[发明专利]制造固定功率模块的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造刚性功率模块的方法。

背景技术

功率模块的已知实施例包括开放的功率半导体，其焊接或直接胶 合到金属引线框。

典型地，单个引线框通过塑料框固定，该塑料框通过将引线框部 件插入模具中传递模压形成。在注入框内引线框承载部件，且在框外， 引线框部件的接线头提供部件组到其它部件的电连接。

这种功率模块的引线框部件分布在数个水平面上，且必须彼此电 绝缘，这迫使它们以几个部分制造。低水平面的内部设置有半导体， 且下引线框的相对金属侧面对外部冷却表面。这种模块不包括衬底板 (例如陶瓷导体板DCB)乃至用于散热的铜底板。

进一步，必须考虑到，当切换电流时，功率半导体产生功率耗散， 这随切换频率和外部温度成比例增大。

因此主要方面是将耗散的功率以可能的最佳方式传递到外部冷 却通路(例如风冷或水冷的铝冷却元件)。

然而，与引线框直接电连接的功率模块必须与外部冷却通路充分 绝缘。为此目的，引线框表面由塑料膜覆盖，其厚度按照要求的绝缘 电压(例如US 20040026778)。对于低压应用，已知一种解决方案 (WO 2005017970)，其中需要特殊的膏以利用颗粒确保最小距离。 但是，与陶瓷(～25到160W/mK)相比，这种膏的导热性(～1W/mK) 相对差。

如果根据现有技术，在插入绝缘膏的情况下将功率模块固定在冷 却部件上，会产生特别的问题。

缺失的衬底板、或者缺失的底板会降低螺钉点之间模块的刚性， 因此接触压力太低而不能以薄层将膏分散。

当螺钉安装时，具有开放内腔的引线框模块像带的多接系统一样 作用。这引起导热膏在模块热负载中心处枕状成形。由于缺失的刚性， 导热膏在中心的厚度通常3-4倍于无衬底的模块的边缘处的厚度。

发明内容

本发明的任务是提出一种制造增强刚性的功率模块的方法，其也 可承受多个热循环，且同时满足高的机械性能要求，例如汽车工业中 所要求的。

根据本发明，提出一种制造刚性功率模块的方法，包括以下步骤：

制造单块引线框；

向所述引线框装配半导体元件、任意无源元件及对应引线的焊 接；

将装配好的引线框插入模具中，以便确保未封装引线框的可达 性；

通过安装模将所述引线框固定在模具中；

将硬塑模压材料注入模具中，从而封装装配好的引线框

其中，

在封装期间，空腔保持在封装中预定位置处，且

在前述单块引线框的引线框材料的电绝缘岛的形成下，通过插入 空腔中的冲压工具产生支承部与单块引线框随后的分离。

具体地，引线框的初始制造，将框架装备半导体元件并进行接合 (bond)，随后将该装配好的引线框插入模具中，通过安装模将引线 框固定在模具中，并在模压步骤中利用硬塑模压材料封装引线框，产 生具有玻璃硬度的功率模块，当模压材料具有与封装结构的主要成分 相同的热膨胀系数时。

该封装结构保护半导体及其薄的接合不受到任何热损伤，也防止 由热循环产生的单独材料的蠕变。在铜引线框的情况下，主要材料将 是铜；然而，如果由铜以外的材料制成，其也可以是导热板材料。

优选的是通过添加低膨胀系数的颗粒、例如80-90％填充量的 SiO₂的粉末，来调整模压材料的热膨胀系数。即，如果需要，可以添 加少于80％，或者添加一部分一种粉末而一部分另一种粉末。另外， 两种粉末均可以是或者包含SiO₂，因而仅在颗粒尺寸上不同。为了调 节刚性，可以提供特定颗粒尺寸分布。

然而，模压材料也可以设计成其热膨胀系数在功率模块的两个主 要材料的热膨胀系数之间，该两个主要材料的热膨胀系数最好彼此相 近，热膨胀系数能够非常精确地调整，例如通过添加低膨胀的氧化硅 粉末。通过添加特定颗粒尺寸分布，在模压之前及之后-在结束状态 中-模压材料的柔性可以另外地调节。

如果仅添加非常小的颗粒尺寸、例如粉末，模压材料将仍是略微 柔性的，而不同粒度或者仅大粒度的添加会引起水泥般硬度。