯片和/或dbc陶瓷覆铜板对应放置到锡膏上，然后利用烧结炉在200～400℃的温度下熔化锡膏，使芯片直接和/或通过dbc陶瓷覆铜板间接焊固到镀铜层上。

12、采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：

13、1、本发明通过先在铝散热器上涂覆镀铜层，再将功率器件的芯片直接和/或通过dbc陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上，就能够制造出散热效果更好的功率模块。相对于现有技术来说，一方面，本方法取消了接触层和导热硅脂，因而使得功率模块的制造更加简单，同时降低了生产成本，提高了生产效率。另一方面，由于镀铜层的导热系数为401w/mk，远大于硅脂的导热系数，再加上芯片是直接或通过dbc陶瓷覆铜板间接焊固到镀铜层上，因取消了接触层和导热硅脂，相应地也减少了中间的传热结构及传热过程，因而还有效地提升了导热效果。

14、2、本发明中的镀铜层可采用化学镀、机械喷涂或等离子喷镀等工艺设置在铝散热器上，一方面，其能使镀铜层与铝散热器形成一体式结构，进而使得其散热效果更好。另一方面，其还使得镀铜层的设置更加简单。

15、3、本发明将镀铜层的厚度设为10um～2000um，一方面，其有利于大幅提升传热效率。另一方面，由于采用导热硅脂工艺填充时，如空气包含于导热硅脂内部或连接处，较难排除,会形成不规则且位置随机的空洞，因而有引发产品损坏风险。而采用镀铜层则能够有效消除空洞，有利于减少产品损坏的风险。

16、4、本发明通过烧结炉在200～400℃的温度下熔化锡膏，其不仅有利于使芯片稳定地固定到铝散热器上，还有利于实现热量的有效传递。

技术特征：

1.一种功率模块的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于：步骤1中，镀铜层采用化学镀、机械喷涂或等离子喷镀工艺涂覆在铝散热器上。

3.根据权利要求1或2所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于：步骤1中，镀铜层的厚度为10um～2000um。

4.根据权利要求1所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于：步骤1中，铝散热器的一侧设有光滑的平面，另一侧设有散热翅片，镀铜层覆盖在平面上。

5.根据权利要求1、2或4中任一项所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于：步骤3中，芯片直接焊固在镀铜层上时，芯片与镀铜层之间通过锡膏焊接固定；芯片通过dbc陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上时，芯片与dbc陶瓷覆铜板之间及dbc陶瓷覆铜板与镀铜层之间均通过锡膏焊接固定。

6.根据权利要求5所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于：步骤3中，通过锡膏焊接固定的方法为：先在镀铜层上刷锡膏，再将芯片和/或dbc陶瓷覆铜板对应放置到锡膏上，然后利用烧结炉在200～400℃的温度下熔化锡膏，使芯片直接和/或通过dbc陶瓷覆铜板间接焊固到镀铜层上。

技术总结
本发明公开了一种功率模块的制造方法，涉及半导体技术领域，包括：步骤1：提供一铝散热器，该铝散热器上涂覆有镀铜层；步骤2：提供一功率器件，该功率器件包括至少一个芯片；步骤3：将芯片直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板间接焊固在镀铜层上，以使芯片产生的热量直接和/或通过DBC陶瓷覆铜板间接传递至铝散热器上。本发明所述的制备方法在铝散热器上设置了镀铜层，并利用该镀铜层进行直接散热，相对于现有技术来说取消了接触层和导热硅脂，因而解决了现有功率模块生产工序复杂、成本较高及散热效果差的技术问题。

技术研发人员：邓华鲜
受保护的技术使用者：乐山希尔电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17