功率模块及其制造方法技术

本申请涉及一种功率模块。该功率模块包括：衬底，具有介电层；第一功率半导体装置，设置在衬底的上部；以及第二功率半导体装置，设置在衬底的下部。

【技术实现步骤摘要】
功率模块及其制造方法
本公开涉及一种功率模块及其制造方法，更特别地，涉及一种功率模块及其制造方法，所述功率模块具有将设置有介电层的衬底介于中间并在衬底的上部和下部设置功率半导体装置的结构，从而能够减少部件的数量，简化制造过程并提高性能。
技术介绍
作为混合动力车辆和电动车辆的核心部件之一，功率转换器(例如，逆变器)是环保车辆的主要部件，且正在开发功率转换器的许多技术。功率模块是功率转换器的核心部件，并且成本最高，开发功率模块是环保车辆领域的关键技术。通常，功率模块被制造成各种结构，特别地，根据为了易于排放从功率模块产生的热而设置散热片或散热通道的结构，功率模块被制造成单面冷却功率模块和双面冷却功率模块的形式。由于单面冷却功率模块被制造成在诸如绝缘栅双极晶体管(insulated-gatebipolartransistor，IGBT)的功率半导体装置的一个表面上设置冷却装置的形态，因此其冷却性能低，并且由于电流通过引线键合流动，因此寄生电感增加。为了消除单面冷却功率模块的缺点，开发了双面冷却功率模块。双面冷却功率模块在功率半导体装置的上表面和下表面设置有衬底，且电流根据形成在衬底上的电路图案流动。然而，由于双面冷却功率模块在制造过程中需要执行两次或更多次的焊接或烧结以进行引线键合，因此由于多次焊接导致焊料再熔化，可靠性降低。另外，由于电流通过设置在双面冷却功率模块上侧和下侧的衬底的图案而流动，因此寄生电感量增加。另外，由于衬底需要设置在功率半导体装置上侧和下侧，因此将功率半导体装置的信号端子与两个衬底之间的引线电连接的键合线可能会与衬底接触而造成干扰。为了消除这种干扰，两个衬底之间需要保持足够的距离，在至少一个衬底和功率半导体装置之间的位置进一步设置垫片，从而会导致单价增加。前述仅旨在帮助理解本公开的背景，并非旨在表示本公开落入本领域技术人员公知的现有技术的范围内。
技术实现思路
因此，本公开提供一种功率模块，功率模块具有将设置有介电层的衬底介于中间并在衬底的上部和下部设置功率半导体装置的结构，从而能够消除垫片等常规功率模块的关键部件，并且减少执行的焊接或烧结的次数和寄生电感。作为解决上述技术问题的手段，本公开提供一种功率模块，包括：衬底，具有介电层；第一功率半导体装置，设置在衬底的上部；以及第二功率半导体装置，设置在衬底的下部。本公开的示例性实施例可以进一步包括：第一引线部，设置在第一功率半导体装置的上部并且电连接到第一功率半导体装置，以及第二引线部，设置在第二功率半导体装置的下部并且电连接到第二功率半导体装置。在本公开的示例性实施例中，为了接收直流电压，第一引线部和第二引线部可以各自包括第一功率引线和第二功率引线，第一功率引线和第二功率引线可以在垂直方向上彼此重叠，并且可以在第一功率引线和第二功率引线之间插设绝缘层。在本公开的示例性实施例中，第一引线部的一部分和第二引线部的一部分可以相互连接以实现第一功率半导体装置和第二功率半导体装置之间的电连接。在本公开的示例性实施例中，衬底可以设置有介电层，第一金属层设置在介电层的上表面，并且第二金属层设置在介电层的下表面，第一金属层和第一功率半导体装置之间的一部分、第一金属层和第一引线部之间的一部分以及第一功率半导体装置和第一引线部之间的一部分可以通过焊接彼此电连接，并且第二金属层和第二功率半导体装置之间的一部分、第二金属层和第二引线部之间的一部分、第二功率半导体装置和第二引线部之间的一部分可以通过焊接彼此电连接。在本公开的示例性实施例中，第一引线部可以设置有向上突出的第一平面，并且第二引线部可以设置有向下突出的第二平面。在本公开的示例性实施例中，功率模块可以进一步包括模具部，整体覆盖衬底、第一功率半导体装置、第二功率半导体装置、第一引线部的一部分及第二引线部的一部分，其中第一平面和第二平面可以暴露在模具部的外部。作为解决该技术问题的另一手段，本公开提供一种功率模块的制造方法，该方法包括以下步骤：设置具有上引线框架、下引线框架、第一功率半导体装置、第二功率半导体装置和介电层的衬底；依次层压并接合上引线框架、第一功率半导体装置、衬底、第二功率半导体装置和下引线框架；在上引线框架的第一信号连接引线和第一功率半导体装置的信号端子之间进行引线键合，并且在下引线框架的第二信号连接引线和第二功率半导体装置的信号端子之间进行引线键合；形成模具部以覆盖通过接合形成的层压结构和通过引线键合形成的引线键合部；以及分离并去除上引线框架和下引线框架的预定区域以完成功率模块。在本公开的示例性实施例中，在接合步骤中，包括在上引线框架中的第一功率引线和包括在下引线框架中的第二功率引线可以在垂直方向上彼此重叠，可以在该第一功率引线和该第二功率引线之间施加直流电压，并且绝缘层可以插设在第一功率引线和第二功率引线之间。在本公开的示例性实施例中，在接合步骤中，可以焊接上引线框架的一部分和下引线框架的一部分以实现第一功率半导体装置和第二功率半导体装置之间的电连接。在本公开的示例性实施例中，可以在形成模具部的步骤中，以暴露上引线框架的上表面的至少一部分和下引线框架的下表面的至少一部分的方式形成所述模具部。根据功率模块及其制造方法，功率半导体装置设置在设置有介电层的衬底的上侧和下侧，因此当电流通过衬底的金属层流动时，通过设置在金属层之间的介电层可以减少寄生电感。另外，根据功率模块及其制造方法，在向功率模块施加直流电的两个功率引线之间插设绝缘层，并且两个功率引线彼此相对，因此通过绝缘层还可以期待减少寄生电感的效果。另外，根据功率模块及其制造方法，功率半导体装置设置在衬底的上侧和下侧，因此可以确保在功率半导体装置的上侧和下侧有足够的空间。因此，与将功率半导体装置设置在两个衬底之间的常规功率模块相比，可以消除在键合线和衬底之间产生干扰，并且可以去除用于确保两个衬底之间的距离的垫片。另外，在功率半导体装置设置在两个衬底之间的常规功率模块中，在执行第一次焊接和引线键合的过程之后需要执行第二次焊接，因此会出现由于焊料的再熔化导致的可靠性降低的问题。然而，根据本公开的功率模块及其制造方法，执行焊接的次数减少为一次，从而可以消除由于焊料的再熔化导致的可靠性降低，并且可以降低工艺成本。本公开的效果不限于上述效果，本领域技术人员从以下描述中可以清楚地理解未提及的其它目的。附图说明图1是示出根据本公开的示例性实施例的功率模块的立体图。图2是从一个方向观察图1所示的根据本公开的示例性实施例的功率模块的侧视图。图3是从另一个方向观察图1所示的根据本公开的示例性实施例的功率模块的侧视图。图4、图5和图6是用于解释在根据本公开的示例性实施例的功率模块中电流流动的电路图和立体图。图7、图8、图9、图10和图11是示出根据本公开的示例性实施例的功率模块的制造方法的步骤的立体图。具体实施方式在下文中，参照附图更详细地描述根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率模块，包括：/n衬底，具有介电层；/n第一功率半导体装置，设置在所述衬底的上部；以及/n第二功率半导体装置，设置在所述衬底的下部。/n

【技术特征摘要】
20191216 KR 10-2019-01677181.一种功率模块，包括：
衬底，具有介电层；
第一功率半导体装置，设置在所述衬底的上部；以及
第二功率半导体装置，设置在所述衬底的下部。


2.根据权利要求1所述的功率模块，进一步包括：
第一引线部，设置在所述第一功率半导体装置的上部并且电连接到所述第一功率半导体装置；以及
第二引线部，设置在所述第二功率半导体装置的下部并且电连接到所述第二功率半导体装置。


3.根据权利要求2所述的功率模块，其中，
为了接收直流电压，所述第一引线部和所述第二引线部各自包括第一功率引线和第二功率引线，所述第一功率引线和所述第二功率引线在垂直方向上彼此重叠，并且在所述第一功率引线和所述第二功率引线之间插设绝缘层。


4.根据权利要求2所述的功率模块，其中，
所述第一引线部的一部分和所述第二引线部的一部分相互连接以实现所述第一功率半导体装置和所述第二功率半导体装置之间的电连接。


5.根据权利要求2所述的功率模块，其中，
所述衬底设置有所述介电层，第一金属层设置在所述介电层的上表面，并且第二金属层设置在所述介电层的下表面；
所述第一金属层和所述第一功率半导体装置之间的一部分、所述第一金属层和所述第一引线部之间的一部分以及所述第一功率半导体装置和所述第一引线部之间的一部分通过焊接彼此电连接；并且
所述第二金属层和所述第二功率半导体装置之间的一部分、所述第二金属层和所述第二引线部之间的一部分以及所述第二功率半导体装置和所述第二引线部之间的一部分通过焊接彼此电连接。


6.根据权利要求2所述的功率模块，其中，
所述第一引线部设置有向上突出的第一平面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贤求，朴圣源，朴准熙，金现旭，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR