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CN113658871B - 一种功率模块的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率模块的制造方法，包括以下步骤：S1：取一个碳化硅多孔体置于与其大小形状相适配的模型内，紧接着将加热熔融的铝或铝合金压入到该模型内，其中加热熔融的铝或铝合金由Al‑Si系合金构成，并以加压的状态进行冷却，冷却完成后，在碳化硅多孔体表面包覆规定厚度的包覆层，其中包覆层的厚度在80μm—100μm之间；S2：将S1中的碳化硅多孔体放置在切割装置上，对其进行切割加工。本发明设计合理，散热片和扩散层的设置，能够及时将工作过程中产生的热量有效的散出，且配合第一集成衬片和第二集成衬片的设置，能够进一步提高散热效果，降低功率模块工作过程中因温度过高造成的损坏风险。

Description

一种功率模块的制造方法
技术领域
本发明涉及功率模块技术领域，尤其涉及一种功率模块的制造方法。
背景技术
在半导体元件中，用于大功率控制用的功率模块，由于发热量较多，良好的热设计是保证器件工作稳定与可靠性的不可或缺的条件，现有的功率模块的制造大多缺少散热的功能，其主要是通过金属层、绝缘层、布线层和电路元件叠加焊接封装组成，其功率模块长时间使用，会产生大量的热量，经常容易因工作温度过高造成烧坏的风险较大，现有的功率模块的制造不能满足使用需要，因此我们提出了一种功率模块的制造方法用于解决上述问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种功率模块的制造方法。
本发明提出的一种功率模块的制造方法，包括以下步骤：
S1：取一个碳化硅多孔体置于与其大小形状相适配的模型内，紧接着将加热熔融的铝或铝合金压入到该模型内，并以加压的状态进行冷却，冷却完成后，在碳化硅多孔体表面包覆规定厚度的包覆层；
S2：将S1中所述的碳化硅多孔体放置在切割装置上，对其进行切割加工，切割出快状碳化硅多孔体；
S3：将S2中切割的碳化硅多孔体利用打磨工具进行打磨，并通过刻度尺对打磨的碳化硅多孔体厚度进行测量，制得厚度为0.3mm—0.5mm的散热片；
S4：选取一个金属基板，在金属基板的顶部放置绝缘板，在绝缘板的顶部粘贴用于制作电路布线的铜箔，然后使用蚀刻工具对铜箔进行蚀刻，制得成电路布线，在制得的电路布线上设置电路元件，并将电路元件与电路布线通过金属线相连接，同时在电路布线上焊接引脚；
S5：根据铝原子与铜原子的存在比例，配置铝原子和铜原子混合溶液，并将其配置的溶液倒入模具中，然后进行冷却，制得铝的含量多的第一金属间化合物，同时以同样的方式制得铜原子含量多的第二金属间化合物，将第一金属化合物与第二金属化合物相接合，制得散热扩散层；
S6：将S5中所述的散热扩散层接合在S3中的散热片顶部和S4中的金属基板的底部之间；
S7：将散热片的底部焊接第一集成衬片，在电路布线的顶部焊接第二集成衬片，紧接着将焊接有第一集成衬片和第二集成衬片的整个模块放置于封装模具中，此时第一集成衬片位于最下方，将封装模具中上模上的压条压于位于最上方的第二集成衬片上，对其竖直位置进行定位，将封装模具合模并注入封装材料，将金属基板密封；
S8：将S7中注入封装材料后的封装模具进行冷却，使得封装材料与金属基板能够紧密分贴合，制得功率模块。
优选地，所述S1中，包覆层的厚度在80μm—100μm之间，加热熔融的铝或铝合金由Al-Si系合金构成。
优选地，所述S4中，绝缘板为陶瓷材质，其由AlN(氮化铝)、Si3N4(氮化硅)、AL2O3(氧化铝)或SiC(碳化硅)中任意一种绝缘性高的陶瓷形成。
优选地，所述S4中，电路布线的厚度在0.1mm—3.0mm之间，金属基板的厚度在0.15mm—5.0mm之间。
优选地，所述S7中，第一集成衬片和第二集成衬片均采用环氧树脂等材料制作，且环氧树脂材料内掺杂高浓度的氧化铝材料，以提高其热导率。
优选地，所述S6中，散热扩散层与散热片和金属基板之间的接合方式为加热接合，在真空环境中，通过加压，在加热温度为450℃以上且小于548℃的加热温度下，保持5分钟～240分钟而进行固相扩散接合。
优选地，所述S4中，电路元件采用Sn-Cu，Sn-Cu-Ni等焊锡材料焊锡接合在电路布线的顶部。
本发明设计合理，散热片和扩散层的设置，能够及时将工作过程中产生的热量有效的散出，且配合第一集成衬片和第二集成衬片的设置，能够进一步提高散热效果，降低功率模块工作过程中因温度过高造成的损坏风险。
具体实施方式
下面接合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例
本实施例提出了一种功率模块的制造方法，包括以下步骤：
S1：取一个碳化硅多孔体置于与其大小形状相适配的模型内，紧接着将加热熔融的铝或铝合金压入到该模型内，其中加热熔融的铝或铝合金由Al-Si系合金构成，并以加压的状态进行冷却，冷却完成后，在碳化硅多孔体表面包覆规定厚度的包覆层，其中包覆层的厚度在80μm—100μm之间；
S2：将S1中的碳化硅多孔体放置在切割装置上，对其进行切割加工，切割出快状碳化硅多孔体；
S3：将S2中切割的碳化硅多孔体利用打磨工具进行打磨，并通过刻度尺对打磨的碳化硅多孔体厚度进行测量，制得厚度为0.3mm—0.5mm的散热片；
S4：选取一个厚度在0.15mm—5.0mm之间的金属基板，在金属基板的顶部放置绝缘板，绝缘板为陶瓷材质，其由AlN(氮化铝)、Si3N4(氮化硅)、AL2O3(氧化铝)或SiC(碳化硅)中任意一种绝缘性高的陶瓷形成，在绝缘板的顶部粘贴用于制作电路布线的铜箔，然后使用蚀刻工具对铜箔进行蚀刻，制得成电路布线，电路布线的厚度在0.1mm—3.0mm之间，在制得的电路布线上设置电路元件，并将电路元件与电路布线通过金属线相连接，同时在电路布线上焊接引脚，其中电路元件采用Sn-Cu，Sn-Cu-Ni等焊锡材料焊锡接合在电路布线的顶部；
S5：根据铝原子与铜原子的存在比例，配置铝原子和铜原子混合溶液，并将其配置的溶液倒入模具中，然后进行冷却，制得铝的含量多的第一金属间化合物，同时以同样的方式制得铜原子含量多的第二金属间化合物，将第一金属化合物与第二金属化合物相接合，制得散热扩散层；
S6：将S5中的散热扩散层接合在S3中的散热片顶部和S4中的金属基板的底部之间，散热扩散层与散热片和金属基板之间的接合方式为加热接合，在真空环境中，通过加压，在加热温度为450℃以上且小于548℃的加热温度下，保持5分钟～240分钟而进行固相扩散接合；
S7：将散热片的底部焊接第一集成衬片，在电路布线的顶部焊接第二集成衬片，第一集成衬片和第二集成衬片均采用环氧树脂等材料制作，且环氧树脂材料内掺杂高浓度的氧化铝材料，以提高其热导率，紧接着将焊接有第一集成衬片和第二集成衬片的整个模块放置于封装模具中，此时第一集成衬片位于最下方，将封装模具中上模上的压条压于位于最上方的第二集成衬片上，对其竖直位置进行定位，将封装模具合模并注入封装材料，将金属基板密封；
S8：将S7中注入封装材料后的封装模具进行冷却，使得封装材料与金属基板能够紧密分贴合，制得功率模块。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种功率模块的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：取一个碳化硅多孔体置于与其大小形状相适配的模型内，紧接着将加热熔融的铝或铝合金压入到该模型内，并以加压的状态进行冷却，冷却完成后，在碳化硅多孔体表面包覆规定厚度的包覆层；
S2：将S1中所述的碳化硅多孔体放置在切割装置上，对其进行切割加工，切割出快状碳化硅多孔体；
S3：将S2中切割的碳化硅多孔体利用打磨工具进行打磨，并通过刻度尺对打磨的碳化硅多孔体厚度进行测量，制得厚度为0.3mm—0.5mm的散热片；
S4：选取一个金属基板，在金属基板的顶部放置绝缘板，在绝缘板的顶部粘贴用于制作电路布线的铜箔，然后使用蚀刻工具对铜箔进行蚀刻，制得成电路布线，在制得的电路布线上设置电路元件，并将电路元件与电路布线通过金属线相连接，同时在电路布线上焊接引脚；
S5：根据铝原子与铜原子的存在比例，配置铝原子和铜原子混合溶液，并将其配置的溶液倒入模具中，然后进行冷却，制得铝的含量多的第一金属间化合物，同时以同样的方式制得铜原子含量多的第二金属间化合物，将第一金属化合物与第二金属化合物相接合，制得散热扩散层；
S6：将S5中所述的散热扩散层接合在S3中的散热片顶部和S4中的金属基板的底部之间；
S7：将散热片的底部焊接第一集成衬片，在电路布线的顶部焊接第二集成衬片，紧接着将焊接有第一集成衬片和第二集成衬片的整个模块放置于封装模具中，此时第一集成衬片位于最下方，将封装模具中上模上的压条压于位于最上方的第二集成衬片上，对其竖直位置进行定位，将封装模具合模并注入封装材料，将金属基板密封；
S8：将S7中注入封装材料后的封装模具进行冷却，使得封装材料与金属基板能够紧密分贴合，制得功率模块。
2.根据权利要求1所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于，所述S1中，包覆层的厚度在80μm—100μm之间，加热熔融的铝或铝合金由Al-Si系合金构成。
3.根据权利要求1所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于，所述S4中，绝缘板为陶瓷材质，其由AlN(氮化铝)、Si3N4(氮化硅)、AL2O3(氧化铝)或SiC(碳化硅)中任意一种绝缘性高的陶瓷形成。
4.根据权利要求1所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于，所述S4中，电路布线的厚度在0.1mm—3.0mm之间，金属基板的厚度在0.15mm—5.0mm之间。
5.根据权利要求1所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于，所述S7中，第一集成衬片和第二集成衬片均采用环氧树脂等材料制作，且环氧树脂材料内掺杂高浓度的氧化铝材料，以提高其热导率。
6.根据权利要求1所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于，所述S6中，散热扩散层与散热片和金属基板之间的接合方式为加热接合，在真空环境中，通过加压，在加热温度为450℃以上且小于548℃的加热温度下，保持5分钟～240分钟而进行固相扩散接合。
7.根据权利要求1所述的一种功率模块的制造方法，其特征在于，所述S4中，电路元件采用Sn-Cu，Sn-Cu-Ni等焊锡材料焊锡接合在电路布线的顶部。
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