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CN117293101A - 一种功率模组及其制作方法、功率设备 - Google Patents

一种功率模组及其制作方法、功率设备 Download PDF

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CN117293101A
CN117293101A CN202311128988.5A CN202311128988A CN117293101A CN 117293101 A CN117293101 A CN 117293101A CN 202311128988 A CN202311128988 A CN 202311128988A CN 117293101 A CN117293101 A CN 117293101A
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copper layer
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唐庆国
刘露
陶伟
邓洲
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Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
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Abstract

本申请提供了一种功率模组及其制作方法、功率设备，该功率模组包括一体化散热金属基板、芯片和封装件，其中，一体化散热金属基板包括铜层、导热介质层和散热器，铜层、导热介质层和散热器层叠设置，导热介质层连接在铜层与散热器之间，导热介质层靠近铜层的一面与导热介质层靠近散热器的一面平行；芯片固定在铜层远离散热器的一侧，封装件用于封装芯片。在本申请实施例中，通过使用一体化散热金属基板，使芯片的热量可以直接从芯片传递到一体化散热金属基板，降低芯片散热路径上热阻。此外，本申请实施例通过一体化散热金属基板直接来料，集成了电路连接、散热、绝缘等功能，节省了功率器件与散热器连接的组装工艺。

Description

一种功率模组及其制作方法、功率设备
技术领域
本申请涉及芯片加工领域，更为具体地，涉及一种功率模组及其制作方法、功率设备。
背景技术
随着电子产品向着密集化、小型化、轻薄化和高功率化的方向发展，单位体积的总量密度和发热量大幅增加，因此功率器件对于热链路上的散热要求越来越高。一方面要求材料的导热能力不断提升，另一方面通过减少接触界面来降低链路热阻。当前主要是通过导热介质(如，导热硅脂、导热凝胶等)连接功率器件和散热器，这样增加了散热界面，同时降低了传热效率，并且需要通过螺钉紧固方式实现功率器件和散热器的固定、组装流程复杂，无法实现架构极简。
发明内容
本申请提供一种功率模组及其制作方法、功率设备，能够简化功率模组的制作工序的同时提高芯片的散热效率。
第一方面，提供了一种功率模组，该功率模组包括一体化散热金属基板、一个或多个芯片和封装件，其中，所述一体化散热金属基板包括一个或多个铜层、导热介质层和散热器，所述一个或多个铜层、所述导热介质层和所述散热器层叠设置，所述导热介质层连接在所述一个或多个铜层与所述散热器之间，所述导热介质层靠近所述一个或多个铜层的一面与所述导热介质层靠近所述散热器的一面平行；每个所述芯片连接在一个所述铜层远离所述散热器的一侧，所述封装件用于封装所述一个或多个芯片。
在本申请实施例中，通过使用一体化散热金属基板，使芯片的热量可以直接从芯片传递到一体化散热金属基板，降低芯片散热路径上热阻，提高芯片的散热效率。此外，导热介质层靠近铜层的一面与导热介质层靠近散热器的一面平行，导热介质层厚度均匀、表面平整，从而使得导热更加均匀，具有较好的导热效果。另外，本申请通过一体化散热金属基板直接来料，集成了电路连接、散热、绝缘等功能，节省了功率器件与散热器连接的组装工艺，减少了连接界面，解决界面缺陷导致的散热问题。同时因来料集成到一体，减少了对功率器件、散热器、导热绝缘介质、以及组装过程中需使用到的工装，固化设备等的管理成本。
需要说明的是，使用封装件封装芯片时，封装形式可以包括塑封、灌胶、点胶等封装形式，在芯片的外部形成密闭空间，防止芯片裸露，从而可以起到保护芯片的作用，避免芯片在运行过程中发生意外损坏。
在一种可能的实现方式中，所述导热介质层的厚度一致、且在厚度方向上无中间气孔，所述厚度方向垂直于所述导热介质层与所述散热器的接触面。
在该实现方式中，导热介质层厚度一致且在厚度方向上无中间气孔，芯片的热量通过导热介质层直接传递给散热器时，散热路径上的导热更加均匀，导热效果进一步提高，从而进一步提高芯片的散热效果。
在一种可能的实现方式中，所述导热介质层包括侧壁，所述侧壁垂直于所述导热介质层与所述散热器的接触面。
应理解，在本申请实施例中，导热介质层可以是比较规则的正方体、长方体等形状，导热介质层的侧壁可以垂直于导热介质层与散热器的接触面，从而便于导热介质层的加工制作。
在一种可能的实现方式中，所述导热介质层在第一平面上的投影与所述散热器在所述第一平面上的投影完全重叠，所述第一平面为所述导热介质层与所述散热器的接触面。
在该实现方式中，导热介质层在第一平面上的投影与散热器在第一平面上的投影完全重叠，也就是说，导热介质层的边缘与散热器的边缘平齐，从而更便于加工。
在一种可能的实现方式中，上述导热介质层可由高分子复合散热材料构成，从而能够加快芯片的热量传递效率，进而提高芯片的散热效率。
示例性的，该导热介质层可以为环氧树脂层、聚酰亚胺层等；该散热器可以为铜或铝材质；该封装件可以为塑封胶。
在一种可能的实现方式中，所述一个或多个铜层包括第一焊盘和第二焊盘，所述一个或多个芯片焊接在第一焊盘上，所述一个或多个芯片与第二焊盘之间通过打线互连。其中，所述第二焊盘可以不焊接所述一个或多个芯片，所述第二焊盘可以通过引脚与电路板或其他器件进行连接。
示例性的，可以通过影像转移的方式配合化学蚀刻方式，在铜层上形成导线线路和焊盘。
在该实现方式中，通过将芯片与未焊接芯片的焊盘之间通过打线互连，从而能够实现芯片与铜层的电气连接，进而可以通过引脚与电路板或其他器件进行电连接并进行信号传输。应理解，为实现芯片之间的电信号传输，也可以进行芯片与芯片之间的打线互连。
在一种可能的实现方式中，所述封装件用于对每个所述芯片及其连接的所述铜层进行独立封装。示例性的，所述封装件包括第一封装件，所述一个或多个芯片包括第一芯片，所述第一封装件用于对所述第一芯片以及所述第一芯片连接的铜层进行独立封装。也就是说，所述封装件可以包括多个，单个封装件可以对单个芯片以及单个芯片连接的铜层进行独立封装。应理解，采用独立封装形式，在保护芯片的同时可以减少塑封件材料的使用，从而可以节约成本。
在一个示例中，所述一个或多个铜层包括第一子铜层，所述第一子铜层上可以焊接多个芯片，在这种情况下，可以对第一子铜层以及第一子铜层上焊接的多个芯片进行整体封装。
在一个示例中，还可以使用封装件将具有相同或类似功能的多个芯片以及与所述多个芯片连接的铜层进行整体封装，从而使得具有相同或类似功能的芯片位于同一封装件内，便于后续加工处理。
应理解，在一些实施例中，也可以使用封装件对单个芯片和焊接单个芯片的焊盘进行独立封装、以及使用封装件对设置有导线线路的铜层进行独立封装。也就是说，所述铜层可以包括第一子铜层与第二子铜层，所述第一子铜层用于设置所述芯片，所述第二子铜层用于导线连接；所述封装件用于对单个芯片以及所述单个芯片对应的第一子铜层进行独立封装、且对所述第二子铜层进行独立封装。
在另一种可能的实现方式中，封装件用于对所述一个或多个芯片以及所述一个或多个铜层进行整体封装，即使用封装件包裹整个铜层以及铜层上设置的至少一个芯片。应理解，在该实现方式中，利用封装件可以保护铜层上的线路以及铜层上焊接的芯片，从而使得整体结构更为稳定。
在又一种可能的实现方式中，封装件用于对所述一个或多个芯片、所述一个或多个铜层以及所述导热介质层进行整体封装。即利用封装件对芯片、铜层、导热介质层以及散热器的表面进行整体封装，从而使得整个功率模组的结构更加稳固，但塑封件的使用成本也会相应增加。
在一种可能的实现方式中，所述一个或多个铜层包括焊盘，功率模组还包括穿过封装件向外设置的引脚，引脚的一端与焊盘电连接，引脚的另一端用于与电路板电连接。应理解，通过设置引脚能够实现功率模组的内部芯片与外部器件(如，电路板)之间的电气连接。
示例性的，引脚可以穿过封装件向外引出呈海鸥翼状(即采用小外形封装方式)，或者，引脚可以穿过封装件平行向外设置(即双列直插封装方式)。
在一种可能的实现方式中，散热器可以为针状结构，即该散热器可以为pin-fin散热结构，也就是说，散热器的散热齿可以采用圆柱形或方柱形结构，从而可以获得更大的散热面积，提高芯片的散热效率。
在另一种可能的实现方式中，散热器可以为翅片状结构，即该散热器的散热齿结构类似于薄片状。应理解，与pin-fin散热结构相比，翅片状结构的散热器的散热齿的宽度更小，散热面积相对较小，散热效果相对较差一些。
在又一种可能的实现方式中，散热器可以为流道形结构。也就是说，可以通过流道中的冷却液的流动带走芯片传递至散热器上的热量，从而可以获得更高的散热效果，进一步提高芯片的散热效率。
第二方面，提供了一种功率模组的制作方法，该制作方法包括：获取一体化散热金属基板，所述一体化散热金属基板包括第一铜层、导热介质层和第一散热器，所述第一铜层、所述导热介质层和所述第一散热器层叠设置，所述导热介质层连接在所述第一铜层与所述第一散热器之间，所述导热介质层靠近所述第一铜层的一面与所述导热介质层靠近所述第一散热器的一面平行；将芯片焊接在所述第一铜层远离所述第一散热器的一侧；使用封装件对所述芯片进行封装。
其中，所述芯片可以包括一个或多个，所述第一铜层可以包括一个或多个，本申请对此不作限定。
本申请实施例提供的制作方法，通过直接获取一体化散热金属基板对功率模组进行制作加工，即采用一体化散热金属基板制作——芯片焊接——塑封的过程，相对于现有技术减少了组装步骤，此外，通过一体化散热金属基板直接来料，集成了电路连接、散热、绝缘等功能，节省了现有技术中的功率器件与散热器连接的组装工艺，减少了连接界面，解决界面缺陷导致的散热问题，同时因来料集成到一体，减少了对功率器件、散热器、导热绝缘介质、以及组装过程中需使用到的工装，固化设备等的管理成本。
需要说明的是，在本申请实施例中可以采用以下三种方式获取一体化散热金属基板。
在一种可能的实现方式中，所述获取一体化散热金属基板包括：获取第一金属基板，所述第一金属基板包括第二铜层、所述导热介质层和第一金属基底，所述第二铜层、所述导热介质层和所述第一金属基底层叠设置，所述导热介质层连接在所述第二铜层和所述第一金属基底之间；在所述第二铜层上进行线路图形制作，以形成所述第一铜层；对所述第一金属基底进行所述第一散热器制作。
在另一种可能的实现方式中，所述获取一体化散热金属基板包括：获取第二铜层、所述导热介质层和所述第一散热器；压合所述第二铜层、所述导热介质层和所述第一散热器；在所述第二铜层上进行线路图形制作，以形成所述第一铜层。
在又一种可能的实现方式中，所述获取一体化散热金属基板包括：获取第二金属基板，所述第二金属基板包括第二铜层、所述导热介质层和第二金属基底，所述第二铜层、所述导热介质层和所述第二金属基底层叠设置，所述导热介质层连接在所述第二铜层和所述第二金属基底之间；在所述第二铜层上进行线路图形制作，以形成所述第一铜层；固定连接所述第二金属基底与第二散热器，以形成所述第一散热器。其中，所述第二散热器为针状结构，或者，所述第二散热器为翅片状结构，或者，所述第二散热器为流道形结构。
其中，所述固定连接所述第二金属基底与第二散热器，以形成所述第一散热器，可以包括：通过激光焊接方式固定连接所述第二金属基底与所述第二散热器，以形成所述第一散热器。
通过上述三种制作方式均可以获取一体化散热金属基板，应理解，在本申请实施例中，可以直接加工制作形成一体化散热金属基板，也可以分别获取来料，自主加工制作形成一体化散热金属基板。通过获取一体化散热金属基板，并在一体化散热金属基板基础上加工形成功率模组，工艺流程较为简单，制作效率高，有利于精益制造。
在一种可能的实现方式中，所述使用封装件对所述芯片进行封装，包括：使用所述封装件对单个芯片以及所述单个芯片对应的第一铜层进行独立封装；或者，使用所述封装件对多个芯片和所述第一铜层进行整体封装；或者，使用所述封装件对所述芯片、所述第一铜层和所述导热介质层进行整体封装。
需要说明的是，使用封装件封装芯片时，封装形式可以包括塑封、灌胶、点胶等封装形式，在芯片的外部形成密闭空间，从而可以起到保护芯片的作用，避免芯片在运行过程中发生意外损坏。
在一种可能的实现方式中，所述第一铜层上形成有导线线路和焊盘，所述将芯片焊接在所述第一铜层远离所述第一散热器的一侧，包括：将所述芯片焊接在所述第一铜层上的焊盘上；在使用封装件对所述芯片进行封装之前，所述方法还包括：将所述芯片与未焊接所述芯片的焊盘进行打线互连。
在一种可能的实现方式中，所述第一铜层上形成有导线线路和焊盘，在使用封装件对所述芯片进行封装之前，所述方法还包括：进行引脚焊接，所述引脚的一端与所述焊盘电连接，所述引脚的另一端用于与电路板电连接。
第三方面，提供了一种功率设备，所述功率设备用于交直流转换，所述功率设备包括电路板和如第一方面以及第一方面任一种实现方式中的功率模组，或者，所述功率设备包括电路板和如第二方面以及第二方面任一种实现方式制作而成的功率模组，所述功率模组设置于所述电路板上。
需要说明的是，第二方面以及第三方面的有益效果均可以参考第一方面，在此不再赘述。
附图说明
图1是本申请实施例示出的一种功率模组的结构示意图。
图2是本申请实施例示出的另一种功率模组的结构示意图。
图3是本申请实施例示出的另一种功率模组的结构示意图。
图4是本申请实施例示出的另一种功率模组的结构示意图。
图5是本申请实施例提供的一种功率模组的结构示意图。
图6是本申请实施例提供的不同散热器的结构示意图。
图7是本申请实施例提供的不同功率模组的结构示意图。
图8是本申请实施例提供的一种功率模组的加工方法示意图。
图9是本申请实施例提供的一种一体化散热金属基板的制作方法示意图。
图10是本申请实施例提供的另一种一体化散热金属基板的制作方法示意图。
图11是本申请实施例提供的另一种一体化散热金属基板的制作方法示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
为了便于理解本申请实施例，在介绍本申请实施例以前，先作出以下几点说明。
在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明智或者隐含地包括一个或者更多个特征。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个，“至少一个”和“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。下文各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。例如，本申请实施例中，“110”、“120”、“130”等字样仅为了描述方便作出的标识，并不是对执行步骤的次序进行限定。
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
目前随着电子产品向着密集化、小型化、轻薄化和高功率化的方向发展，单位体积的总量密度和发热量大幅增加，功率器件对于热链路上的散热要求越来越高。一方面要求材料的导热能力不断提升，另一方面通过减少接触界面来降低链路热阻。当前主要是通过导热介质(如，导热硅脂、导热凝胶等)连接功率器件和散热器，从而将热量传递给散热器，由散热器进行散热。
图1至图4是本申请实施例提供的功率模组的结构示意图。
在一些实施例中，若功率器件自带绝缘功能，则散热器与功率器件之间可以通过导热介质(如，导热硅脂、导热凝胶等)固定连接，也就是说，可以通过导热介质将功率器件与散热器组装在一起。
如图1所示，功率器件130可以自带绝缘功能，散热器110与功率器件130之间可以通过导热介质120固定连接，也就是说，可以通过导热介质120将功率器件130与散热器110组装在一起。
功率器件130可以为直接键合铜(direct bonded copper，DBC)模组，DBC模组可以包括铜层131、设置在铜层131之上的陶瓷基板132、设置在陶瓷基板132之上的铜层133、设置在铜层133之上的芯片134、以及封装件135。也就是说，沿功率器件130的厚度方向从下至上依次设置有铜层131、陶瓷基板132、铜层133和芯片134，铜层133上可以制作形成有相应的线路图形，芯片134可以焊接在铜层133远离陶瓷基板132的一侧表面上，封装件135包围铜层131、陶瓷基板132、铜层133和芯片134形成密封空间，从而防止芯片134裸露。
其中，铜层131、陶瓷基板132、铜层133可以组成DBC陶瓷基板，应理解，DBC陶瓷基板采用的是DBC制作工艺，将铜箔烧结覆铜到陶瓷基板132上。
在该示例中，芯片134的散热路径可以为：芯片134——铜层133——陶瓷基板132——铜层131——导热介质层120——散热器110，从而完成芯片134的散热。
功率模组100的加工方法可以包括：首先在DBC陶瓷基板上进行图形制作，形成特定的导线线路和焊盘；然后将芯片134焊接到DBC陶瓷基板上的焊盘上；然后使用封装件135完成塑封，得到DBC模组；最后通过导热介质120将DBC模组与散热器110组装在一起。即，制作流程可以概括为：DBC陶瓷基板图形制作——芯片焊接——塑封——组装。
类似地，在图2所示的结构中，可以将图1中的DBC模组替换为铜基板模组，也就是说，在一些实施例中，图1中的功率器件130可以替换为图2中的功率器件230，功率器件230可以自带绝缘功能，散热器210与功率器件230之间可以通过导热介质220固定连接。其中，铜基板模组230可以包括铜层231、设置在铜层231之上的绝缘导热层232、设置在绝缘导热层232之上的铜层233、设置在铜层233之上的芯片234、以及包围铜层231、绝缘导热层232、铜层233和芯片234的封装件235。其中，铜层231、绝缘导热层232、铜层233可以组成铜基板。
在图2的示例中，芯片234的散热路径可以为：芯片234——铜层233——绝缘导热层232——铜层231——导热介质层220——散热器210，从而完成芯片234的散热。
功率模组200的加工方法可以包括：首先在铜基板上进行图形制作，形成特定的导线线路和焊盘；然后将芯片234焊接到铜基板上的焊盘上；然后使用封装件235完成塑封，得到铜基板模组；最后通过导热介质220将铜基板模组与散热器220组装在一起。即，制作流程可以概括为：铜基板图形制作——芯片焊接——塑封——组装。
在另一些实施例中，若功率器件无绝缘功能，则散热器与功率器件之间可以通过导热绝缘介质(如，绝缘膜、PI膜等)固定连接，也就是说，可以通过导热绝缘介质将功率器件与散热器组装在一起。
如图3所示，功率器件330无绝缘功能，功率器件330与散热器310之间可以通过导热绝缘介质320固定连接，其中，该导热绝缘介质320可以为绝缘膜或PI膜。
功率器件330可以包括铜层331、芯片332和封装件333，铜层333上可以制作形成有相应的线路图形，芯片332可以焊接在铜层331上，封装件333包围铜层331和芯片332形成密封空间，从而防止芯片332裸露。
在该示例中，芯片332的散热路径可以为：芯片332——铜层331——导热绝缘介质320——散热器310，从而完成芯片332的散热。
功率模组300的加工方法可以包括：首先可以在铜层331进行图形制作，形成特定的导线线路和焊盘；然后将芯片332焊接到铜层331上的焊盘上；然后使用封装件333完成塑封，得到功率器件330；最后通过导热绝缘介质320将功率器件330与散热器310组装在一起。即，制作流程可以概括为：铜层图形制作——芯片焊接——塑封——组装。
与图3类似地，在图4中，功率器件430为无绝缘功能，功率器件430与散热器410之间可以通过导热绝缘介质420固定连接，其中，该导热绝缘介质420可以包括导热层421、陶瓷片422(厚度约为1mm)和导热层423，导热层421、陶瓷片422和导热层423层叠设置，陶瓷片422连接在导热层421与导热层432之间，且导热层421与铜层431固定连接。其中，导热层421和导热层423可以采用导热硅胶。
在该示例中，芯片432的散热路径可以为：芯片432——铜层431——导热绝缘介质420——散热器410，从而完成芯片432的散热。
功率模组400的加工方法可以包括：首先可以在铜层431进行图形制作，形成特定的导线线路和焊盘；然后将芯片432焊接到铜层431上的焊盘上；然后使用封装件433完成塑封，得到功率器件430；最后通过导热绝缘介质420将功率器件430与散热器410组装在一起。即，制作流程可以概括为：铜层图形制作——芯片焊接——塑封——组装。
需要说明的是，图1至图4中的功率器件和散热器可以来源于不同厂商，并且可以在电子制造服务(electronic manufacturing service，EMS)工厂进行组装。此外，功率器件与散热器之间通过导热绝缘层进行粘接，导致界面会有热阻产生，且粘接工艺需要大量的人力、物力，容易发生粘接不牢，气泡等缺陷，工艺流程复杂，制造效率低，不利于精益制造。
不管是功率器件自带绝缘或无绝缘功能，从功率器件到散热器需通过导热介质进行传递，这样增加了接触界面，同时降低了传热效率。如导热硅脂/凝胶、绝缘膜、PI膜等因为需要兼顾可加工性，陶瓷片易裂等问题需要增加厚度不得牺牲导热性能，使得导热链路上热阻增加。功率器件来料的封装形式单一，需要通过螺钉紧固方式实现功率器件和散热器的固定，组装流程复杂，无法实现架构极简。
因此本申请实施例提供了一种功率模组及其制作方法、功率设备，解决现有整机组装工艺中功率器件与散热器之间通过导热绝缘介质粘接的组装工艺，所带来的导热界面增加无法满足散热需求，界面缺陷导致散热链路失效，组装工艺复杂，生产制造效率低下，以及物料部件多导致管理成本增加等问题。
下面将结合附图5至附图7介绍本申请实施例提供的功率模组的结构示意图，并结合附图8至附图11详细介绍本申请实施例提供的功率模组的制作方法。
图5是本申请实施例提供的一种功率模组的结构示意图。
如图5所示，功率模组500可以包括一体化散热金属基板510、芯片520和封装件540，其中，一体化散热金属基板510包括铜层513、导热介质层512和散热器511，铜层513、导热介质层512和散热器511层叠设置，且导热介质层512连接在铜层513与散热器511之间，导热介质层512靠近铜层513的一面与导热介质层512靠近散热器511的一面平行；520芯片固定在铜层513远离散热器511的一侧，封装件540用于封装芯片520。其中，所述芯片520可以包括为一个或多个，所述铜层513可以包括一个或多个子铜层，所述一个或多个子铜层的部分子铜层上可以通过焊盘焊接芯片，也可以不焊接芯片，本申请对此不作限定。
在本申请实施例中，通过使用一体化散热金属基板，使芯片的热量可以直接从芯片传递到一体化散热金属基板，降低芯片散热路径上热阻，提高芯片的散热效率。此外，导热介质层靠近铜层的一面与导热介质层靠近散热器的一面平行，导热介质层厚度均匀、表面平整，从而使得导热更加均匀，具有较好的导热效果。另外，本申请通过一体化散热金属基板直接来料，集成了电路连接、散热、绝缘等功能，节省了功率器件与散热器连接的组装工艺，减少了连接界面，解决界面缺陷导致的散热问题。同时因来料集成到一体，减少了对功率器件、散热器、导热绝缘介质、以及组装过程中需使用到的工装，固化设备等的管理成本。
需要说明的是，使用封装件540封装芯片520时，封装形式可以包括塑封、灌胶、点胶等封装形式，在芯片520的外部形成密闭空间，从而可以起到保护芯片520的作用，避免芯片520在运行过程中发生意外损坏。
在一些实施例中，导热介质层512的厚度一致、且在厚度方向上无中间气孔，所述厚度方向垂直于导热介质层512与散热器511的接触面。
在该实施例中，导热介质层512厚度一致且在厚度方向上无中间气孔，芯片520的热量通过导热介质层512直接传递给散热器511时，散热路径上的导热更加均匀，导热效果进一步提高，从而进一步提高芯片520的散热效果。
在一些实施例中，导热介质层512包括侧壁，该侧壁垂直于导热介质层512与散热器511的接触面。
应理解，在本申请实施例中，导热介质层512可以是比较规则的正方体、长方体等形状，导热介质层512的侧壁可以垂直于导热介质层512与散热器511的接触面，从而便于导热介质层512的加工制作。
在一些实施例中，导热介质层512在第一平面上的投影与散热器511在第一平面上的投影完全重叠，该第一平面为导热介质层512与散热器511的接触面。
在该实现方式中，导热介质层512在第一平面上的投影与散热器511在第一平面上的投影完全重叠，也就是说，导热介质层512的边缘与散热器511的边缘平齐，从而更便于加工。
在一些实施例中，导热介质层512可由高分子复合散热材料构成。示例性的，该导热介质层512可以为环氧树脂层、聚酰亚胺层等。
在一些实施例中，散热器511的结构可以如图5所示，散热器511可加工形成针状(pin-fin)散热结构，也就是说，散热器511的散热齿可以采用圆柱形或方柱形结构，从而可以获得更大的散热面积，提高芯片的散热效率。
在另一些实施例中，散热器511的结构可以如图6中的(a)所示，散热器511可加工形成翅片散热结构，即该散热器511的散热齿结构类似于薄片状，与pin-fin散热结构相比，翅片结构的散热器的散热齿的宽度更小，散热面积相对较小，散热效果相对较差一些。
在又一些实施例中，散热器511的结构可以如图6中的(b)所示，散热器511可采用流道形式的散热结构。例如，散热器511靠近芯片520的一侧可设置有冷却液入口，散热器511远离芯片520的一侧可设置有冷却液出口，散热器511中部可设置有多个管路通道，冷却液可以从入口进入散热器511中，从出口输出散热器511，并在散热器511的外部进行散热后，再从入口进入散热器511中，实现冷却液的循环流动，从而带走芯片520传递至散热器511的热量。也就是说，可以通过流道中的冷却液的流动带走芯片520传递至散热器511上的热量，从而可以获得更高的散热效果，进一步提高芯片520的散热效率。
在一些实施例中，所述封装件540用于对每个所述芯片及其连接的铜层进行独立封装。示例性的，封装件540可以包括第一封装件，一个或多个芯片可以包括第一芯片，所述第一封装件用于对所述第一芯片以及所述第一芯片连接的铜层进行独立封装。即，封装件540可用于对单个芯片以及所述单个芯片连接的铜层进行独立封装。
如图7中的(a)所示，芯片520可以包括第一芯片521和第二芯片522，铜层513可以包括第一子铜层5131、第二子铜层5132和第三子铜层5133，所述第一芯片521焊接在第一子铜层5131上，所述第二芯片522焊接在第二子铜层5132上，所述第三子铜层5133上未焊接芯片。在对第一芯片521和第二子芯片522进行封装时，可以使用封装件540对单个芯片以及单个芯片连接的铜层进行独立封装。也就是说，所述封装件540可以包括第一封装件541和第二封装件542，对第一芯片521以及第一芯片521连接的第一子铜层5131可以采用所述第一封装件541进行封装，对第二芯片522以及第二芯片522连接的第二子铜层5132可以采用所述第二封装件542进行封装。应理解，采用独立封装形式，在保护芯片的同时可以减少塑封件材料的使用，从而可以节约成本。
在一个示例中，铜层513可以包括第一子铜层，所述第一子铜层上可以焊接多个芯片，在这种情况下，可以对第一子铜层以及第一子铜层上焊接的多个芯片进行整体封装。
在一个示例中，还可以使用封装件540将具有相同或类似功能的多个芯片以及与所述多个芯片连接的铜层进行整体封装，从而使得具有相同或类似功能的芯片位于同一封装件内，便于后续加工处理。
应理解，在一些实施例中，也可以使用封装件540对单个芯片和焊接所述单个芯片的焊盘进行独立封装、以及使用封装件对设置有导线线路的铜层进行独立封装。也就是说，铜层513可以包括第一子铜层与第二子铜层，所述第一子铜层用于设置所述芯片520，所述第二子铜层用于导线连接；所述封装件540用于对单个芯片以及所述单个芯片对应的第一子铜层进行独立封装、且对所述第二子铜层进行独立封装。
在另一些实施例中，封装件540可用于对一个或多个芯片和一个或多个铜层进行整体封装。
如图7中的(b)所示，芯片520可以包括第一芯片521和第二芯片522，铜层513可以包括第一子铜层5131、第二子铜层5132和第三子铜层5133，所述第一芯片521焊接在第一子铜层5131上，所述第二芯片522焊接在第二子铜层5132上，所述第三子铜层5133上未焊接芯片。在对第一芯片521和第二芯片522进行封装时，可以对第一芯片521和第二芯片522同时进行封装，即采用一个封装件540实现对第一芯片521、第二芯片522、第一芯片521连接的第一子铜层5131以及第二芯片522连接的第二子铜层5132进行整体封装。应理解，在该示例中，利用封装件540可以保护铜层513上焊接的芯片520以及铜层513上的导线线路，从而使得整体结构更为稳定。
在又一些实施例中，封装件540可用于对一个或多个芯片、一个或多个铜层和导热介质层512进行整体封装。
如图7中的(c)所示，芯片520可以包括第一芯片521和第二芯片522，铜层513可以包括第一子铜层5131、第二子铜层5132和第三子铜层5133，所述第一芯片521焊接在第一子铜层5131上，所述第二芯片522焊接在第二子铜层5132上，所述第三子铜层5133上未焊接芯片。在对第一芯片521和第二芯片522进行封装时，可以采用整体封装，即利用封装件540对第一芯片521、第二芯片522、铜层513以及导热介质层512进行整体封装，使得整个功率模组的结构更加稳固，但塑封料的使用成本也会相应增加。
在一些实施例中，所述铜层513上形成有焊盘，所述焊盘包括第一焊盘和第二焊盘，所述一个或多个芯片焊接在所述第一焊盘上，所述一个或多个芯片与所述第二焊盘之间通过打线互连。所述第二焊盘可以不焊接所述一个或多个芯片，所述第二焊盘可以通过引脚与电路板或其他器件进行连接。也就是说，铜层513上形成有导线线路和焊盘，芯片520可以焊接在焊盘上，芯片520与未焊接芯片的焊盘之间可以通过打线互连。
应理解，通过将芯片520与未焊接芯片的焊盘之间通过打线互连，从而能够实现芯片520与铜层513的电气连接，进而可以通过引脚与电路板或其他器件进行电连接并进行信号传输。
还应理解，为实现芯片之间的电信号传输，也可以进行芯片与芯片之间的打线互连。
在一些实施例中，铜层513上形成有导线线路和焊盘，功率模组500还可以包括穿过封装件540向外设置的引脚，引脚的一端与焊盘电连接，引脚的另一端用于与电路板电连接。在一个示例中，如图8中的(a)所示，引脚550可以穿过封装件540向外引出呈海鸥翼状。在另一个示例中，如图8中的(b)所示，引脚560可以穿过封装件540平行向外设置。
需要说明的是，本申请实施例提供的功率模组500，通过使用一体化散热金属基板510，使得芯片520的热量可以直接从芯片520传递到一体化散热金属基板510，即可完成芯片520的散热，能够降低芯片520散热路径上热阻，从而提高芯片520的散热效率。
图8是本申请实施例提供的一种功率模组的制作方法示意图。
501，获取一体化散热金属基板510。
其中，该一体化散热金属基板510可以包括散热器511、导热介质层512和铜层513，其上层的铜层513上形成有线路图形，即形成有导线线路和焊盘，厚度约为0～2mm；下层为散热器511，可用于对芯片进行散热；中间层为导热介质层512，导热介质层512满足导热和绝缘特性，实现上层线路图形与下层散热器之间的绝缘，以及由上到下形成散热链路。
散热器511可以采用金属材质(如，铝、铜等)，散热器511可以通过机加工或蚀刻方式制作散热器所需要齿状图形。应理解，散热器511的架构可以是多种多样，如针状、翅片、流道等形式。散热器511的具体结构可以参考图6。
铜层513、导热介质层512和散热器511层叠设置，导热介质层512位于连接在铜层513与散热器511之间，导热介质层512靠近铜层513的一面与导热介质层512靠近散热器111的一面平行。
在一些实施例中，导热介质层512的厚度一致、且在厚度方向上无中间气孔，该厚度方向垂直于导热介质层512与散热器111的接触面。
在一些实施例中，导热介质层512包括侧壁，该侧壁垂直于导热介质层512与散热器511的接触面。应理解，在本申请实施例中，导热介质层512可以是比较规则的正方体、长方体等形状，导热介质层512的侧壁可以垂直于导热介质层512与散热器511的接触面，从而便于导热介质层512的加工制作。
在一些实施例中，导热介质层512在第一平面上的投影与散热器511在第一平面上的投影完全重叠，该第一平面为导热介质层512与散热器511的接触面。在该实施例中，导热介质层512在第一平面上的投影与散热器511在第一平面上的投影完全重叠，也就是说，导热介质层512的边缘与散热器511的边缘平齐，从而更便于加工。
在一些实施例中，导热介质层512可由高分子复合散热材料构成。示例性的，该导热介质层512可以为环氧树脂层、聚酰亚胺层等。
需要说明的是，一体化散热金属基板510的制作方法将结合图9至图11进行说明，在此不再赘述。应理解，一体化散热金属基板510为一体化制作得到的，因此可以视为一个整体结构件。
502，将芯片520焊接在一体化散热金属基板510的铜层513上。
具体地，在该步骤中，可以将芯片520焊接在铜层513远离散热器511一侧的表面上。铜层513可以通过印制电路板(printed circuit board，PCB)工厂图形转移制程实现线路图形的加工。示例性的，可以通过影像转移的方式配合化学蚀刻方式，在铜层513上形成导线线路和焊盘，芯片520可以焊接在铜层513的焊盘上。
在一些实施例中，该步骤还可以包括：芯片520焊接完成后再进行打线530互连，即将芯片520与未焊接芯片的焊盘进行打线互连。在该实施例中，通过将芯片520与未焊接芯片的焊盘之间通过打线互连，从而能够实现芯片520与铜层513的电气连接。
应理解，为实现芯片之间的电信号传输，也可以进行芯片与芯片之间的打线互连。
其中，打线可以理解为压焊、绑定、键合、丝焊，是指使用金属丝(如金线、铝线等)，利用热压或超声能源，完成微电子器件中固态电路内部互连接线的连接，即芯片与电路或引线框架之间的连接。
503，使用封装件540对芯片520进行封装。
在该步骤中，可以使用封装件540对芯片520进行封装，即可以采用封装工艺(如，塑封或灌胶工艺)对芯片520进行塑封。应理解，在对芯片520进行封装时，可以参考图7，即可以针对单个芯片以及所述单个芯片连接的铜层进行封装；也可以针对芯片520和铜层513进行整体封装进行封装；还可以对芯片520、铜层513和导热介质层512进行整体封装，即对整个散热金属基板进行封装；具体可以根据产品需求进行选择。
需要说明的是，使用封装件540封装芯片520时，封装形式可以包括塑封、灌胶、点胶等封装形式，在芯片520的外部形成密闭空间，防止芯片520裸露，从而可以起到保护芯片520的作用，避免芯片520在运行过程中发生意外损坏。
需要说明的是，采用封装工艺对芯片520进行封装时，可以采用各种封装形式，包括但不限于小外形封装(small out-line package，SOP)，双列直插封装(dual in-linepackage，DIP)等。
其中，SOP封装是一种元件封装形式，是常用的表面贴装型封装之一，主要用在各种集成电路中。SOP封装常用的封装材料包括塑料、陶瓷、玻璃、金属等，塑料、陶瓷封装材料应用较为广泛。
DIP封装是一种集成电路的封装方式，集成电路的外形为长方形，在其两侧有两排平行的金属引脚，称为排针。DIP包装的元件可以焊接在PCB板电镀的贯穿孔中，或是插入在DIP插座上。因此，采用这种封装方式时，可以很方便地实现PCB板的穿孔焊接，和主板有很好的兼容性。但是由于其封装面积和厚度都比较大，且引脚在插拔过程中很容易被损坏，因此可靠性相对较差。
在一些实施例中，在执行该步骤之前，该制作方法还可以包括：进行引脚焊接，引脚的一端与铜层513上的焊盘电连接，引脚的另一端用于与电路板电连接。应理解，通过设置引脚能够实现功率模组的内部芯片与外部器件(如，PCB板)之间的电气连接。
在一个示例中，如图8中的(a)所示，若采用SOP封装，引脚550可以穿过封装件540向外引出呈海鸥翼状，并且引脚550的一端可以与铜层513上的焊盘电连接，引脚550的另一端可以与PCB板进行电连接。
在另一个示例中，如图8中的(b)所示，若采用DIP封装，引脚560可以穿过封装件540平行向外设置，并且引脚560的一端可以与铜层513上的焊盘电连接，引脚560的另一端可以与PCB板进行电连接。
应理解，通过步骤501至503后，完成整个功率模组的加工后，可以对功率模组进行切割，形成独立的一体化散热金属基板封装模组。
需要说明的是，功率模组500的制作方法也可以简单概括为：一体化散热金属基板制作——芯片焊接——塑封，相对于图1至图4中的加工方法减少了组装步骤。本申请实施例通过一体化散热金属基板直接来料，集成了电路连接、散热、绝缘等功能，节省了功率器件与散热器连接的组装工艺，减少了连接界面，解决界面缺陷导致的散热问题，同时因来料集成到一体，减少了对功率器件、散热器、导热绝缘介质、以及组装过程中需使用到的工装，固化设备等的管理成本。
图9至图11介绍了本申请实施例中一体化散热金属基板的三种不同的制作方法。
图9是本申请实施例提供的一种一体化散热金属基板的制作方法示意图。
801，获取金属基板810。
应理解，该金属基板810为独立的整体结构，该金属基板810可由铜层820、导热介质层830和金属基底840组成，铜层820、导热介质层830和金属基底840依次层叠设置，导热介质层830连接在铜层820和金属基底840之间。
其中，铜层820的厚度约为0～2mm，且铜层820能够蚀刻形成导线线路和焊盘。金属基底840可以采用金属材质(如，铝、铜等)，其厚度可以根据需求定制。导热介质层830需满足导热和绝缘特性，实现上层铜层820与下层金属基底840之间的绝缘，以及由上到下形成散热链路。
802，在金属基板810的铜层820上进行图形制作，以形成导线线路和焊盘。
在该步骤中，可以在金属基板810的铜层820上，通过影像转移的方式配合化学蚀刻方式，在铜层820上形成导线线路和焊盘(即形成铜层850)，芯片520可以焊接在焊盘上。
803，对金属基板810的金属基底840进行散热器860制作。
在该步骤中，可以通过机加工或蚀刻方式，对金属基板810的金属基底840进行散热齿制作，以得到所需要齿状图形，从而形成散热器860。
可以理解的是，在该步骤中，可以通过机加工或蚀刻方式得到针状、翅片状、流道等散热器结构，散热器860的具体结构可以参见图6。
需要说明的是，通过步骤801至步骤803，即可形成一体化散热金属基板870(包括导热介质层830以及连接在导热介质层830两侧的铜层850和散热器860)。应理解，该一体化散热金属基板870即为上述一体化散热金属基板510。
图10是本申请实施例提供的另一种一体化散热金属基板的制作方法示意图。
901，获取铜层910、导热介质层920和散热器930。
应理解，在该步骤中，可以分别获取铜层910、导热介质层920和散热器金属基930，其中，导热介质层920可由高分子复合散热材料构成，示例性的，该导热介质层920可以为环氧树脂层、聚酰亚胺层等；散热器930即为上述散热器511，其材质可以是铜，也可以是铝。
需要说明的是，散热器金属基930的结构与上述的散热器511的结构相同，也就是说，在原始加工时即可加工形成散热器金属基930，散热器金属基930的结构可以参见图6。
902，压合铜层910、导热介质层920和散热器930，以形成散热器金属基板940。
在该步骤中，可以对步骤901中获取的铜层910、导热介质层920和散热器930进行压合，从而可以形成散热器金属基板940。
应理解，该散热器金属基板940与一体化散热金属基板510之间的区别在于，散热器金属基板940上的铜层910未进行加工处理形成导线线路和焊盘。
903，在散热器金属基板940的铜层910上进行线路图形制作，以形成导线线路和焊盘。
应理解，在该步骤中，可以在散热器金属基板940的铜层910上，通过PCB工厂图形转移制程实现线路图形加工，以形成导线线路和焊盘(即铜层950)。示例性的，可以利用化学蚀刻方式在铜层910上进行线路图形制作，形成焊盘及导线线路，焊盘上可用于焊接芯片。
需要说明的是，通过步骤901至步骤903，即可形成一体化散热金属基板960(包括导热介质层920以及连接在导热介质层920两侧的铜层950和散热器930)。应理解，该一体化散热金属基板960即为上述一体化散热金属基板510。
图11是本申请实施例提供的另一种一体化散热金属基板的制作方法示意图。
1001，获取金属基板1010。
应理解，该金属基板1010为独立的整体结构，该金属基板1010可由铜层1020、导热介质层1030和金属基底1040组成，铜层1020、导热介质层1030和金属基底1040依次层叠设置，导热介质层1030连接在铜层1020和金属基底1040之间。
其中，铜层1020的厚度约为0～2mm，且铜层1020能够蚀刻形成导线线路和焊盘。金属基底1040可以采用金属材质(如，铝、铜等)，其厚度可以根据需求定制。导热介质层1030需满足导热和绝缘特性，实现上层铜层1020与下层金属基底1040之间的绝缘，以及由上到下形成散热链路。
1002，在金属基板1010的铜层1020上进行线路图形制作，以形成导线线路和焊盘。
应理解，在该步骤中，可以在金属基板1010的铜层1020上，通过PCB工厂图形转移制程实现线路图形加工，以形成导线线路和焊盘(即铜层1050)。即可以利用化学蚀刻方式在铜层1020上进行图形制作，形成焊盘及导线线路，焊盘上可用于焊接芯片。
1003，固定连接金属基1040与散热齿，以形成一体化散热金属基板1090。
在该步骤中，可以通过激光焊接方式将散热齿与金属基1040固定连接，以形成一体化散热金属基板1090。
在一些实施例中，该散热齿的结构可以如图10中的1060所示，散热齿1060可以包括至少一个翅片，在该步骤中，可以通过激光焊接方式将散热齿1060与金属基1040融合为一体，以形成散热器1080，进而可以形成一体化散热金属基板1090。
在一些实施例中，该散热齿的结构可以如图10中的1070所示，散热齿1070可以包括至少一个翅片和与所述至少一个翅片连接的连接部，在该步骤中，可以通过激光焊接方式将散热齿1070的连接部与金属基1040融合为一体，以形成散热器1080，进而可以形成一体化散热金属基板1090。
需要说明的是，通过步骤1001至步骤1003，即可形成一体化散热金属基板1090(包括导热介质层1030以及连接在导热介质层1030两侧的铜层1050和散热器1080)。应理解，该一体化散热金属基板1090即为上述一体化散热金属基板510。
此外，本申请实施例还提供了一种功率设备，所述功率设备用于交直流转换，所述功率设备可以包括电路板和如图5所示的功率模组，或者，所述功率设备可以包括电路板和通过如图8所示的制作方法制作而成的功率模组，所述功率模组设置于所述电路板上。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种功率模组，其特征在于，包括：一体化散热金属基板、一个或多个芯片和封装件，其中，
所述一体化散热金属基板包括一个或多个铜层、导热介质层和散热器，所述一个或多个铜层、所述导热介质层和所述散热器层叠设置，所述导热介质层连接在所述一个或多个铜层与所述散热器之间，所述导热介质层靠近所述一个或多个铜层的一面与所述导热介质层靠近所述散热器的一面平行；
每个所述芯片连接在一个所述铜层远离所述散热器的一侧，所述封装件用于封装所述一个或多个芯片。
2.根据权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述导热介质层的厚度一致、且在厚度方向上无中间气孔，所述厚度方向垂直于所述导热介质层与所述散热器的接触面。
3.根据权利要求1或2所述的功率模组，其特征在于，所述导热介质层包括侧壁，所述侧壁垂直于所述导热介质层与所述散热器的接触面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率模组，其特征在于，所述导热介质层在第一平面上的投影与所述散热器在所述第一平面上的投影完全重叠，所述第一平面为所述导热介质层与所述散热器的接触面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率模组，其特征在于，所述导热介质层由高分子复合散热材料构成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模组，其特征在于，所述封装件用于对每个所述芯片及其连接的所述铜层进行独立封装。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模组，其特征在于，所述封装件用于对所述一个或多个芯片以及所述一个或多个铜层进行整体封装。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的功率模组，其特征在于，所述封装件用于对所述一个或多个芯片、所述一个或多个铜层以及所述导热介质层进行整体封装。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的功率模组，其特征在于，所述散热器为针状结构，或者，所述散热器为翅片状结构，或者，所述散热器为流道形结构。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的功率模组，其特征在于，所述一个或多个铜层包括第一焊盘和第二焊盘，所述一个或多个芯片焊接在所述第一焊盘上，所述一个或多个芯片与所述第二焊盘之间通过打线互连。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的功率模组，其特征在于，所述一个或多个铜层包括焊盘，所述功率模组还包括穿过所述封装件向外设置的引脚，所述引脚的一端与所述焊盘电连接，所述引脚的另一端用于与电路板电连接。
12.一种功率模组的制作方法，其特征在于，包括：
获取一体化散热金属基板，所述一体化散热金属基板包括一个或多个铜层、导热介质层和散热器，所述一个或多个铜层、所述导热介质层和所述散热器层叠设置，所述导热介质层连接在所述一个或多个铜层与所述散热器之间，所述导热介质层靠近所述铜层的一面与所述导热介质层靠近所述散热器的一面平行；
将芯片焊接在所述一个或多个铜层远离所述散热器的一侧；
使用封装件对所述芯片进行封装。
13.一种功率设备，其特征在于，所述功率设备用于交直流转换，所述功率设备包括电路板和如权利要求1至11中任一项所述的功率模组，或者，所述功率设备包括电路板和如权利要求12所述的制作方法制作而成的功率模组，所述功率模组设置于所述电路板上。
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