具复数功率元件电源模块的间隔加压结合法制造技术

本发明专利技术公开了一种具复数功率元件电源模块的间隔加压结合法，包括下列步骤：将复数功率元件间隔地设置在第一陶瓷基板上并在每一功率元件上分别设置一金属间隔块，其中金属间隔块远离第一陶瓷基板方向定义为一设置面；将设置有一层纳米银层的第二陶瓷基板覆盖至设置面，更可分离地在第一和第二陶瓷基板间，设置高度超过功率元件和金属间隔块总和且低于功率元件和金属间隔块再加上纳米银层厚度的间隔模具垫块；在垂直第一和第二陶瓷基板方向加压并加热熔融纳米银层使得纳米银层分别融为厚度较薄的银层并和金属间隔块分别导电接合，并加以冷却而固化。并加以冷却而固化。并加以冷却而固化。

【技术实现步骤摘要】
具复数功率元件电源模块的间隔加压结合法


[0001]本专利技术涉及一种制作具复数功率元件电源模块的方法。

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，高功率的元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]然而，陶瓷基板存在有翘曲变形的问题，在小尺寸时或许可容许，但是当基板尺寸越大，翘曲变形的严重性就越明显，造成基板上表面不平整，一片5至6公分的陶瓷基板，可能会扳弯0.2mm左右，对比高度同样仅约0.2mm左右的芯片来说，影响不容小觑。尤其当电源模块的电流量需达上百安培甚至数百安培时，往往不是单一的大功率元件所能承受，而需要将多颗大功率元件并联设置在同一陶瓷基板平面上，才能构成电源模块。
[0005]因此，长宽都在数公分以上的陶瓷基板，因为翘曲变形造成高度不一、不平整的问题，对整体元件封装甚或效能都会有影响。尤其对于需要双面接触陶基板散热的大功率电源模块而言，如何保持每个大功率电源模块芯片都能以极佳的导电状态连接双面的陶瓷基板有其困难。不幸地，若以可通过200A的芯片为例，当导电状态非绝佳时，可能因为电流通过时的高发热而带来高电阻，造成实际电流被降低至仅可通过100A，尤其对于处理大电流的电源模块芯片，任何些微的接触不良都可能对芯片造成莫大的损害，且其余导通的芯片也得承担更大的负载电流，因此确保每一个电源模块芯片都能良好地导电连接基板是非常重要的，也就是本专利技术试图解决的问题。
[0006]为解决上述问题，已有研究人员提出采用例如纳米银膏作为接着材料，并且在安装过程中加热而使原本纳米银膏内的掺杂汽化，成为单纯的熔融银，虽然厚度会大幅缩减，但可以借此在陶瓷板的焊垫和芯片的出入电极间形成纯银连结。但是，经过专利技术人实际测
试发现，此种技术在单颗芯片上使用并无问题，但要容纳例如六颗甚至更大量的功率元件的芯片安装时，由于上述陶瓷基板必须具有足够面积，翘曲无法避免，更因纳米银膏受热处理时厚度大减，以及功率元件的芯片本身厚度有限的种种客观条件限制，让陶瓷基板在厚度方向必然翘曲的问题益发严重难解，甚至在加热焊接前，就会因为距离估算不精准，而导致功率元件受撞击损坏，产品良率及产出效率均受到明显影响。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的上述不足，根据本专利技术的实施例，希望提供一种具复数功率元件电源模块的间隔加压结合法，是一种制造大功率的电源模块的方法，旨在实现如下专利技术目的：(1)借由适当模具，减少陶瓷基板和功率元件间因碰撞而损坏的风险，提升制造良率；(2)利用模具作为高度保障，避免陶瓷基板上的纳米银膏和功率元件间的接触不佳，导致成品导电瑕疵，提升完成后的电源模块可靠度；(3)确保个别功率元件和双面陶瓷基板导电连结。
[0008]根据实施例，本专利技术提供的一种具复数功率元件电源模块的间隔加压结合法，包括下列步骤：
[0009]a)将复数功率元件间隔地设置在一第一陶瓷基板上，其中每一前述功率元件具有一对分别位于顶面和底面的出入电极，且该第一陶瓷基板上形成有接垫电路层，分别供导电结合上述功率元件底面的出入电极，并且在每一上述功率元件的上述顶面的出入电极上分别设置一对应金属间隔块，其中上述金属间隔块远离上述第一陶瓷基板方向定义为一设置面；
[0010]b)将一设置有一层纳米银层的第二陶瓷基板，以具有上述纳米银层的连接面覆盖至上述设置面，使得上述金属间隔块的上述设置面分别压迫深入上述纳米银层，其中，更以可分离地方式，在该第一陶瓷基板和上述第二陶瓷基板间，设置高度超过上述功率元件和上述金属间隔块总和，且低于上述功率元件和上述金属间隔块再加上述纳米银层厚度的复数间隔模具垫块，确保上述金属间隔块均可深入上述纳米银层，且不会直接触及上述第二陶瓷基板而造成损坏；
[0011]c)在垂直上述第一和第二陶瓷基板方向加压并加热熔融上述纳米银层使得上述纳米银层分别融为厚度较薄的银层并和上述金属间隔块分别导电接合，并加以冷却而固化上述银层。
[0012]根据一个实施例，本专利技术前述具复数功率元件电源模块的间隔加压结合法中，步骤a)进一步包括透过光阻蚀刻形成上述接垫电路层的子步骤a1)。
[0013]根据一个实施例，本专利技术前述具复数功率元件电源模块的间隔加压结合法中，步骤a)进一步包括在上述金属间隔块各角隅分别形成导角的子步骤a2)，以避免应力集中。
[0014]根据一个实施例，本专利技术前述具复数功率元件电源模块的间隔加压结合法中，步骤a)进一步包括在上述金属间隔块表面镀银的子步骤a3)。
[0015]根据一个实施例，本专利技术前述具复数功率元件电源模块的间隔加压结合法中，步骤a)之前进一步包括在电路基板部分嵌入陶瓷基板形成第一陶瓷基板的步骤d)。
[0016]根据一个实施例，本专利技术前述具复数功率元件电源模块的间隔加压结合法中，步骤b)之前进一步包括在电路基板部分嵌入陶瓷基板形成第二陶瓷基板并覆盖一纳米银层
的步骤e)。
[0017]相对于现有技术，借由本专利技术的技术方案，在加热焊接前，因为有间隔模具垫块的存在，无论陶瓷基板如何翘曲，均可确保功率元件和金属间隔块可以顺利插入第二陶瓷基板上的纳米银膏内，并且不会直接撞击第二陶瓷基板；借此，避免在加工过程中的功率元件的芯片或陶瓷基板因机械力而损坏的风险，另一方面，确保金属间隔块可以被确实压入纳米银膏之中，不会有接触不到的问题。
[0018]而纳米银膏具有特殊的熔融特性，200℃熔融后，其中的掺杂物汽化，纳米银膏一方面熔融为液态纯银，且整体高度缩减至原始高度的约三分之一，由于加热过程中上下两方均施加压力，使得陶瓷基板的翘曲被外力部分纠正，厚度的误差缩减，而熔融纯银的流动性，又可以确保已经接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具复数功率元件电源模块的间隔加压结合法，其特征是，包括下列步骤：a)将复数功率元件间隔地设置在第一陶瓷基板上，其中每一前述功率元件具有一对分别位于顶面和底面的出入电极，且该第一陶瓷基板上形成有接垫电路层，分别供导电结合上述功率元件底面的出入电极，并且在每一上述功率元件的上述顶面的出入电极上分别设置一对应金属间隔块，其中上述金属间隔块远离上述第一陶瓷基板方向定义为一设置面；b)将设置有一层纳米银层的第二陶瓷基板，以具有上述纳米银层的连接面覆盖至上述设置面，使得上述金属间隔块的上述设置面分别压迫深入上述纳米银层，其中，更以可分离地方式，在该第一陶瓷基板和上述第二陶瓷基板间，设置高度超过上述功率元件和上述金属间隔块总和，且低于上述功率元件和上述金属间隔块再加上述纳米银层厚度的复数间隔模具垫块，确保上述金属间隔块均可深入上述纳米银层，且不会直接触及上述第二陶瓷基板而造成损坏；c)在垂直上述第一和第二陶瓷基板方向加压并加热熔融上述纳米银层...

【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，黄孝登，王敬文，
申请(专利权)人：上海钊辉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：