功率模块封装结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体涉及一种功率模块封装结构和一种功率模块封装结构的制作方法。

背景技术

近年来，随着应用端对高功率模块的需求越来越多，为了实现电力电子行业的高频、高功率及高密度封装，需要使用更大尺寸的芯片，导致功率模块内部布局空间越来越受到限制。

目前，功率模块普遍使用焊接信号端子进行电路连接，这种连接方式对功率模块的布局空间有很大的限制，容易产生电流回路复杂、回路电感不一致等电性能问题；同时，焊接信号端子产生的应力对功率模块的长期可靠性存在潜在不良影响，导致功率模块可能会产生如疲劳失效，端子焊点开裂等情况；另外，为了在功率模块中避让信号端子，键合等工艺的实现会受到影响，导致功率模块制作工艺实现难度较高。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种功率模块封装结构和一种功率模块封装结构的制作方法，能够减少信号端子结构尺寸及成本，避免信号端子焊接带来的风险，有效解决信号端子的避让问题，降低制作工艺的实现难度，增加功率模块可设计空间，有利于高功率产品的开发。

本发明采用的技术方案如下：

一种功率模块封装结构，包括：导热底板；绝缘基板，所述绝缘基板固定设置于所述导热底板的上表面；功率器件，所述功率器件固定设置于所述绝缘基板的上表面；外壳，所述外壳罩设于所述导热底板上并与所述导热底板形成有容纳所述绝缘基板和所述功率器件的容纳空间；悬浮板，所述悬浮板设置于所述容纳空间内，所述悬浮板位于所述绝缘基板之上且与所述绝缘基板间隔一定距离；信号端子，所述信号端子设置于所述悬浮板上，所述信号端子的一端与所述悬浮板上的电路相连、另一端伸出所述外壳之外；第一键合线，所述第一键合线的两端分别对应连接所述绝缘基板上的电路和所述悬浮板上的电路，以实现所述功率器件与所述信号端子的电连接。

另外，根据本发明上述提出的功率模块封装结构还有可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述悬浮板固定于所述外壳内壁上。

根据本发明的一个实施例，所述信号端子插接于所述悬浮板上。

根据本发明的一个实施例，所述功率模块封装结构还包括功率电极，所述功率电极设置于所述绝缘基板上，所述功率电极的一端与所述绝缘基板上的电路相连、另一端伸出所述外壳之外。

进一步地，所述功率电极烧结于所述绝缘基板上。

根据本发明的一个实施例，所述功率模块封装结构还包括第二键合线，所述第二键合线的两端分别对应连接所述功率器件和所述绝缘基板上的电路。

根据本发明的一个实施例，所述绝缘基板焊接于所述导热底板的上表面，所述功率器件焊接于所述绝缘基板的上表面。

根据本发明的一个实施例，所述外壳粘接于所述导热底板上。

根据本发明的一个实施例，所述容纳空间内还灌注有封装胶。

一种功率模块封装结构的制作方法包括以下步骤：将所述导热底板、所述绝缘基板和所述功率器件依次固定在一起；进行所述功率器件与所述绝缘基板上的电路的连接；将所述外壳罩设于所述导热底板上并固定；在所述容纳空间内设置所述悬浮板，并在所述悬浮板上设置所述信号端子；通过所述第一键合线连接所述绝缘基板上的电路和所述悬浮板上的电路，以实现所述功率器件与所述信号端子的电连接。

本发明的有益效果：

本发明通过在外壳内设置与绝缘基板间隔一定距离的悬浮板并将信号端子设置于悬浮板上，能够缩减信号端子结构尺寸及成本，避免信号端子焊接带来的风险和信号端子的避让问题，降低制作工艺的实现难度，增加功率模块可设计空间，有利于高功率产品的开发。

附图说明

图1为本发明一个实施例的功率模块封装结构的结构示意图；

图2为本发明实施例的功率模块封装结构的制作方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的功率模块封装结构包括导热底板10、绝缘基板20、功率器件30、外壳40、悬浮板50、信号端子60、第一键合线70。其中，绝缘基板20固定设置于导热底板10的上表面；功率器件30固定设置于绝缘基板20的上表面；外壳40罩设于导热底板10上并与导热底板10形成有容纳绝缘基板20和功率器件30的容纳空间41；悬浮板50设置于容纳空间41内，悬浮板50位于绝缘基板20之上且与绝缘基板20间隔一定距离；信号端子60设置于悬浮板50上，信号端子60的一端与悬浮板50上的电路相连、另一端伸出外壳40之外；第一键合线70的两端分别对应连接绝缘基板20上的电路和悬浮板50上的电路，以实现功率器件30与信号端子60的电连接。

相较于传统的功率模块封装结构将信号端子焊接于绝缘基板上的设置方式，本发明实施例将信号端子60固定于悬浮板50上且悬浮板50与绝缘基板20间隔一定距离的设置，能够缩减信号端子结构尺寸及成本，增加功率模块可设计空间，有利于高功率产品的开发；此外，由于信号端子60没有直接与绝缘基板20接触，不仅可以避免信号端子60焊接带来的风险，而且不存在信号端子60的避让问题，降低了制作工艺的实现难度。

在本发明的一个实施例中，悬浮板50可固定于外壳40内壁上，其中，悬浮板50可以采取粘接、焊接等方式进行固定，悬浮板50固定的位置由外壳40的高度、绝缘基板20的高度以及实际功率模块封装结构的设计需求决定。通过将悬浮板50设置在合理高度，能够在绝缘基板20上设置更高功率的大尺寸芯片。

在本发明的一个实施例中，信号端子60可插接于悬浮板50上，信号端子60在功率模块封装之前可以进行插拔，安装更加灵活。

进一步地，如图1所示，功率模块封装结构还可包括功率电极80，功率电极80设置于绝缘基板20上，功率电极80的一端与绝缘基板20上的电路相连、另一端伸出外壳40之外。

具体地，功率电极80可烧结于绝缘基板20上，例如采用低温烧结的方式将功率电极80固定在绝缘基板20上。

进一步地，如图1所示，功率模块封装结构还可包括第二键合线90，第二键合线90的两端分别对应连接功率器件30和绝缘基板20上的电路。功率器件30可以通过第二键合线90键合的方式与绝缘基板20上的电路进行电连接。

在本发明的一个实施例中，绝缘基板20可焊接于导热底板10的上表面，功率器件30可焊接于绝缘基板20的上表面。具体地，可通过回流焊接的方式将导热底板10、绝缘基板20和功率器件30依次烧结在一起。

在本发明的一个实施例中，外壳40可粘接于导热底板10上，其中，粘接材料可使用密封材料。在本发明的另一个实施例中，外壳40可烧接或焊接于导热底板10上，使导热底板10和外壳40固定成为一个底部密闭的整体。

进一步地，容纳空间41内还可灌注有封装胶，其中，封装胶灌注的高度应当高于悬浮板50、第一键合线70和第二键合线90的高度，实现对功率模块封装结构内部电路和元器件的保护。

根据本发明提出的功率模块封装结构，通过在外壳内设置与绝缘基板间隔一定距离的悬浮板并将信号端子设置于悬浮板上，能够缩减信号端子结构尺寸及成本，避免信号端子焊接带来的风险和信号端子的避让问题，降低制作工艺的实现难度，增加功率模块可设计空间，有利于高功率产品的开发。

如图2所示，本发明实施例的功率模块封装结构的制作方法包括以下步骤：

S1，将导热底板、绝缘基板和功率器件依次固定在一起。

具体地，可将绝缘基板焊接于导热底板的上表面，将功率器件焊接于绝缘基板的上表面。进一步地，可通过回流焊接的方式将导热底板、绝缘基板和功率器件依次烧结在一起。

S2，进行功率器件与绝缘基板上的电路的连接。

具体地，功率器件可通过第二键合线键合的方式与绝缘基板上的电路进行电连接。

S3，将外壳罩设于导热底板上并固定。

在本发明的一个实施例中，在步骤S2之后、S3之前，还可以将功率电极设置于绝缘基板上并固定。具体地，可将功率电极烧结于绝缘基板上，例如采用低温烧结的方式将功率电极固定在绝缘基板上。

在本发明的一个实施例中，可通过粘接的方式将外壳固定在导热底板上，其中，粘接材料可使用密封材料。

在本发明的另一个实施例中，还可通过烧接或焊接的方式将外壳固定在导热底板上，使导热底板和外壳固定成为一个底部密闭的整体。

S4，在容纳空间内设置悬浮板，并在悬浮板上设置信号端子。

在本发明的一个实施例中，可以将悬浮板固定在外壳内壁上，其中，可以采取粘接、焊接等方式进行固定悬浮板，固定悬浮板的位置由外壳的高度、绝缘基板的高度以及实际功率模块封装结构的设计需求决定。通过将悬浮板设置在合理高度，能够在绝缘基板上设置更高功率的大尺寸芯片。

在本发明的一个实施例中，可将信号端子插接于悬浮板上，使信号端子在功率模块封装之前可以进行插拔，安装更加灵活。

S5，通过第一键合线连接绝缘基板上的电路和悬浮板上的电路，以实现功率器件与信号端子的电连接。

进一步地，在步骤S5之后，还可在容纳空间内灌注封装胶，以实现对功率模块封装结构内部电路和元器件的保护。

应当理解的是，相较于传统的功率模块封装结构将信号端子焊接于绝缘基板上的设置方式，将信号端子固定于悬浮板上且悬浮板与绝缘基板间隔一定距离的设置，能够缩减信号端子结构尺寸及成本，增加功率模块可设计空间，有利于高功率产品的开发；此外，由于信号端子没有直接与绝缘基板接触，不仅可以避免信号端子焊接带来的风险，而且不存在信号端子的避让问题，降低了制作工艺的实现难度。

根据本发明提出的功率模块封装结构的制作方法，通过在外壳内设置与绝缘基板间隔一定距离的悬浮板并将信号端子设置于悬浮板上，能够缩减信号端子结构尺寸及成本，避免信号端子焊接带来的风险和信号端子的避让问题，降低制作工艺的实现难度，增加功率模块可设计空间，有利于高功率产品的开发。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。