一种双面散热集成功率模块及其封装工艺制造技术

本发明专利技术涉及功率模块封装技术领域，尤其涉及一种双面散热集成功率模块及其封装工艺。本发明专利技术的功率模块包括第一衬板、第二衬板、位于所述第一衬板和所述第二衬板之间的芯片转接板以及位于所述芯片转接板上的芯片，其中，所述芯片转接板上设置有至少两个芯片，所述芯片转接板的下表面与所述第一衬板相连，所述芯片的正面均与所述芯片转接板的上表面相连，且所述芯片的背面均与所述第二衬板相连。本发明专利技术中通过设置芯片转接板作为多个芯片的载体，实现了多芯片的集成，优化了封装结构，同时可实现双面散热，使芯片正常工作时结温和热载荷明显降低，提高了模块的使用寿命。提高了模块的使用寿命。提高了模块的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种双面散热集成功率模块及其封装工艺


[0001]本专利技术涉及功率模块封装
，尤其涉及一种双面散热集成功率模块及其封装工艺。

技术介绍

[0002]随着电子技术的发展，功率半导体技术已经成为现代电力电子技术的核心。以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)为代表的智能功率模块在众多工业领域得到越来越广泛的应用。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一种高功率电子器件，多用于轨道交通、航空航天、智能电网等领域，可靠性要求极高。传统IGBT模块长期工作于循环热载荷的环境中，由于材料间的热膨胀系数(CTE)不匹配而导致材料疲劳，最终失效。引线键合是传统IGBT所采用的封装工艺之一，其主要失效形式包括引线断裂、引线脱落、引线剥离，亦是IGBT最重要的失效模式之一，同时，传统引线键合工艺所带来的寄生电容、电感等也降低了IGBT的使用性能；其次，大面焊料热疲劳所导致的空洞、裂纹，极大影响了模块的散热性能。因此，IGBT模块的封装结构，需要能够提高IGBT模块的热性能，同时降低其寄生参数。
[0003]通常，智能功率模块包含多个芯片，例如同时包含IGBT芯片、二极管芯片和驱动IC芯片等，而随着各种电子部件的集成度的提高，智能功率模块也在朝着高性能、高可靠性、小型化和低成本发展，现有的IGBT模块的封装结构和封装工艺复杂，仍有优化的空间。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种双面散热集成功率模块及其封装工艺，用于解决上述至少一个问题。
[0005]本专利技术的一方面提供一种双面散热集成功率模块，包括：第一衬板、第二衬板、位于所述第一衬板和所述第二衬板之间的芯片转接板以及位于所述芯片转接板上的芯片，
[0006]其中，所述芯片转接板上设置有至少两个芯片，所述芯片转接板的下表面与所述第一衬板相连，所述芯片的正面均与所述芯片转接板的上表面相连，且所述芯片的背面均与所述第二衬板相连。
[0007]在一个实施方式中，所述芯片包括第一功率芯片，或者
[0008]所述芯片包括第一功率芯片和第三功率芯片；
[0009]所述芯片转接板包括转接基板，所述转接基板中设置有多个第一铜柱，所述第一铜柱沿所述转接基板的厚度方向延伸，所述第一功率芯片的正面均设置有多个第一焊球，所述第一焊球与所述第一铜柱一一对应，并且所述第一焊球与对应的所述第一铜柱的顶端相连，所述第一铜柱的底端与所述第一衬板的顶表面相连。
[0010]在一个实施方式中，所述第一铜柱的底端均设置有第一焊盘，所述第一焊盘均与所述第一衬板的顶表面焊接相连。
[0011]在一个实施方式中，所述芯片还包括第二功率芯片；
[0012]所述转接基板的底表面和顶表面上分别设置有第二焊盘和第三焊盘，所述第二焊
盘和所述第三焊盘通过设置于所述转接基板中的多个第二铜柱相连，所述第二铜柱沿所述转接基板的厚度方向延伸，所述第二焊盘与所述第二功率芯片的正面相连，所述第三焊盘与所述第一衬板相连。
[0013]在一个实施方式中，所述第二焊盘与所述第二功率芯片的正面焊接相连，所述第三焊盘与所述第一衬板的顶表面焊接相连。
[0014]在一个实施方式中，所述第三功率芯片的正面设置有多个第二焊球，所述转接基板中设置有多个第三铜柱，所述第三铜柱沿所述转接基板的厚度方向延伸设置，所述第二焊球与所述第三铜柱一一对应，并且所述第二焊球与对应的所述第三铜柱的顶端相连，所述第三铜柱的底端与所述第一衬板的顶表面相连。
[0015]在一个实施方式中，所述第三铜柱的底端均设置有第四焊盘，所述第四焊盘均与所述第一衬板的顶表面焊接相连。
[0016]在一个实施方式中，所述第一焊球的直径均为200μm至600μm。
[0017]在一个实施方式中，所述功率模块还包括塑封体，其填充于所述第一衬板与所述第二衬板之间空隙中。
[0018]本专利技术的另一方面提供一种双面散热集成功率模块的封装工艺，用于实现上述功率模块的封装，包括以下步骤：
[0019]S1：将至少两个芯片倒装焊接于芯片连接板的顶表面上，其中所述芯片包括至少第一功率芯片、第二功率芯片以及第三功率芯片中的一个或几个；
[0020]S2：将步骤S1中所获得的带有芯片的芯片转接板设置于第一衬板顶表面的对应位置，使芯片连接板的下表面与第一衬板顶表面相贴合以使所述芯片的正面与第一衬板的顶表面形成电连接；
[0021]S3：将第二衬板放置于步骤S2中的连接有第一衬板的芯片转接板上，并且在第二衬板的底表面与芯片的背面相贴合后，对第二衬板和芯片进行回流焊接；
[0022]S4：采用封装材料注塑填充第一衬板与第二衬板之间的空隙。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的功率模块中通过设置芯片转接板作为多个芯片的载体，实现了多芯片的集成，优化了封装结构，降低了封装工艺的复杂性，同时采用双面散热结构，使芯片正常工作时结温明显降低，其热载荷也相应地降低，极大地提高了模块的使用寿命。
附图说明
[0024]在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。
[0025]图1是本专利技术的功率模块的结构示意图；
[0026]图2是本专利技术的芯片转接板的结构示意图；
[0027]图3是本专利技术的芯片转接板的俯视图；
[0028]图4是本专利技术的芯片转接板的仰视图；
[0029]图5是本专利技术的封装工艺步骤S1中带有芯片的芯片转接板的结构示意图；
[0030]图6是本专利技术的封装工艺步骤S2中芯片转接板与第一衬板的连接结构示意图；
[0031]图7是本专利技术的封装工艺步骤S3中芯片转接板与第二衬板的连接结构示意图。
[0032]附图标记：
[0033]1-芯片转接板；2-第一功率芯片；3-第二功率芯片；4-第三功率芯片；
[0034]5-第一衬板；6-第二衬板；7-塑封体；
[0035]11-转接基板；12-第一铜柱；13-第二铜柱；14-第三铜柱；15-第一焊盘；
[0036]16-第二焊盘；17-第三焊盘；18-第四焊盘；19-第一焊球；20-第二焊球；
[0037]21-第一焊层；22-第二焊层；23-第三焊层；24-第四焊层；25-第五焊层；
[0038]26-第六焊层；27-第七焊层。
具体实施方式
[0039]下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0040]本专利技术提供一种双面散热集成功率模块，尤其涉及一种集成IGBT模块。本专利技术的功率模块包括第一衬板5、第二衬板6、位于第一衬板5和第二衬板6之间的芯片转接板1以及位于芯片转接板1上的芯片，其中，芯片转接板1上设置有至少两个芯片，芯片转接板1的下表面与第一衬板5相连，所有芯片的正面均与芯片转接板1的上表面相连，且所有芯片的背面均与第二衬板6相连。这样，芯片转接板1作为芯片倒装的载体，实现了多芯片集成，并且所有芯片的正面通过芯片转接板1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双面散热集成功率模块，其特征在于，包括：第一衬板、第二衬板、位于所述第一衬板和所述第二衬板之间的芯片转接板以及位于所述芯片转接板上的芯片，其中，所述芯片转接板上设置有至少两个芯片，所述芯片转接板的下表面与所述第一衬板相连，所述芯片的正面均与所述芯片转接板的上表面相连，且所述芯片的背面均与所述第二衬板相连。2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述芯片包括第一功率芯片，或者所述芯片包括第一功率芯片和第三功率芯片；所述芯片转接板包括转接基板，所述转接基板中设置有多个第一铜柱，所述第一铜柱沿所述转接基板的厚度方向延伸，所述第一功率芯片的正面均设置有多个第一焊球，所述第一焊球与所述第一铜柱一一对应，并且所述第一焊球与对应的所述第一铜柱的顶端相连，所述第一铜柱的底端与所述第一衬板的顶表面相连。3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述第一铜柱的底端均设置有第一焊盘，所述第一焊盘均与所述第一衬板的顶表面焊接相连。4.根据权利要求2或3所述的功率模块，其特征在于，所述芯片还包括第二功率芯片；所述转接基板的底表面和顶表面上分别设置有第二焊盘和第三焊盘，所述第二焊盘和所述第三焊盘通过设置于所述转接基板中的多个第二铜柱相连，所述第二铜柱沿所述转接基板的厚度方向延伸，所述第二焊盘与所述第二功率芯片的正面相连，所述第三焊盘与所述第一衬板相连。5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述第二焊盘与所述第二功率芯片的正面焊接相连，所述第三焊盘与所述第一衬板的顶表面焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴小平，彭程，齐放，柯攀，汪炼成，朱文辉，
申请(专利权)人：湖南国芯半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：