一种功率半导体器件的封装模块和封装方法技术

本发明专利技术提供了一种功率半导体器件的封装模块和封装方法。该封装模块包括一级封装模块，一级封装模块包括：金属导热层，具有一个或多个间隔设置的散热柱和连接散热柱的连接部，连接部和散热柱一体设置，散热柱相对于连接部向第一方向凸起；功率半导体器件，设置在金属导热层的与第一方向相反的一侧表面上；绝缘保护层，包覆在功率半导体器件上，绝缘保护层具有连接孔；以及引脚，穿过连接孔与功率半导体器件电连接。在一级封装模块中既实现了对功率半导体器件的封装、又实现了散热同时还利用穿过连接孔的引脚实现了功率半导体器件的功能输出。该一级封装模块适用于各种结构的功率半导体器件的封装，可以简化功率半导体器件的封装工艺、降低成本。

A packaging module and method for power semiconductor devices

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体器件的封装模块和封装方法
本专利技术涉及功率半导体器件的封装
，具体而言，涉及一种功率半导体器件的封装模块和封装方法。
技术介绍
随着技术的进步、社会的发展，电力的消耗越来越大，为实现绿色可持续发展，对电力电子器件的需求也是越来越大，而功率半导体器件已成为当今电力电子领域的主流器件，是弱电控制强电的关键器件。广泛应用于各种功率控制电路、驱动电路等电路中。尤其是在各种变频电机、光伏逆变及智能电网、新能源汽车、电力机车牵引驱动等领域有着不可替代的作用。相比于传统的分立式功率半导体器件，近些年智能功率模块的应用也越来越多、越来越广泛。分立式功率半导体器件的封装结构相对简单、标准化，常用的封装形式主要是TO系列(按大小有TO-220、TO-3P等)。其标准的封装形式为2个管脚或3个管脚，而其中的器件也仅限于标准的功率半导体器件，如IGBT、功率MOSFET、FRD等。而相比于分立式功率半导体器件，智能功率模块的封装形式相对较多，管脚数目也不一样，因此在进行生产时，需要不同的模具、夹具等，有时甚至设备的轨道也不一样，导致其封装工艺复杂、封装成本较高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种功率半导体器件的封装模块和封装方法，以解决现有技术中的智能功率模块封装工艺复杂、封装成本高的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种功率半导体器件的封装模块，包括一级封装模块，一级封装模块包括：金属导热层，具有一个或多个间隔设置的散热柱和连接散热柱的连接部，连接部和散热柱一体设置，散热柱相对于连接部向第一方向凸起；功率半导体器件，设置在金属导热层的与第一方向相反的一侧表面上；绝缘保护层，包覆在功率半导体器件上，绝缘保护层具有连接孔；以及引脚，穿过连接孔与功率半导体器件电连接。进一步地，上述散热柱为空心结构。进一步地，上述金属导热层为铝层或铜层。进一步地，上述功率半导体器件粘结在金属导热层上。进一步地，上述绝缘保护层为无机介电材料层或有机塑封材料层。进一步地，上述封装模块还包括转接框架，转接框架具有转接引线，功率半导体器件固定在转接框架上且转接引线的一端与引脚电连接，优选封装模块还包括塑封层，塑封层包覆转接框架和一级封装模块设置且使转接引线的另一端和金属导热层裸露。根据本专利技术的另一方面，提供了一种功率半导体器件的封装方法，该封装方法包括：步骤S1，在基板上设置牺牲层；步骤S2，对牺牲层进行图形化处理以在牺牲层中形成多个通孔；步骤S3，在图形化后的牺牲层上设置金属导热层，其中金属导热层的设置在牺牲层上表面的部分为连接部，设置在通孔中的部分为散热柱；步骤S4，将功率半导体器件设置在金属导热层的远离基板的一侧表面上；步骤S5，去除牺牲层和基板；步骤S6，采用绝缘材料对功率半导体器件的裸露部分进行包覆，形成绝缘保护层；步骤S7，对绝缘保护层进行刻蚀，形成连接孔；步骤S8，设置穿过连接孔的引脚并使引脚与功率半导体器件电连接；以及步骤S9，对绝缘保护层和金属导热层进行切割，形成一级封装模块。进一步地，上述步骤S3采用电镀或者溅射的方式设置金属导热层，散热柱为空心结构。进一步地，上述牺牲层为硅氧化物，步骤S5采用刻蚀的方式去除牺牲层。进一步地，上述金属导热层为铝层或铜层。进一步地，上述步骤S4采用粘结的方式将功率半导体器件设置在金属导热层的远离基板的一侧表面上。进一步地，上述绝缘保护层为无机介电材料层或有机塑封材料层。进一步地，上述封装方法还包括：提供转接框架，转接框架具有转接引线；将一级封装模块的功率半导体器件固定在转接框架上，且将转接引线的一端与引脚电连接；采用塑封料包覆转接框架、功率半导体器件、绝缘保护层和引脚，且保留转接引线的另一端和金属导热层裸露；对塑封料进行固化。应用本专利技术的技术方案，本申请的封装模块利用一级封装模块将功率半导体器件进行了初步封装，在一级封装模块中既实现了对功率半导体器件的封装、又实现了散热同时还利用针对不同的功率半导体器件在绝缘保护层上进行适应性开口形成连接孔，穿过该连接孔的引脚实现了功率半导体器件的功能输出。该一级封装模块适用于各种结构的功率半导体器件(比如智能功率半导体器件)的封装，不需要专用的模具和夹具，具有通用性，因此可以简化功率半导体器件的封装工艺、降低其封装成本。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术的一种实施例的提供的一种功率半导体器件的封装模块的剖面结构示意图；图2示出了根据本专利技术的一种实施例提供的功率半导体器件的封装方法的流程示意图；图3至图10示出了根据图2所示的流程中各步骤得到的相应结构示意图，其中，图3示出了在基板10上设置牺牲层20后的剖面结构示意图；图4示出了对图3所示的牺牲层进行图形化处理以在牺牲层中形成通孔后的剖面结构示意图；图5示出了在图4所示的牺牲层上设置金属导热层后的剖面结构示意图，其中金属导热层的设置在牺牲层上表面的部分为连接部，设置在通孔中的部分为散热柱；图6示出了将功率半导体器件设置在图5所示的金属导热层的远离基板的一侧表面上后的剖面结构示意图；图7示出了去除图6所示的牺牲层和基板后的剖面结构示意图；图8示出了采用绝缘材料对图7所示的功率半导体器件的裸露部分进行包覆形成绝缘保护层后的剖面结构示意图；图9示出了对图8所示的绝缘保护层进行刻蚀形成连接孔后的剖面结构示意图；图10示出了设置穿过图9所示的连接孔的引脚并使引脚与功率半导体器件电连接后的剖面结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、基板；20、牺牲层；21、通孔；30、金属导热层；40、功率半导体器件；50、绝缘保护层；51、连接孔；60、引脚。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件的封装模块，其特征在于，包括一级封装模块，所述一级封装模块包括：/n金属导热层(30)，具有一个或多个间隔设置的散热柱和连接所述散热柱的连接部，所述连接部和所述散热柱一体设置，所述散热柱相对于所述连接部向第一方向凸起；/n功率半导体器件(40)，设置在所述金属导热层(30)的与所述第一方向相反的一侧表面上；/n绝缘保护层(50)，包覆在所述功率半导体器件(40)上，所述绝缘保护层(50)具有连接孔(51)；以及/n引脚(60)，穿过所述连接孔(51)与所述功率半导体器件(40)电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件的封装模块，其特征在于，包括一级封装模块，所述一级封装模块包括：
金属导热层(30)，具有一个或多个间隔设置的散热柱和连接所述散热柱的连接部，所述连接部和所述散热柱一体设置，所述散热柱相对于所述连接部向第一方向凸起；
功率半导体器件(40)，设置在所述金属导热层(30)的与所述第一方向相反的一侧表面上；
绝缘保护层(50)，包覆在所述功率半导体器件(40)上，所述绝缘保护层(50)具有连接孔(51)；以及
引脚(60)，穿过所述连接孔(51)与所述功率半导体器件(40)电连接。


2.根据权利要求1所述的封装模块，其特征在于，所述散热柱为空心结构。


3.根据权利要求1所述的封装模块，其特征在于，所述金属导热层(30)为铝层或铜层。


4.根据权利要求1所述的封装模块，其特征在于，所述功率半导体器件(40)粘结在所述金属导热层(30)上。


5.根据权利要求1所述的封装模块，其特征在于，所述绝缘保护层(50)为无机介电材料层或有机塑封材料层。


6.根据权利要求1所述的封装模块，其特征在于，所述封装模块还包括转接框架，所述转接框架具有转接引线，所述功率半导体器件(40)固定在所述转接框架上且所述转接引线的一端与所述引脚(60)电连接，优选所述封装模块还包括塑封层，所述塑封层包覆所述转接框架和所述一级封装模块设置且使所述转接引线的另一端和所述金属导热层(30)裸露。


7.一种功率半导体器件的封装方法，其特征在于，所述封装方法包括：
步骤S1，在基板(10)上设置牺牲层(20)；
步骤S2，对所述牺牲层(20)进行图形化处理以在所述牺牲层(20)中形成多个通孔(21)；
步骤S3，在图形化后的所述牺牲层(20)上设置金属导热层(30)，其中所述金属导热层(30)的设置在所述牺牲层(20)上表面的部分为连接部，设置在所述通孔(21)中的部...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾丹，史波，葛孝昊，赵家宽，陈茂麟，肖婷，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，珠海零边界集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44