具有导角金属间隔单元的电源模块制造技术

本发明专利技术公开了一种具有导角金属间隔单元的电源模块，在大功率电路元器件和上方的基板之间，透过固定高度且具有导角的金属间隔单元，形成一个高度和该金属间隔单元相同的空间，且暴露出用来进行打线制程的控制基板和用来进行灌胶制程的间隙。该空间能够容置打线和灌胶制程的工作机具、改善机具操作角度，使打线和灌胶制程能够更加有效率执行，增加产线良率。率。率。

Power module with guide angle metal spacer unit

【技术实现步骤摘要】
具有导角金属间隔单元的电源模块


[0001]本专利技术涉及一种电源模块，尤其是一种具有导角金属间隔单元的高导热电源模块。

技术介绍

[0002]在全球暖化日趋严重的今天，随着环保意识抬头，各国政府近几年也相继推出许多交通方面的绿能补助政策，使得越来越多消费者选择以电动交通工具取代传统以石化燃料为动力的交通工具，例如以电动汽车取代传统汽车以及以电动机车取代二行程机车。这些电动交通工具都仰赖大功率的电动马达提供动力，因此市场对于大功率电源模块的需求成长，也引发各大供货商争相投入资金和研发，以提升产线良率和产量。此外，如高亮度LED或LD等的光源装置也不断推陈出新，使得电源装置的消耗能量持续加大，同样需要大功率且高散热的电源模块才能有效支持。
[0003]大功率电源模块因为消耗能量大，不可避免地会有一部份能量转为热能；在电子装置不断微型化的同时，高功率的组件在更小的空间内就会伴随更高的发热，因此如何移除多余的热能，维护运作环境的稳定性变得至关重要。为了解决散热的问题，目前比较被普遍实行的解决方案是使用陶瓷材料做为电路基板的绝缘材料层，陶瓷基板做为电路板的一种，其具有与半导体接近的热膨胀系数及高耐热能力，最常见的陶瓷材料有氧化铝(Aluminum Oxide，Al2O3)制成的直接覆铜(Direct Bonded Copper，DBC)基板，其中，氧化铝在单晶结构下导热系数可达35W/mK，多晶结构下则有20至27W/mK。其他常见的陶瓷材料基板，还有氮化铝(AlN)、氧化铍(BeO)及碳化硅(SiC)等。陶瓷基板因此成为大功率电源模块基板的首选。
[0004]而在电源模块的大功率电子组件选择上，除了目前电子组件最常被用到的材料硅之外，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)的大功率组件也逐渐在市场占有一席之地。这类组件具有更高的效率和工作温度，尤其在导通大电流的电源模块中是极为重要的性能指针。和硅相比，SiC具有10倍的绝缘崩溃电场强度、3倍的能带隙宽度和3倍的热传导率，可以让上述电子组件用极薄的漂移层制作出具有非常高崩溃电压(600V以上)的组件，且在相同崩溃电压下单位面积的电阻可以降到硅的1/300。SiC功率组件可以在较高的温度下操作，而且导热系数是硅的三倍，有助于降低散热需求，因此对于电源模块而言SiC大功率电子组件是发展的趋势。
[0005]如图1所示，例示为电源模块芯片90的大功率电子组件需要在导通大电流和断路的两种状态间变换，为避免大电流直接短路，一对出入电极92、94通常分布在例如SiC的顶底两侧，且顶部的出入电极和底部的出入电极92、94分别和两片对应的陶瓷基板82、84导电及导热链接，使得电源模块芯片90和陶瓷基板82、84形成类似三明治的结构。大功率电子组件因此被夹置在陶瓷基板之间，尤其两片陶瓷基板82、84在高度方向的距离仅数百微米，非常狭小；又为了控制此电子组件的导通或断路，所以会设置有一个控制电极96，如图2、3所示，因为大功率电子组件的表面空间有限，控制电极和出入电极间往往只能保留几十微米
的绝缘间隙98。
[0006]电源模块芯片的控制电极96要接收控制讯号，并且有效控制大电流的流通和断路，因此控制电极96和电流导通时所流经的出入电极92必不相连，而且其间仅有上述几十微米间隙98，但需确保大电流在两个出入电极间流通时，不会错误流经控制电极96造成短路，以保护控制电极96不会过热融化。前述控制电极96和出入电极92、94的接垫之间的间隙更必须保持良好绝缘，使得在导接或断路瞬间都不会因瞬间电流变化而产生跳火，其中一种常见的做法是以灌胶制程隔绝电极，灌入不导电的黏滞性高分子材料，并在固化后保持绝缘；至于控制电极96则是透过打线导接至外部的控制电路(图中未标示)。
[0007]为了容置上述打线金属线在第一焊结束后上升的空间、以及使得前述灌胶制程能够更精准地进行灌胶作业以防溢出，倘若前述陶瓷基板之间的间隙太小，便会阻碍灌胶和打线制程的进行，抑或使得灌胶或打线制程必须以一个倾角进行，造成作业时间加长或者良率下降。如何一方面确保大功率电子组件能够如预期导接两陶瓷基板散热，同时改善灌胶和打线制程在狭窄间隙的操作角度和良率，就是本专利技术所要达到的目的。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的上述不足，根据本专利技术的实施例，希望提供一种具有导角金属间隔单元的电源模块，旨在实现如下专利技术目的：(1)能够在维持良好散热效果同时，改善灌胶制程在接垫间狭窄间隙的操作角度和良率；(2)能够在维持良好散热效果同时，确保打线制程第一焊点所需操作高度，并改善打线制程的操作角度和良率；(3)让金属间隔单元和陶瓷基板的接面处没有直角的突出部分，藉此大幅缓解应力集中问题，避免角隅处的界面间剥离。
[0009]根据实施例，本专利技术提供的一种具有导角金属间隔单元的电源模块，包括：
[0010]一第一基板，包括至少一具有一预定长宽尺寸的安装陶瓷基板部，且该第一基板具有一设置面，以及形成于该设置面的一安装电路层；
[0011]至少一个大功率电路元器件，该大功率电路元器件具有一对分别位于一顶面和一底面的出入电极、和一个位于前述顶面的控制电极，前述大功率电路元器件以前述底面的出入电极导电结合至上述安装陶瓷基板部的上述安装电路层，以及前述位于前述顶面的出入电极和该控制电极之间形成有一绝缘间隙；
[0012]数目对应于上述大功率电路元器件的金属间隔单元，每一前述金属间隔单元分别导热且导电地设置于上述对应大功率电路元器件的上述顶面出入电极，且前述金属间隔单元具有一预定高度，以及每一前述金属间隔单元分别在各角隅形成导角，藉此在前述高度的方向形成不超过上述顶面出入电极的投影；以及
[0013]一平行于上述第一基板，且包括至少一具有一预定长宽尺寸的间隔陶瓷基板部的第二基板，且该第二基板具有一对应面，以及形成于该对应面的一间隔电路层，该第二基板以前述间隔陶瓷基板部的前述间隔电路层导电及导热结合至上述金属间隔单元相反于上述大功率电路元器件侧面，使得上述大功率电路元器件的上述控制电极和上述第二基板间形成有一对应上述预定高度的间隔且暴露上述绝缘间隙。
[0014]相对于现有技术，本专利技术在第二基板和大功率电路元器件顶面之间，对应每个组件安装金属间隔单元，且前述金属间隔单元具有一预定高度，并分别在各角隅形成导角，藉
此在前述高度的方向形成不超过上述顶面出入电极的投影，使得电路元器件的控制电极和第二基板间形成可以容纳打线第一焊上升空间的间隔且暴露上述绝缘间隙，让灌胶工程进行更加顺利，避免溢出或不足的情况、提升良率，并且由于上述间隔空间的形成使得不论是灌胶或者打线工程操作角度都更不容易受到限制；尤其金属间隔单元在角隅处均形成有导角，有效降低反复热膨胀和收缩的运作过程中的应力集中，避免接面剥离。
[0015]当本专利技术在电源模块芯片的顶面额外设置一金属间隔单元，借此将上方的陶瓷基板和电源芯片模块间的高度拉开，使得绝缘间隙被暴露后，因为金属间隔单元和电源模块芯片间的热膨胀系数有相当差距，无论是在安装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有导角金属间隔单元的电源模块，其特征是，包括：一第一基板，包括至少一具有一预定长宽尺寸的安装陶瓷基板部，且该第一基板具有一设置面，以及形成于该设置面的一安装电路层；至少一个大功率电路元器件，该大功率电路元器件具有一对分别位于一顶面和一底面的出入电极、和一个位于前述顶面的控制电极，前述大功率电路元器件以前述底面的出入电极导电结合至上述安装陶瓷基板部的上述安装电路层，以及前述位于前述顶面的出入电极和该控制电极之间形成有一绝缘间隙；数目对应于上述大功率电路元器件的金属间隔单元，每一前述金属间隔单元分别导热且导电地设置于上述对应大功率电路元器件的上述顶面出入电极，且前述金属间隔单元具有一预定高度，以及每一前述金属间隔单元分别在各角隅形成导角，藉此在前述高度的方向形成不超过上述顶面出入电极的投影；以及一平行于上述第一基板，且包括至少一具有一预定长宽尺寸的间隔陶瓷基板部的第二基板，且该第二基板具有一对应面，以及形成于该对应面的一间隔电路层，该第二基板以前述间隔陶瓷基板部...

【专利技术属性】
技术研发人员：余河洁，廖陈正龙，林俊佑，黄安正，陈昆赐，梁荣华，詹雅惠，杨奇桦，陈良友，
申请(专利权)人：厦门信源环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：