一种具有金属连接框架的功率模块的制作方法

1.本实用新型涉及电子器件的技术领域，尤其涉及一种具有金属连接框架的功率模块及其制备方法。


背景技术：

2.功率模块是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动器件。由于具有高集成度、高可靠性等优势，智能功率模块赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动和变频家电常用的电力电子器件。目前，半导体功率模块已广泛使用在家用电器、电动汽车等行业。但是，功率半导体模块因为工作电流大，对芯片之间以及芯片与覆铜陶瓷基板之间用于连接的键合线的质量以及精度要求较高，在生产上效率较低。因此，采用金属连接框架替代部分金属线键合的半导体功率模块不仅可以保证模块的可靠性能，增强功率模块的过电流性能，而且可以提高模块的生产效率。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种具有金属连接框架的功率模块及其工作方法。
4.为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
5.一种具有金属连接框架的功率模块，其中，包括：
6.覆铜陶瓷基板、若干设于所述覆铜陶瓷基板上的双面可焊接的芯片、连接若干所述芯片的金属键合线、连接若干所述芯片和/或连接所述芯片与所述覆铜陶瓷基板的金属连接框架。
7.上述的具有金属连接框架的功率模块，其中，所述覆铜陶瓷基板包括：烧结一体的上铜层、中间陶瓷层和下铜层，其中，所述芯片的一面与所述上铜层焊接，所述芯片的另一面与所述金属连接框架焊接。
8.上述的具有金属连接框架的功率模块，其中，所述中间陶瓷层的面积大于所述上铜层的面积；所述中间陶瓷层的面积大于所述下铜层的面积。
9.上述的具有金属连接框架的功率模块，其中，所述金属连接框架包括：位于一侧或两侧且与所述覆铜陶瓷基板焊接的固定部、数量和位置均与若干所述芯片对应且与若干所述芯片焊接的凸起部、以及连接若干所述凸起部和/或连接所述凸起部与所述固定部的连接部。
10.上述的具有金属连接框架的功率模块，其中，所述覆铜陶瓷基板上开设有若干用于定位的定位孔，若干所述定位孔位于所述芯片周围和/或所述金属连接框架周围。
11.上述的具有金属连接框架的功率模块，其中，所述芯片与所述上铜层之间、所述芯片与所述金属连接框架之间具有焊料层，所述焊料层的厚度为50～300μm。
12.上述的具有金属连接框架的功率模块，其中，所述焊料层包括银浆、锡片、锡膏。
13.上述的具有金属连接框架的功率模块，其中，所述金属键合线和所述金属连接框架均为金属或金属基复合材质。
14.一种功率模块的制备方法，其中，包括：
15.s1：将所述芯片焊接至所述覆铜陶瓷基板上，并清洗；
16.s2：在所述覆铜陶瓷基板上用所述金属键合线对所述芯片进行键合；
17.s3；在覆铜陶瓷基板上添加焊料，在所述芯片上添加焊料，将所述金属连接框架焊接至所述覆铜陶瓷基板和所述芯片上，并清洗，得到上述的具有金属连接框架的功率模块；
18.s4：将所述具有金属连接框架的功率模块焊接至散热铜基板上；
19.s5：封装。
20.上述的功率模块的制备方法，其中，在所述s1和所述s3中，焊料的温度保持在200～380℃。
21.本实用新型由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
22.(1)本实用新型的采用金属连接框架替代部分金属线键合的半导体功率模块不仅可以保证模块的可靠性能，而且可以提高模块的生产效率。
附图说明
23.图1是本实用新型的具有金属连接框架的功率模块的侧视示意图。
24.图2是本实用新型的具有金属连接框架的功率模块的示意图。
25.图3是本实用新型的具有金属连接框架的功率模块的示意图。
26.附图中：1、覆铜陶瓷基板；11、上铜层；12、中间陶瓷层；13、下铜层；14、定位孔；2、芯片；21、igbt芯片；22、二极管芯片；3、金属连接框架；31、固定部；32、凸起部；33、连接部；4、金属键合线；5、焊料层；6、ntc热敏电阻。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.图1是本实用新型的具有金属连接框架的功率模块的侧视示意图，图2是本实用新型的具有金属连接框架的功率模块的示意图，图3是本实用新型的具有金属连接框架的功率模块的示意图，请参见图3所示，示出一种较佳实施例的具有金属连接框架的功率模块，包括：覆铜陶瓷基板1、若干设于覆铜陶瓷基板1上的双面可焊接的芯片2、连接若干芯片2的金属键合线4、连接若干芯片2和/或连接芯片2与覆铜陶瓷基板1的金属连接框架3。
29.进一步，作为一种较佳的实施例，覆铜陶瓷基板1包括：烧结一体的上铜层11、中间陶瓷层12和下铜层13，其中，芯片2的一面与上铜层11焊接，芯片2的另一面与金属连接框架3焊接。
30.进一步，作为一种较佳的实施例，中间陶瓷层12的面积大于上铜层11的面积；中间陶瓷层12的面积大于下铜层13的面积。
31.进一步，作为一种较佳的实施例，金属连接框架3包括：位于一侧或两侧且与覆铜
陶瓷基板1焊接的固定部31、数量和位置均与若干芯片2对应且与若干芯片2焊接的凸起部32、以及连接若干凸起部32和/或连接凸起部32与固定部31的连接部33。
32.具体地来说，请参见图3所示，金属连接框架3优选为一体式结构，金属连接框架3包括大致呈长条形的、沿图3的竖直方向设置的固定部31，该固定部31与覆铜陶瓷基板1的上铜层11固定连接，优选地，固定部31焊接至上铜层11。
33.进一步地，金属连接框架3还包括大致呈矩形的多个凸起部32，每一个芯片2均对应地设有一个凸起部32，该凸起部32与芯片2固定连接，优选地，凸起部32焊接至芯片2的另一面。上述的芯片2的另一面指的是芯片2背对于上铜层11的面。
34.进一步地，金属连接框架3还包括大致呈梯形或平行四边形的连接部33，通过连接部33连接两个相邻的凸起部32，或通过连接部33连接凸起部32和固定部31，从而形成上述的一体式结构。
35.进一步地，金属连接框架3上根据芯片2的排布设有多个凹槽，用于避让金属键合线4。优选地，该凹槽的边界由固定部31的边界、凸起部32的边界和/或连接部33的边界限定。
36.进一步地，金属连接框架3的连接部33的排布根据各芯片2之间的关系确定。例如，在本实施例中，请参见图3所示，自图3的左侧至图3的右侧，固定部31、连接部33、凸起部3、另一连接部32、另一凸起部33和另一固定部31依次大致形成条状结构。多个该条状结构沿图3中的竖直方向排布，每两相邻的条状结构之间形成该凹槽，该凹槽内具有上述的金属键合线4。
37.进一步，作为一种较佳的实施例，覆铜陶瓷基板1上开设有若干用于定位的定位孔14，若干定位孔14位于芯片2周围和/或金属连接框架3周围。
38.进一步，作为一种较佳的实施例，芯片2与上铜层11之间、芯片2与金属连接框架3之间具有焊料层5，焊料层5的厚度为50～300μm。
39.进一步，作为一种较佳的实施例，焊料层5包括银浆、锡片、锡膏。
40.进一步，作为一种较佳的实施例，金属键合线4和金属连接框架3均为金属或金属基复合材质。
41.进一步，作为一种较佳的实施例，芯片2包括双面焊接的igbt芯片21、二极管芯片22。
42.进一步，作为一种较佳的实施例，覆铜陶瓷基板1上还焊接有ntc热敏电阻6。
43.以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围。
44.本实用新型在上述基础上还具有如下实施方式：
45.本实用新型的进一步实施例中，还提供了一种功率模块的制备方法，包括：
46.s1：将芯片2焊接至覆铜陶瓷基板1上，并清洗；
47.s2：在覆铜陶瓷基板1上用金属键合线4对芯片进行键合；
48.s3；在覆铜陶瓷基板1上添加焊料，在芯片2上添加焊料，将金属连接框架3焊接至覆铜陶瓷基板1和芯片2上，并清洗，得到上述的具有金属连接框架的功率模块；
49.s4：将具有金属连接框架的功率模块焊接至散热铜基板上；
50.s5：封装。
51.本实用新型的进一步实施例中，在s1和s3中，焊料的温度保持在200～380℃。
52.以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。