專利名稱：功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種功率模塊，特別關(guān)于一種應(yīng)用在電源變換器的功率模塊。
背景技術(shù)：
高效率和高功率密度一直是業(yè)界對電源變換器的要求。高效率意味著減少能耗， 利于節(jié)能減排保護(hù)環(huán)境，并減少使用成本。高功率密度則意味著體積小、重量輕，減少運輸成本和空間需求，從而減少建設(shè)成本。因此，電源領(lǐng)域?qū)Ω咝?、高功率密度的追求將永不停息。電源變換器由于用途不同，其種類較多。由轉(zhuǎn)換電能類型來分，其可分為非隔離型AC/DC電源變換器，例如，由一個用在功率因數(shù)校正(下稱PFC電路)的AC/DC轉(zhuǎn)換電路組成；非隔離型DC/DC電源變換器；隔離型DC/DC變換器；隔離型AC/DC電源變換器，例如， 由一個PFC電路加一個或者多個DC/DC變換器而成；DC/AC、AC/AC等等。由于需要轉(zhuǎn)換的電能性質(zhì)和轉(zhuǎn)換的級數(shù)不同，各種變換器的容易達(dá)成的功率密度和效率也不盡相同。以隔離型AC/DC電源變換器為例，目前業(yè)界普遍的功率密度是10W/inch3，效率是90%左右。非隔離型AC/DC電源變換器、隔離型DC/DC變換器和DC/AC的效率和功率密度則會更高些。電源變換器的高效率意味著低能耗。如效率90%時，其轉(zhuǎn)換能耗約是整個電源變換器總輸入能量的10%。而效率91%的電源變換器，其轉(zhuǎn)換能耗則降低為總輸入能量的 9%。也就是說，效率每提升一個點，其能耗就較90%效率的電源變換器降低10%，極為可觀。事實上，電源變換器效率提升的努力常常以0. 5%甚至0. 的量級進(jìn)行。電源變換器的能耗主要由通態(tài)損耗和開關(guān)損耗特別是有源器件的開關(guān)損耗組成。 開關(guān)損耗受工作頻率的影響較大。電源變換器，特別是開關(guān)電源變換器，是降低音頻噪音， 其工作頻率通常在20kHz以上。其實際工作頻率的選擇受無源器件特別是磁組件的影響較大。若磁組件體積小，為了可靠工作，通常需要高頻率來降低其工作磁通密度從而帶來高開關(guān)損耗；或者減小磁性組件中線組的線徑并增加匝數(shù)，從而增加通態(tài)損耗，均帶來高損耗。 反之，若磁組件體積大，則可以在保證可靠工作的前提下降低工作頻率從而降低開關(guān)損耗; 也可以增加磁性組件中線組的線徑或者減小匝數(shù)，從而降低通態(tài)損耗，以降低總損耗，得到高效率。因此，不難理解，提升電源內(nèi)部的空間利用率，是得到高功率密度或者高效率的關(guān)鍵因素之一?？臻g利用率越高，留給對電源變換效率很重要的無源器件特別是磁性組件的空間就越大，就還容易使用到大體積的無源組件，從而提升電源效率。也可以通過使用大體積的無源器件來增加電源總功率，從而提升電源變換器的功率密度。所以，高的電源空間利用率，更易于在特定功率密度下達(dá)成高效率或者在特定效率下達(dá)成高功率密度，也有機(jī)會高功率密度和高效率兼顧。半導(dǎo)體器件是決定電源變換器效率的重要因素之一。但使用半導(dǎo)體器件，往往不可避免的需要使用對電變換效率無益的額外材料，如保護(hù)半導(dǎo)體的封裝材料、幫助散熱的散熱器、固定半導(dǎo)體器件的夾具等等。這些材料在電源變換器內(nèi)部的比例越大，電源的內(nèi)部空間利用率就越差。而目前優(yōu)秀的產(chǎn)品，已經(jīng)很好地利用了電源內(nèi)部空間。也正因為此，功率半導(dǎo)體器件占用的空間體積，占電源總體積的比重也越來越大，也越來越被重視。目前業(yè)界有很多先進(jìn)技術(shù)被提出，如優(yōu)化散熱器，簡化安裝等等來減少散熱器及其安裝造成的空間占用。例如通過新的絕緣墊片技術(shù)，舍棄螺絲、夾具等，來減小體積，以改善電源設(shè)計。為進(jìn)一步提升電源性能，需要繼續(xù)提高空間利用率。半導(dǎo)體器件本身的封裝空間利用率成為瓶頸。而集成功率模塊(Integrated Power Module，IPM)，將多個半導(dǎo)體器件集成在一個器件封裝里，為提升封裝內(nèi)的空間利用率提供了可能。集成模塊因為應(yīng)用的不同， 集成內(nèi)容也不盡相同有將單個功率半導(dǎo)體器件與其控制器或者驅(qū)動集成在一起的；有僅將多個功率半導(dǎo)體器件集成在一起的；有將多個半導(dǎo)體器件與其相應(yīng)控制器或者驅(qū)動集成在一起的。集成內(nèi)容不同，導(dǎo)致考慮點和難易程度不盡相同。為有所區(qū)別，下文中提及的功率模塊中，至少包括2個功率器件，強(qiáng)調(diào)多個功率器件的集成。功率模塊通常集成功率器件在某些場合更會集成一些控制、驅(qū)動元器件。常用功率器件有MOSFET，IGBT, POWER Diode等，而控制，驅(qū)動組件常包括一些三極管，IC，被動組件等。由于將多個器件變成一個器件，功率模塊具備使用方便、平均無故障時間長等等優(yōu)勢， 在很多場合被應(yīng)用。由于功率模塊將多個功率器件集中在一起，熱量多且多點分布，其熱管理因此變得很關(guān)鍵。眾多現(xiàn)有技術(shù)，很多是在散熱能力上做優(yōu)化?，F(xiàn)有技術(shù)一，如圖1所示，為一典型的功率模塊30內(nèi)部截面圖。該已有技術(shù)將元器件32、34和引線框架(lead frame) 35組裝。以部分功率器件的芯片32、34為例，其正面電極可以通過引線鍵合(wire bonding)，銅片釬焊(copper strap bonding)等方式和引線框架實現(xiàn)電氣連接；其背面可以通過釬焊，銀膠，燒結(jié)，環(huán)氧膠等方式實現(xiàn)和lead-frame之間的電和/或機(jī)械連接。元器件和引線框架組裝好以后，將需要保護(hù)的區(qū)域使用封料(molding compound) 36包覆，以便起到機(jī)械，防塵，防潮，絕緣保護(hù)的功用。此結(jié)構(gòu)具有價格低的優(yōu)勢。該現(xiàn)有技術(shù)，其散熱面由封料絕緣，該散熱面同時擔(dān)負(fù)機(jī)械保護(hù)的角色，所以，厚度也會較大，通常大于0.5mm。通常而言，molding compound的熱導(dǎo)率在lW/m. K左右。從芯片表面向case的傳導(dǎo)熱阻的計算式為，
R_ 導(dǎo)熱距離 _《所講)^100q
~導(dǎo)熱系數(shù)χ面積_ k(w/m.k)xA(mm2)對于IOmm乘以IOmm見方的面積，厚度在0. 5mm，封料的熱導(dǎo)率假設(shè)是lW/m. K時，
熱阻就高達(dá)漲/W。由此可見，通常而言，此類封裝的散熱性能較差，即，以功率半導(dǎo)體器件為例，從芯片的junction至case的熱阻(Rjc)較大。而且，由于封料較低的導(dǎo)熱系數(shù)，其橫向熱擴(kuò)散的能力也較低，因此往往會出現(xiàn)熱集中點(熱點)，危害器件的可靠性以及使用壽命。所以，現(xiàn)有技術(shù)一的散熱能力較差，不適合散熱要求高的場合。為了優(yōu)化功率模塊的性能，有更多已有技術(shù)被提出?，F(xiàn)有技術(shù)二，如圖2所示，在現(xiàn)有技術(shù)一的基礎(chǔ)上，在molding的一側(cè)，增加一散熱單元31，由于此散熱單元的熱導(dǎo)率較高，例如銅的熱導(dǎo)率高于300W/m. K，因此，這樣可以使得模塊的均溫性能有所增加，在一定程度上緩解熱點問題，以此增加模塊的熱管理能力。但由于該散熱單元通常也被要求電絕緣，其與導(dǎo)線框架35間往往被填充封料36。由于 molding工藝的限制，該封料層的厚度一般大于0. 2mm,通常需要在0. 3mm以上，按照現(xiàn)有技術(shù)一中的計算方法，其IOmmXlOmm面積對應(yīng)的熱阻在I/W左右。即，此結(jié)構(gòu)的整體散熱性能雖有較大改善，但依然較差?，F(xiàn)有技術(shù)三，如圖3所示在覆銅陶瓷基板(Direct Bonded Copper，DBC) 31a上形成電路圖形，此DBC板作為元器件的安裝載板，將元器件32、34與DBC板組裝，針對部分半導(dǎo)體芯片需要使用引線鍵合(wire bonding)工藝完成半導(dǎo)體芯片32、34正面電極和DBC 基板/引線框架35的電信號連接。此結(jié)構(gòu)的本質(zhì)是在現(xiàn)有技術(shù)二的基礎(chǔ)上，采用熱導(dǎo)系數(shù)較高的陶瓷介質(zhì)層，來替代封料層。由于常用的三氧化二鋁陶瓷的導(dǎo)熱系數(shù)在24W/m. K左右，這相對于封料的lW/m. K有很大的改進(jìn)。對于IOmm乘以IOmm見方的面積的DBC板(陶瓷厚度0. 38mm，兩側(cè)銅厚均是0. 3mm)其熱阻是0. 17K/W，相對現(xiàn)有技術(shù)一中所舉例的漲/W 有較大提升，減少90%以上。但由于所有元器件32、34均需安裝至DBC板，因此所需的DBC載板的面積比較大， 而DBC的價格比較昂貴，因此成本相對較高。更由于DBC的生產(chǎn)工藝是高溫?zé)Y(jié)，是高能耗產(chǎn)品，大面積DBC板的使用也不符合當(dāng)前綠色環(huán)保的科技進(jìn)步潮流。而且三氧化二鋁，的導(dǎo)熱系數(shù)( 24W/m.K左右)，雖然較封料(通常低于lW/m. K)，有很大改善，但是，和金屬相比(例如，銅300W/m.K左右)依然相去甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致橫向熱擴(kuò)散能力不夠好，所以其熱均勻性往往不佳。因此，散熱性能仍然有進(jìn)一步提升的空間?，F(xiàn)有技術(shù)四，如圖4所示，此結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)三的基礎(chǔ)上有所改進(jìn)，在DBC板組裝元器件31a的另外一側(cè)再組裝一個散熱單元(散熱器)31b，這可以使得模塊的均溫性能有所提升。但是，由于大面積DBC板的應(yīng)用，由此可能存在的由DBC，散熱單元31b，封料36之間由于熱膨脹系數(shù)(coefficient of thermal expansion, CTE)失配(mismatch)而引起的翹曲變形(warpage)會比較大，并可能導(dǎo)致可靠性的降低。如果DBC尺寸過大，且DBC和散熱單元31b采用通用的焊料(Solder)的方式進(jìn)行時，還有可能發(fā)生焊料層氣泡過多等缺陷。而且，成本高的問題，依然沒有解決?，F(xiàn)有技術(shù)五，如圖5所示，在現(xiàn)有技術(shù)四上集成了控制器件或者驅(qū)動器件。由于控制器件和驅(qū)動器件自身功耗往往不高，而又對溫度較敏感，所以通常被設(shè)計成與溫度較高的材料熱絕緣。該現(xiàn)有技術(shù)就是將控制器件38或者驅(qū)動器件部分作為一個單元(通過PCB 板集成或者IC)，通過熱絕緣體(PCB、Molding料或者專用填充料等等熱絕緣體，通常導(dǎo)熱系數(shù)小于lW/m.K)與散熱單元31a連接。絕緣體的生成方式可以是粘結(jié)、填充或者在表面上鍍膜等等。這樣一來，控制器件或者驅(qū)動器件等自身功耗小且對熱敏感的器件，就可以在封裝體中獨善其身，而減小被功率器件的高溫影響，使得其可以集成到功率模塊中，并被可靠使用。如前所述，目前的功率模塊由于考慮通用性的影響，通常將外殼設(shè)計成絕緣的，以簡化散熱器的安裝和選擇。即便如現(xiàn)有技術(shù)四一樣，外殼是電良導(dǎo)體(如銅)，其往往也被設(shè)計成電絕緣。因此，模塊內(nèi)的金屬材料，例如銅，往往僅僅被用作導(dǎo)電(lead frame, DBC 銅層)或者散熱(銅熱沉)的單一功用，少有將銅層在導(dǎo)電同時，兼作和環(huán)境直接換熱的案例。因此，材料的潛能并沒有被完整挖掘，從而降低了空間利用率。而且，為了簡化用戶安裝散熱器，功率模塊往往允許用螺絲或者夾具將其固定到散熱器上。所以功率模塊通常被設(shè)計成允許承受較大的機(jī)械應(yīng)力。為了可靠使用，功率模塊通常設(shè)計成較厚的封料以允許承受較大應(yīng)力，這樣就增加了厚度，也增加了材料成本，并大大降低空間利用率。而且，功率模塊也通常要求自己有較高的表面平整度，以減小散熱器安裝時的應(yīng)力，從而導(dǎo)致更大的設(shè)計成本和模具成本。以上可知，目前，功率模塊已有技術(shù)依然有著各類問題如散熱性能不佳，材料浪費，可靠性設(shè)計困難，電性能未能充分發(fā)揮，過于強(qiáng)調(diào)設(shè)計的通用性而導(dǎo)致過度設(shè)計(over design)，經(jīng)濟(jì)性能不高等這樣或那樣的問題。特別是其空間利用率不足，限制了其在高功率密度或者高效率場合的應(yīng)用推廣。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的功率模塊方案，其性能尚不能很好滿足高功率密度或者高效率電源的需求。針對每一種半導(dǎo)體封裝，其初期投入很高。比如Molding的模具成本，產(chǎn)線架設(shè)成本等等。所以，要得到價格合理的半導(dǎo)體封裝，往往需要很大的產(chǎn)品量來支撐，以消化初期投入，并降低生產(chǎn)成本。所以，目前的功率模塊，往往用在一些應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化的場合。如圖6 所示的IGBT三相橋模塊。它被廣泛應(yīng)用在逆變器、變頻器等等場合，因為這些場合的電路很標(biāo)準(zhǔn)化，需求很一致，量也就很大。所以，半導(dǎo)體廠家可以自行給出標(biāo)準(zhǔn)化封裝，以供客戶選擇使用。在電源變換器場合，也有功率模塊被成功使用，如圖7所示的雙相整流橋。由于絕大部分AC/DC電源變換器，需要輸入整流橋，所以，功率模塊的需要量很大。且整流電路很標(biāo)準(zhǔn)化，半導(dǎo)體廠家可以給出標(biāo)準(zhǔn)化封裝，以供客戶選擇使用。但是，電源變換器其它部分的功率半導(dǎo)體器件，雖然也有眾多廠家嘗試給出功率模塊，但很少被推廣使用。除了如前所述，現(xiàn)有技術(shù)的性能有不足之外，另一個很重要的原因是電源變換器的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難標(biāo)準(zhǔn)化。若只針對一種電路設(shè)計給出功率模塊，其量較少，成本代價較高，也就限制了應(yīng)用。因此，為進(jìn)一步提升電源變換器的功率密度或者變換效率，需要空間利用率高的、 成本合理的功率模塊解決方案。目前的已有技術(shù)尚不能很好滿足。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述課題，本發(fā)明提出了一種適合電源變換器的功率模塊，用以提升功率密度或效率的解決方案，并給出了支持該解決方案的功率模塊實施方案。該方案適合在功率密度大于15W/inch3、或者最高效率高于91 %的電源變換器，尤其適合功率密度大于 20W/inch3，或者最高效率高于93%的電源變換器場合。本發(fā)明可采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種功率模塊包括一第一散熱單元、一第一功率器件、一導(dǎo)熱絕緣材料層、一第二功率器件、一引線框架以及一封料。第一散熱單元具有一第一區(qū)及一第二區(qū)。第一功率器件設(shè)置在第一區(qū)。導(dǎo)熱絕緣材料層設(shè)置在第二區(qū)并具有一絕緣層。第二功率器件通過導(dǎo)熱絕緣材料層設(shè)置在散熱單元。引線框架與第一功率器件及第二功率器件的至少一個電性連接。封料是包覆第一功率器件、導(dǎo)熱絕緣材料層、第二功率器件及引線框架的一部分。第一散熱單元與第一功率器件及第二功率器件的至少一個電性連接。在上述情形中，功率模塊還包括一鍵接材料層，該第一功率器件通過該鍵接材料層連接該第一散熱單元，該鍵接材料層材料是導(dǎo)熱導(dǎo)電材料。在上述情形中，該第一散熱單元與該引線框架一體成型。在上述情形中，該第一散熱單元完全設(shè)置在封料內(nèi)、或部分位在封料外、或完全位在封料外。在上述情形中，該第一散熱單元是與一穿出該封料的引腳連接、或是該第一散熱單元穿出該封料并形成一引腳。在上述情形中，該第一散熱單元是與一電壓靜地點電性連接。在上述情形中，該第一散熱單元是分割是多個部分。在上述情形中，該導(dǎo)熱絕緣材料層是具有一線路層，該引線框架延伸而連結(jié)在該線路層。在上述情形中，該引線框架延而伸連結(jié)在該第一功率器件及該第二功率器件的至少一個。在上述情形中，功率模塊還包括一第二散熱單元，設(shè)置在該第二功率器件與該導(dǎo)熱絕緣材料層之間。在上述情形中，功率模塊還包括一第三散熱單元，設(shè)置在該第一區(qū)或者由該第一單元延展而成。 在上述情形中，該第三散熱單元是穿出該封料。在上述情形中，該第三散熱單元是穿出該封料并具有一彎折。在上述情形中，功率模塊還包括一第四散熱單元，與該第三散熱單元連結(jié)，并與該封料具有一空隙。在上述情形中，該導(dǎo)熱絕緣材料層是金屬基板或金屬化陶瓷基板。在上述情形中，功率模塊還具有一排引腳，其穿出該封料，并作為訊號傳送或散熱。在上述情形中，功率模塊還包括一控制器件，設(shè)置在該第一區(qū)。在上述情形中，功率模塊還包括一絕熱層，設(shè)置在該控制器件與該第一散熱單元之間。在上述情形中，功率模塊還包括一高頻電容器，集成在該功率模塊內(nèi)。在上述情形中，功率模塊還包括一溫度傳感器，集成在該功率模塊內(nèi)。在上述情形中，功率模塊各該功率器件具有至少二電極，這些功率器件的至少一個具有至少三電極。在上述情形中，功率模塊還包括至少一個功率器件，該功率模塊包括這些功率器件的至少二具有至少三電極。在上述情形中，功率模塊該封料的導(dǎo)熱系數(shù)高于1. 2ff/m. K。在上述情形中，功率模塊該封料的導(dǎo)熱系數(shù)高于1. 8ff/m. K。此外，依據(jù)本發(fā)明的一種功率模塊的制造方法，包括一裝配步驟，將第一散熱單元、一導(dǎo)熱絕緣材料層及一引線框架按照設(shè)定的裝配關(guān)系，使用連接接口材料，組裝至一起，其中導(dǎo)熱絕緣材料層覆蓋第一散熱單元的第一區(qū)域；一植晶及正面電極引出步驟，將一第一功率器件通過連接接口材料設(shè)置在該第一散熱單元的第二區(qū)域上，并將一第二功率器件通過連接接口材料設(shè)置在該導(dǎo)熱絕緣材料層上，該引線框架，與該第一功率器件及該第二功率器件的至少一個電性連接，該第一散熱單元與該第一功率器件及該第二功率器件的至少一個電性連接；一包封步驟，通過一封料包覆該第一功率器件、該導(dǎo)熱絕緣材料層、該第二功率器件及該引線框架的一部分。在上述情形中，在該裝配步驟中，是在該散熱單元上組裝該導(dǎo)熱絕緣材料層的位置以及和該引線框架連接的位置施加連接材料，并將該導(dǎo)熱絕緣材料層上需要和該引線框架組裝的位置施加連接材料。在上述情形中，連接材料是錫膏、焊料片、導(dǎo)電膠或低溫?zé)Y(jié)納米銀漿。在上述情形中，芯片正面電極引出工藝是打線或粘結(jié)/焊接金屬片。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明的功率模塊至少具有下列優(yōu)點承上所述，本發(fā)明的功率模塊集成了復(fù)數(shù)功率器件，故可大幅提升功率密度或效率。另外，由于本發(fā)明的第一功率器件非通過導(dǎo)熱絕緣材料層設(shè)置于散熱單元，而該導(dǎo)熱絕緣材料層通常可由導(dǎo)熱基板實現(xiàn)，故可降低導(dǎo)熱基板的成本。此外，通過本發(fā)明所揭露的， 用以提升電源變換器功率密度或者效率的封裝方法和結(jié)構(gòu)，可以獲得與現(xiàn)有技術(shù)相比，更佳的熱性能，電性能，經(jīng)濟(jì)性能，EMC性能與更高的可靠性。其內(nèi)部空間利用率很高，使用方便，非常有利于提高變換器功率密度或者效率。而本發(fā)明給出的具體功率模塊具體實施，也非?？尚杏行А１景l(fā)明非常適合用以提升電源變換器的整體性能和性價比。


圖1至圖5是公知的功率模塊的不同態(tài)樣的示意圖；
圖6顯示一種IGBT三相橋模塊；圖7顯示一種雙相整流橋；圖8是本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種功率模塊的示意圖；圖9及圖16顯示本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種功率模塊應(yīng)用的全橋電路的不同態(tài)樣； 以及圖10至圖15以及圖17至圖沈是本發(fā)明優(yōu)選實施例的功率模塊不同態(tài)樣的示意圖。主要組件符號說明10、30 功率模塊ll、lla、llb、llc、31、31b 散熱單元111 第一區(qū)112:第二區(qū)12:第一功率器件13 導(dǎo)熱絕緣材料層131 導(dǎo)熱層132 絕緣層133 線路層13a 銅基板14 第二功率器件15、35:引線框架16、36 封料
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17 鍵接材料層18、38:控制器件31a 覆銅陶瓷基板32、34 元器件Al 前表面A2 后表面C 電容器D 厚度IL 絕熱層P2、P1:引腳Sl S4 開關(guān)器件
具體實施例方式以下將參照相關(guān)圖式，說明依本發(fā)明較佳實施例的一種功率模塊，其中相同的組件將以相同的參照符號加以說明。請參照圖8所示，本發(fā)明較佳實施例的一種功率模塊10可例如應(yīng)用于電源變換器 (power converter)或是其它需要功率變換的裝置上。其中，電源變換器可為交流/直流 (AC/DC)或直流/交流(DC/AC)變換器或隔離型DC/DC變換器。若應(yīng)用于電源變換器上，功率模塊10則可應(yīng)用于電源變換器的功率因子校正部分(power factor correction，PFC)、 DC/DC 一次側(cè)部分(以下稱D2D_Pri)或DC/DC 二次側(cè)部分(以下稱D2D_kc)。功率模塊10系為一封裝體，包括一第一散熱單元(heat sink)ll、一第一功率器件(power chip) 12、一導(dǎo)熱絕緣材料層13、一第二功率器件14、一引線框架(lead frame) 15以及一封料(molding material) 16。第一散熱單元11設(shè)置于封裝體的一底側(cè)， 并具有一第一區(qū)111及一第二區(qū)112。第一功率器件12設(shè)置于第一區(qū)111，導(dǎo)熱絕緣材料層13設(shè)置于第二區(qū)112。第二功率器件14設(shè)置于導(dǎo)熱絕緣材料層13并與引線框架15電性連接。第一散熱單元11系與第一功率器件12及第二功率器件14的至少一個電性連接。 封料16系包覆第一功率器件12、導(dǎo)熱絕緣材料層13、第二功率器件14及引線框架15的至少一部分，并構(gòu)成為封裝體的主要外觀。第一散熱單元11可以是一獨立部件或與引線框架15 —體成型，并可為電和熱的良導(dǎo)體，例如銅。于此，散熱單元11系作為第一功率器件12的載板。第一散熱單元11可完全設(shè)置于封料16內(nèi)、或部分位于封料16外、或完全位于封料16外。第一功率器件例如為MOSFET的器件，對于一個MOSFET的器件而言，其通常有兩個相對平行的面上表面和下表面。上表面上往往會設(shè)置兩個電極，source和gate，而下表面電極為drain，下表面利用一鍵接材料層17可直接與散熱單元11組裝，鍵接材料層17可包括釬焊的焊料、導(dǎo)電銀膠、或燒結(jié)金屬材料等。第一散熱單元11自身的傳導(dǎo)熱阻通常也非常低，因此，可以獲得非常低的器件結(jié)點至第一散熱單元11外殼的熱阻(RjC)，且，由于第一散熱單元11的熱容較大，因此，功率器件的抗熱沖擊的性能也很優(yōu)良?？偠灾粗苯咏M裝至第一散熱單元11的第一功率器件12的熱性能非常優(yōu)良。且由于第一散熱單元11的存在，功率模塊10的熱會較均勻，更有利于熱管理。當(dāng)然，此處僅以功率器件為例進(jìn)行描述。由于本實施例的封裝類型為電源內(nèi)部使用，為達(dá)成更高空間利用率和提升功率模塊10性能，該模塊表面無需與內(nèi)部電路全部電絕緣。以降低絕緣成本和絕緣造成的空間浪費，散熱能力衰減等不良。所以在一些具體場合，可以直接利用第一散熱單元11作為導(dǎo)電信道，由于第一散熱單元11通常為銅、鋁等電的優(yōu)良導(dǎo)體，且厚度相對較厚，其導(dǎo)電性能極佳。因此，可以獲得更佳的電氣性能，減小發(fā)熱量，從而進(jìn)一步改善封裝體的熱性能。更進(jìn)一步，第一散熱單元11可以直接作為引腳(Pin)使用，或者與至少一個引腳相連，即，引腳可以是和第一散熱單元11為一體成型的，或者引腳和第一散熱單元11通過導(dǎo)線接合(wire bonding)、焊接、釬焊、導(dǎo)電膠粘接等方式實現(xiàn)良好的電連接，以更充分利用該表面的電良導(dǎo)體。這樣大大減小了器件到第一散熱單元11的熱阻，也使第一散熱單元11這個電良導(dǎo)體同時被發(fā)掘熱和電的能力。從而提升空間利用率，以利于提升電源變換器功率密度或變換效率。由于D2D_Pri、D2D_Sec等場合中，全橋電路極為常用。所以，本實施例的功率模塊 10可被用在全橋電路中。圖9為全橋電路示意圖，要滿足該應(yīng)用，功率模塊10至少要能夠排布下 8 個功能引腳，即 Vin、GND、VA、VB、Gl、G2、G3、G4。為進(jìn)一步提升功率模塊10性能，充分發(fā)掘潛力，功率模塊10當(dāng)具備雙面散熱能力。在本實施例中，功率模塊的兩個最大的主表面，一前表面(封料16)A1和一后表面(散熱單元11及封料16)A2，均能用來散熱。這樣就可以大大增加有效散熱能力，還容易在低損耗場合下自行散熱而無需額外散熱器，大大提升電源的內(nèi)部空間利用率。為了實現(xiàn)更好的散熱特性，封料的厚度越薄越好。為減少使用時的機(jī)械應(yīng)力，以使模塊更容易設(shè)計得薄，該功率模塊也可以不必預(yù)設(shè)螺絲安裝孔。以進(jìn)一步提升空間利用率。若需安裝額外散熱器，可選擇無螺絲的解決方案，如直接粘結(jié)等。這樣一來，本實施例的功率模塊10將大大提升該類型封裝的量，也很符合目前和未來電源變換器的需求，并能提升電源變換器的空間利用率，從而提升電源的功率密度或者效率。另外，請續(xù)參照圖8所示，第二功率器件14是通過一導(dǎo)熱絕緣材料層13設(shè)置于第一散熱單元11上，而非直接置于散熱單元11。導(dǎo)熱絕緣材料層13可具有一絕緣層132，比如用陶瓷片絕緣。導(dǎo)熱絕緣材料層13比如為金屬基板或金屬化陶瓷基板，例如覆銅陶瓷基板(direct bonded copper，DBC)、金屬化陶瓷片上組裝厚銅電路層、覆鋁陶瓷基板(direct bonded aluminum，DBA)、鋁基板、銅基板，或其它形式的高導(dǎo)熱基板。于此導(dǎo)熱絕緣材料層 13以DBC基板為例，導(dǎo)熱絕緣材料層13可包括一導(dǎo)熱層131、一絕緣層132及一線路層133， 其中導(dǎo)熱層131及線路層133可為銅，絕緣層132可為陶瓷。以常用的DBC板為例，相對于現(xiàn)有技術(shù)，由于本發(fā)明僅有一部分元器件(第二功率器件14)，安裝于導(dǎo)熱絕緣材料層13上，因為搭載在其上的元器件數(shù)量減少，DBC板面積也可以相應(yīng)減小，如此可以降低封裝的材料成本，提高封裝的經(jīng)濟(jì)性能。且，由于DBC 面積的減小，由于DBC和散熱單元11，封料16之間熱脹系數(shù)(coefficient of thermal expansion, CTE)不一致而導(dǎo)致的撓曲(warpage)現(xiàn)象也會有所緩解。這是因為由于不同材料CTE之間的適配而引起的撓曲通常隨著尺寸的增加而加劇。如此，可以降低封裝體內(nèi)的應(yīng)力，從而進(jìn)一步提高封裝體的可靠性。所以，由于部分器件(第一功率器件12)已經(jīng)直接與散熱單元11相連，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的功率模塊需要絕緣的材料明顯減少，不盡降低了成本，更提升了熱管理能力，還更有利于減少各材料CTE不匹配造成的可靠性設(shè)計難度。在實際應(yīng)用中，有一些對散熱要求非?？量痰膱龊?，還可以選用導(dǎo)熱系數(shù)更高的 (不低于lW/m. K，尤以大于1. 2ff/m. K乃至大于1. 8ff/m. K為佳)封料16，如此，可以增加封料一側(cè)的散熱能力，從而實現(xiàn)更優(yōu)良的雙面散熱，進(jìn)一步提升整個封裝體的散熱能力。圖10為該封裝類型的另一種擴(kuò)展應(yīng)用，可以將散熱單元表面進(jìn)行絕緣處理，使第一散熱單元11完全由封料16包覆，使其任一表面不外露、或是通過一絕緣體使散熱單元11 與外界隔離，以便使用在希望絕緣的場合。為使功率模塊的封裝類型可以擴(kuò)展到更多場合，其可以被設(shè)計成雙排Pin。如圖 11所示。當(dāng)內(nèi)部電路過于復(fù)雜，以至于需要更多引腳，可以在前面提及的特征上，再加一排引腳P2。若此類封裝類型被應(yīng)用在單排引腳Pl就足夠的場合，則圖中的上排引腳P2可以被設(shè)計成散熱用途。眾所周知，電源內(nèi)部，電壓跳變點越多，造成的電磁輻射往往就越強(qiáng)，從而給電源電磁兼容帶來難度。本發(fā)明的散熱單元11，由于具備電特性，而其面積又相對較大，所以對電磁輻射帶來隱患。但如果優(yōu)化設(shè)計該散熱單元11的電特性，反而有機(jī)會將其設(shè)計成電磁輻射的屏蔽層，更有利于電磁相容。例如，可以將散熱單元11連接到電壓靜地點，即相對來講，該電位相對與大地，比較安靜，少噪音。如圖9中的Vin和GND，相對與其它電壓點，就是比較平靜的。將散熱單元U設(shè)計成Vin或者GND，更有利于電磁兼容的。但實際操作中， 為了便于實現(xiàn)，需要功率器件與散熱單元11連接的那個面只有一個電極，在本實施例中為第一功率器件12。比如M0SFET，其漏極(Drain)與源極(Source)間承受的電壓往往高于門極(Gate)與源極(Source)間的電壓，所以，其器件的源極和門極往往共享一面，而漏極往往獨占一面。這樣一來，將漏極作為靜地點的功率器件(第一功率器件12)，直接與散熱單元11連接，既可以更好地進(jìn)行電磁兼容，又方便制程。如圖12，可以將背面的散熱單元11拓寬/長，甚至折彎，使其部分超過封料16包覆的部分，以擴(kuò)大表面積。超出封料16包覆的散熱單元11的兩面均可以實現(xiàn)和環(huán)境的熱交換，因此，可以進(jìn)一步加強(qiáng)功率模塊10的散熱性能。如圖13，在某些場合下，封裝體內(nèi)部不僅僅需要搭載一些功率半導(dǎo)體器件，還需要集成一些控制功能。而控制線路通常比較復(fù)雜，因此需要使用布線密度還高的基板，如PCB 板或者IC。在此態(tài)樣中，可以將搭載控制線路的控制器件18，例如高密度布線板或者控制 IC也封裝至封裝體內(nèi)。如圖14，控制器件18可以是導(dǎo)熱系數(shù)較低，但是布線密度較高的高密度基板。以便可以集成更多的控制功能?？刂破骷?8通常耐溫等級較功率器件的耐溫等級相比較低， 因此，在控制器件18和散熱單元11之間放置一個絕熱層(熱導(dǎo)率通常低于0. 5ff/m. K)工 L。如此，可以降低控制器件18，以及其上所搭載器件的溫度。如圖15，上面所述散熱單元11，不限于一整塊，其上可以根據(jù)需要做進(jìn)一步的分割，以形成一些電路圖形，即散熱單元11也可以具有多個電極。如此可以進(jìn)一步增加功率模塊設(shè)計的靈活性。
功率模塊10由于將多個器件集成在一起，相比分立器件，其電流流通回路被大大減少，從而降低了回路電感，即減少了損耗，又降低了電壓噪音。但仍可以繼續(xù)被優(yōu)化。如圖16，以所提及全橋電路為例，增加集成一高頻電容器C至功率模塊10內(nèi)部，以進(jìn)一步減少回路，降低回路電感量。通常電源變換器為了安全可靠，會實時監(jiān)測功率半導(dǎo)體的溫度狀態(tài)，若溫度過高或者升溫過快，則說明電路有危險，可以提前采取預(yù)防動作，如關(guān)閉電源等。分立器件的溫度檢測，只能在其外部增加溫度傳感器，所以，無法及時反映內(nèi)部溫度狀態(tài)，且溫度傳感器的安裝也較復(fù)雜。所以，功率模塊中，還可以集成溫度傳感器，既提升了溫度監(jiān)測效果，又簡化了使用。如圖17所示，此態(tài)樣的功率模塊更包括一第二散熱單元(heat sink) 11a，其設(shè)置于第二功率器件14與導(dǎo)熱絕緣材料層13之間。由于功率器件在工作過程中，例如會經(jīng)歷超過正常工作電流數(shù)倍以上的瞬時沖擊，故，通過散熱單元11a，可以在不增加導(dǎo)熱絕緣材料層13 (DBC)面積的情況下，改善搭載至DBC板上需要承受熱沖擊的組件的抗熱沖擊能力。 另外，引線框架15系延伸與導(dǎo)熱絕緣材料層13的線路層133連接。如圖18所示，為了進(jìn)一步改善導(dǎo)熱絕緣材料層13(以DBC板為例)上發(fā)熱量較大的組件(例如第二功率器件14)的抗熱沖擊的性能，以及進(jìn)一步改善DBC上線路的承載電流的能力，降低電流傳導(dǎo)阻抗，更可以將引線框架15的面積增加，通過一導(dǎo)電材料鍵合至 DBC的線路層上。利用此結(jié)構(gòu)開發(fā)的一款功率模塊的實物照片見圖19(未經(jīng)封料包覆)。其中DBC基板通過釬焊的方式焊接至散熱單元11上，而引線框架15同樣通過釬焊的方式和 DBC基板的線路層實現(xiàn)電氣與機(jī)械連接。圖19所示的功率模塊10所使用的DBC基板，其線路層厚度為0. 3mm，而引線框架15的厚度為0. 5mm,因此，采用此結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)電阻和直接將芯片鍵合在DBC線路層上相比降低60%以上，如此可以有效降低模塊產(chǎn)熱量，從而提高模塊的電性能，改善模塊的散熱性能。如圖20所示，在功率模塊10內(nèi)除了使用導(dǎo)熱能力較好的DBC基板以外，也可以使用類似銅基板13a等導(dǎo)熱能力較好的基板。一般銅基板的結(jié)構(gòu)為，在一較厚的銅襯底上，生成絕緣層和薄銅線路層。而且絕緣層和薄銅線路層的層數(shù)不以一層為限，可以是多層。在某些場合下可以實現(xiàn)更高的布線密度。一般而言，第一功率器件與第二功率器件皆由導(dǎo)線(wire bonding)來傳輸訊號， 由于導(dǎo)線往往是用鋁導(dǎo)線(Al wire)來完成，內(nèi)阻很大。用金導(dǎo)線(Auwire)，則成本太高。 雖然最近工藝有銅導(dǎo)線(Cu wire)出現(xiàn)，但仍舊內(nèi)阻很大。如圖21所示，為進(jìn)一步降低封裝內(nèi)阻造成的損耗，本發(fā)明可以用wirelessbond工藝，如銅片取代wire bond來實現(xiàn)電流傳遞，大大降低了封裝內(nèi)阻，且成本也不會太高。本態(tài)樣是通過引線框架15延伸連結(jié)于第一功率器件12及第二功率器件14的至少一個而取代導(dǎo)線。圖22所示為一進(jìn)一步改善熱傳遞能力的方案。由于本發(fā)明提及的功率模塊，往往是有些器件(例如第一功率器件12)直接與散熱單元11相連，而有些器件(例如第二功率器件14)與散熱單元11之間則有絕緣組件(例如具有絕緣層的導(dǎo)熱絕緣材料層13)，從而導(dǎo)致整個模塊中封料16的厚度不均，也就是說，局部封料16與器件的距離會比較厚，使封料16的溫度不均勻，從而影響了封料16表面的散熱能力。圖22中，在封料16較厚的地方增加熱良導(dǎo)體的一第三散熱單元11b，其系設(shè)置于第一散熱單元11的第一區(qū)，從均勻化封料16至器件的厚度，而改善散熱能力。另外，如圖25所示，第三散熱單元lib系穿出封料16，并具有一彎折。第三散熱單元lib穿出封料16而可作為引腳Pin、或是單純散熱、或是部分作為引腳部分用來散熱。 第三散熱單元lib通過彎折可減少功率模塊10直立時的尺寸。實際應(yīng)用中，若需進(jìn)一步擴(kuò)大散熱能力，可以通過圖沈的方式達(dá)成。即在功率模塊10的第三散熱單元lib上再安裝一第四散熱單元11c。第四散熱單元IlC可通過焊接、 粘結(jié)等方式與第三散熱單元lib連結(jié)。由于安裝簡單第四散熱單元Ilc的形狀和位置可以不受限定。但實際效果上，以保留功率模塊10自有表面散熱能力為佳。即，如圖沈，在第四散熱單元Ilc與功率模塊10前表面Al之間保留一空隙，使得風(fēng)流可以該空隙中流動，從而使功率模塊前表面和第四散熱單元Ilc下表面(靠近前表面Al的表面)均能發(fā)揮一定散熱功能。為使該空隙中的風(fēng)流能夠達(dá)到相當(dāng)?shù)某潭?，該空隙厚度可大?mm，尤以大于2mm 為佳。為了更好地解釋本發(fā)明的意義，進(jìn)一步借助全橋電路來進(jìn)行說明，如前所述，圖9 為全橋電路的拓?fù)鋱D，圖23和圖24A至24D分別為其功率模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)和三維示意圖。其中，圖24A為功率模塊10的正面示意圖，圖24B為功率模塊10的背面示意圖，圖24C為功率模塊10脫去封料16的正面示意圖，圖24D為功率模塊10脫去封料16的背面示意圖。雖然上述實施例系以一第一功率器件12及一第二功率器件14為例作說明，但并非具限制性，且其中第一功率器件12所代表的意義為其設(shè)置于散熱單元11上，而第二功率器件14所代表的意義為其通過一導(dǎo)熱絕緣材料層13設(shè)置于散熱單元11上。以下系以二個第一功率器件Sl及S2以及二個第二功率器件S3及S4作說明。如圖9所示，全橋電路包括4個開關(guān)器件Sl S4，這里以MOSFET為例。這四個開關(guān)器件組成兩組導(dǎo)電橋臂si和S4組成一組，S2和S3組成一組橋臂；橋臂上管開關(guān)器件 Sl和S2的Drain端共同連接在電壓高電位點Vin(在D2D應(yīng)用時，電氣端Vin為直流輸入端，是電壓波形為一個穩(wěn)定的直流或者帶有很小紋波的直流)，橋臂下管開關(guān)器件S3和S4 的Source端共同連接在電壓的低電位點GND ；而單一橋臂上管的Source和下管的Drain相連接，如Sl和S4橋臂連接于VA，S2和S3的橋臂連接于VB，其工作的基本原理是橋臂的上下管互補(bǔ)導(dǎo)通，如Sl開通，S4關(guān)斷；Sl關(guān)斷，S4開通，在開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程存在短暫時間都關(guān)斷的過程。這樣，D2D的應(yīng)用場合下，輸入端Vin-GND之間為直流，而橋臂中間連接點VA， VB的電壓則是開關(guān)次的跳變，幅值為0與Vin。目前大功率MOSFET最典型的電極引出方式為，芯片的背面為“Drain”，正面分布兩個電極，“Source”和“(kite”，其中“Gate”的尺寸較小，例如lmm*lmm。芯片背面的“Drain” 通常預(yù)先進(jìn)行可釬焊處理，而正面的“Source”和“Gate”往往為鋁金屬化電極，可以通過鋁 /金wire bonding的方式實現(xiàn)和外圍電路的連接。由于開關(guān)器件Sl和S2的“Drain”連接于共同的直流電位點Vin，因此，可以將其直接釬焊至散熱單元11上，而Vin和外界電連接的pin也可以直接釬焊至散熱單元11上，從而利用該導(dǎo)電極佳的散熱單元11導(dǎo)電，降低電損耗，減少封裝體的熱量產(chǎn)生。如此，可以獲得最佳的熱，電性能。而現(xiàn)有的功率模塊，如前述習(xí)知的做法為，將所有四顆MOSFET安裝至DBC板上，隨后，所有MOSFET和引線框架的電連接均靠wire bonding的方式來實現(xiàn)。如上文所討論的一樣，現(xiàn)有技術(shù)的種種缺陷(散熱差，電性能差，價格高，可靠性差等等)相比之下一目了然。
本發(fā)明在此處的應(yīng)用更具降低EMI的效果，前面對全橋電路的基本工作原理分析看。散熱單元11連接于直流輸入端Vin，為很好的靜態(tài)電位點，而橋臂中間連接點VA，VB則為電壓跳變點，大片的散熱單元11可以有效阻斷跳變信號的傳遞。如此，可以有效減小跳變點對外圍電路的干擾，減小測試的EMI。如前所述，為了具備更好的EMC特性和散熱性能，將全橋模塊中的開關(guān)器件S3、S4 置于絕緣層(即導(dǎo)熱絕緣材料層具有的絕緣層)上，將開關(guān)器件Si、S2直接置于散熱單元 11上；為了方便生產(chǎn)，并減少生產(chǎn)工差造成的空間浪費，開關(guān)器件S3、S4置于相連的絕緣層上；為減少回路電感和方便使用，將S2置于S3外側(cè)，將Sl置于S4外側(cè)。也就是說，對于圖 9所示的全橋電路來講，模塊內(nèi)部器件按S2-S3-S4-S1或者S1-S4-S3-S2的順序排布，性能更為優(yōu)秀。以下說明本實施例的功率模塊的制造流程，于此，導(dǎo)熱絕緣材料層系以覆銅陶瓷基板為例，另外，此功率模塊除了搭載功率器件(半導(dǎo)體芯片)外還集成了一些被動組件， 如電阻和電容，且在引線框架其中一些引腳上還搭載了一個溫度測量電阻，以用作模塊過溫保護(hù)之用。具體的制作流程如下先在散熱單元11上組裝導(dǎo)熱絕緣材料層13的位置以及和引線框架15連接的位置涂上錫膏，同樣將導(dǎo)熱絕緣材料層13上需要和引線框架15 組裝的位置涂上錫膏，隨后將散熱單元11、導(dǎo)熱絕緣材料層13和引線框架15按照設(shè)定的裝配關(guān)系置于一治具中(Assembly)；然后過回流焊爐(Reflow)使其焊接在一起，由此這三個部件形成一個整體，在隨后植晶制程中可以利用引線框架15進(jìn)行傳輸與定位；清洗 (Flux Cleaning)后，進(jìn)行植晶安裝所需的半導(dǎo)體器件(如MOS及Diode)，此處需要著重強(qiáng)調(diào)的是部分功率器件放置在散熱單元11上(如第一功率器件12)，另外一部分功率芯片放置在導(dǎo)熱絕緣材料層13上(如第二功率器件14)，植晶時所用的連接界面材料也是錫膏； 在使用單一功能的植晶機(jī)時，由于其不具備抓取表面黏著(SMT)器件的能力，因此，一些電阻、電容等器件還需要進(jìn)行SMT的操作，S卩點錫膏(Solder Dispense)后，放置其它元器件(SMT)；由于所用的功率器件的芯片尺寸較大，采用錫膏(solder paste)進(jìn)行reflow 時有焊接層的氣孔率較高而帶來工藝性、可靠性不佳的疑慮，此處采用真空回焊(Vacuum Reflow)使組件和散熱單元11、導(dǎo)熱絕緣材料層13、引線框架15、芯片、SMT器件焊接在一起；清洗(Flux Cleaning)后，進(jìn)行打線接合(Wire bond)作業(yè)；包封(Molding或者其它金屬/陶瓷封裝形式)后即完成主要流程。于一些在植晶制程時無需使用引線框架15進(jìn)行定位的應(yīng)用下，有機(jī)會進(jìn)一步簡化工藝流程。首先將散熱單元11、導(dǎo)熱絕緣材料層13、引線框架15上需要的位置施加錫膏； 隨后將所需的組件(功率芯片以及被動SMT組件)分別放置于需要的位置上，這步驟可以通過泛用較強(qiáng)的機(jī)臺(如集成植晶和表面黏著技術(shù)功能的機(jī)臺)上而一站式實現(xiàn)，也可以在多個機(jī)臺上實現(xiàn)，使用的連接界面材料可以為錫膏；隨后將放置有組件的散熱單元11、 導(dǎo)熱絕緣材料層13、引線框架15按照設(shè)定的裝配關(guān)系放置于一治具中，完成assembly ；隨后真空reflow;后續(xù)的工藝和上述的工藝流程相同。如此，可以減少reflow的次數(shù)以及相應(yīng)的清洗等流程，由于reflow次數(shù)的減少對于提高模塊的可靠性也有一定的好處。當(dāng)然也可以使用焊料片，導(dǎo)電膠，低溫?zé)Y(jié)納米銀漿，等材料代替錫膏作為模塊組裝所需的電性/機(jī)械連接的界面材料。在某些場合下甚至可以在同一模塊組裝過程中不同的裝配位置使用超過一種連接接口材料。使用這些連接材料時，組裝工藝以及流程也需要
15做對應(yīng)的調(diào)整。芯片正面電極引出時也可以使用除打線外的其它方式，例如使用粘結(jié)/焊接一金屬(銅)片，實現(xiàn)正面電極和外部線路的互聯(lián)。綜上，通過本發(fā)明所揭露的，用以提升電源變換器功率密度或者效率的封裝方法和結(jié)構(gòu)，可以獲得與現(xiàn)有技術(shù)相比，更佳的熱性能，電性能，經(jīng)濟(jì)性能，EMC性能與更高的可靠性。其內(nèi)部空間利用率很高，使用方便，非常有利于提高變換器功率密度或者效率。而本發(fā)明給出的具體功率模塊具體實施，也非常可行有效。本發(fā)明非常適合用以提升電源變換器的整體性能和性價比。以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對其進(jìn)行的等效修改或變更，均應(yīng)包括于后附的申請專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種功率模塊，其特征在于，包括一第一散熱單元，具有一第一區(qū)及一第二區(qū)； 一第一功率器件，設(shè)置在該第一區(qū)； 一導(dǎo)熱絕緣材料層，設(shè)置在該第二區(qū)；一第二功率器件，通過該導(dǎo)熱絕緣材料層設(shè)置在該第一散熱單元； 一引線框架，與該第一功率器件及該第二功率器件的至少一個電性連接；以及一封料，是包覆該第一功率器件、該導(dǎo)熱絕緣材料層、該第二功率器件及該引線框架的一部分，該第一散熱單元，與該第一功率器件及該第二功率器件的至少一個電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊，其特征在于，還包括一鍵接材料層，該第一功率器件通過該鍵接材料層連接該第一散熱單元，該鍵接材料層材料是導(dǎo)熱導(dǎo)電材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，其中該第一散熱單元與該引線框架一體成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，其中該第一散熱單元完全設(shè)置在封料內(nèi)、或部分位在封料外、或完全位在封料外。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，其中該第一散熱單元是與一穿出該封料的引腳連接、或是該第一散熱單元穿出該封料并形成一引腳。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，其中該第一散熱單元是與一電壓靜地點電性連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，其中該第一散熱單元是分割是多個部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，其中該導(dǎo)熱絕緣材料層是具有一線路層，該引線框架延伸而連結(jié)在該線路層。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，其中該引線框架延而伸連結(jié)在該第一功率器件及該第二功率器件的至少一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，還包括 一第二散熱單元，設(shè)置在該第二功率器件與該導(dǎo)熱絕緣材料層之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，還包括一第三散熱單元，設(shè)置在該第一區(qū)或者由該第一單元延展而成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率模塊，其特征在于，其中該第三散熱單元是穿出該封料。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率模塊，其特征在于，其中該第三散熱單元是穿出該封料并具有一彎折。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率模塊，其特征在于，還包括 一第四散熱單元，與該第三散熱單元連結(jié)，并與該封料具有一空隙。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，其中該導(dǎo)熱絕緣材料層是金屬基板或金屬化陶瓷基板。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，還具有一排引腳，其穿出該封料，并作為訊號傳送或散熱。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，還包括 一控制器件，設(shè)置在該第一區(qū)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的功率模塊，其特征在于，還包括 一絕熱層，設(shè)置在該控制器件與該第一散熱單元之間。
19.如申請專利范圍第2項所述的功率模塊，還包括 一高頻電容器，集成在該功率模塊內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，還包括 一溫度傳感器，集成在該功率模塊內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，其中各該功率器件具有至少二電極，這些功率器件的至少一個具有至少三電極。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的功率模塊，其特征在于，還包括至少一個功率器件，該功率模塊包括這些功率器件的至少二具有至少三電極。
23.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，其中該封料的導(dǎo)熱系數(shù)高于1.2W/m. K。
24.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率模塊，其特征在于，其中該封料的導(dǎo)熱系數(shù)高于1.8W/m. K。
25.一種功率模塊的制造方法，其特征在于，包括一裝配步驟，將第一散熱單元、一導(dǎo)熱絕緣材料層及一引線框架按照設(shè)定的裝配關(guān)系， 使用連接接口材料，組裝至一起，其中導(dǎo)熱絕緣材料層覆蓋第一散熱單元的第一區(qū)域；一植晶及正面電極引出步驟，將一第一功率器件通過連接接口材料設(shè)置在該第一散熱單元的第二區(qū)域上，并將一第二功率器件通過連接接口材料設(shè)置在該導(dǎo)熱絕緣材料層上， 該引線框架，與該第一功率器件及該第二功率器件的至少一個電性連接，該第一散熱單元與該第一功率器件及該第二功率器件的至少一個電性連接；一包封步驟，通過一封料包覆該第一功率器件、該導(dǎo)熱絕緣材料層、該第二功率器件及該引線框架的一部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的功率模塊的制造方法，其特征在于，其中在該裝配步驟中， 是在該散熱單元上組裝該導(dǎo)熱絕緣材料層的位置以及和該引線框架連接的位置施加連接材料，并將該導(dǎo)熱絕緣材料層上需要和該引線框架組裝的位置施加連接材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的功率模塊的制造方法，其特征在于，其中連接材料是錫膏、 焊料片、導(dǎo)電膠或低溫?zé)Y(jié)納米銀漿。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的功率模塊的制造方法，其特征在于，其中芯片正面電極引出工藝是打線或粘結(jié)/焊接金屬片。
全文摘要
一種功率模塊包括一第一散熱單元、一第一功率器件、一導(dǎo)熱絕緣材料層、一第二功率器件、一引線框架以及一封料。第一散熱單元具有一第一區(qū)及一第二區(qū)。第一功率器件設(shè)置在第一區(qū)。導(dǎo)熱絕緣材料層設(shè)置在第二區(qū)。第二功率器件通過導(dǎo)熱絕緣材料層設(shè)置在散熱單元。引線框架與第一功率器件及第二功率器件的至少一個電性連接。封料是包覆第一功率器件、導(dǎo)熱絕緣材料層、第二功率器件及引線框架的一部分。第一散熱單元與第一功率器件及第二功率器件的至少一個電性連接。由于第一功率器件非通過導(dǎo)熱絕緣材料層設(shè)置在第一散熱單元，故可降低成本。
文檔編號H01L21/50GK102339818SQ201010230160
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者葉奇峰, 曾劍鴻, 林逸程, 洪守玉 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司