一种基于衬底的功率集成模块系统级封装结构的制作方法

本技术属于半导体领域，尤其是涉及一种基于衬底的功率集成模块系统级封装结构。

背景技术：

1、功率半导体作为电能变换和控制的核心器件广泛应用于消费电子、家电、工业控制、新能源、智能电网和交通运输等各行业领域，其封装结构随着技术进步和应用需求的提升朝着系统模块化、高度集成化、智能化的方向不断发展，借助集成电路的设计思路，将控制、驱动、保护等信息电子电路和功率半导体器件集成到同一封装体内构成功率集成模块系统级封装(system in a package，sip)，以实现信息电子和功率电能电路的集成，实时监控关键运行参数并根据需求快速调节，使得模块具备故障自诊断功能。

2、现有技术基于环氧模塑封装和印制电路板pcb焊接，存在多级封装环节，缺陷发生风险大且不易被发现，可靠性差；环氧模塑封装气密性差、无柔性、热机械性能差造成水汽隔离作用弱、工作过程中的热胀冷缩应力释放不彻底、不能吸收振动能量，芯片及连接点开裂失效风险高；印制电路板pcb的散热能力差、热膨胀系数匹配性差限制了功率集成模块的功率密度；由于印制电路板pcb上电路及元器件暴露于空气，模块的电气绝缘强度差、灰尘水汽隔离防护作用较弱；由于各芯片分立封装内部和印制电路板上的存在二次电连接以及印制电路板上的电路平面布局因素导致电气路径较长寄生参数大，电磁干扰大。

技术实现思路

1、为解决现有技术中所存在的技术问题，本实用新型在此的目次在于提供一种结构简单、封装环节少及可靠性高的基于衬底的功率集成模块系统级封装结构。

2、为实现本实用新型目的，在此提供的封装结构包括衬底、布设于所述衬底上的信息电子和功率电能集成的系统电路、用于密封所述系统电路的柔性封装材料和连接端子，所述连接端子的一端装配于所述衬底上用于与所述系统电路电连接，另一端用于与外部电路电连接，构成所述系统电路的芯片为裸芯片。

3、在一些实施方式中，所述衬底包括导电层和绝缘导热层，所述导电层上蚀刻有用于构成系统电路的元器件和芯片装配的装配区；构成所述系统电路的元器件之间、元器件和芯片之间以及各芯片之间通过所述导电层和键合连接方式实现电连接。

4、在一些实施方式中，所述衬底还包括散热层。

5、在一些实施方式中，所述衬底上配置有外框，所述连接端子用于与外部电路电连接的一端延伸出所述外框。

6、在一些实施方式中，本实用新型提供的封装结构还包括用于支撑的支撑柱，所述支撑柱经所述柔性封装材料与所述衬底形成于一体。

7、在一些实施方式中，本实用新型提供的封装结构还包括导热结构，被用于装配于所述衬底的底表面。

8、在一些实施方式中，本实用新型提供的封装结构还包括隔热垫片，被用于装配于驱动和控制芯片与衬底之间。

9、在一些实施方式中，所述系统电路包括功率半导体芯片和用于控制所述功率半导体芯片通断的控制和驱动集成芯片，所述功率半导体芯片的输出作为封装结构的一组输出，与所述连接端子电连接。

10、在一些实施方式中，所述系统电路还包括辅助元器件，所述辅助元器件包括电阻、电容、电感、二极管、瞬态抑制二极管、ntc热敏电阻。

11、本实用新型的技术方案能够达到的技术效果至少包括：

12、1)本实用新型采用衬底，绝缘强度高，导热性好，热膨胀系数接近半导体材料。

13、2)本实用新型系统电路所采用的功率半导体芯片、控制和驱动集成芯片以及各种分立二极管器件均为裸芯片，再用柔性封装材料对系统电路进行密封，实现整体一次封装，无需对芯片单独进行封装后再与其它元器件连接，减少了封装环节，减小了热阻和电气连接路径，结构简单，一次封装提高了封装结构的可靠性。

14、3)本实用新型采用柔性封装材料包覆芯片、元器件及连接线路，绝缘强度高，隔离保护作用强，振动保护及应力释放效果好。

15、4)本实用新型构成系统电路采用键合连接，可以立体布局缩短路径及优化寄生参数减小电磁干扰。

技术特征：

1.一种基于衬底的功率集成模块系统级封装结构，其特征在于，该结构包括衬底(1)、布设于所述衬底(1)上的信息电子和功率电能集成的系统电路、用于密封所述系统电路的柔性封装材料和连接端子(13)，所述连接端子(13)的一端装配于所述衬底(1)上用于与所述系统电路电连接，另一端用于与外部电路电连接，构成所述系统电路的芯片为裸芯片。

2.根据权利要求1所述的基于衬底的功率集成模块系统级封装结构，其特征在于，所述衬底(1)包括导电层和绝缘导热层，所述导电层上蚀刻有用于构成系统电路的元器件和芯片装配的装配区；构成所述系统电路的元器件之间、元器件和芯片之间以及各芯片之间通过所述导电层和键合连接方式实现电连接。

3.根据权利要求2所述的基于衬底的功率集成模块系统级封装结构，其特征在于，所述衬底(1)还包括散热层。

4.根据权利要求1所述的基于衬底的功率集成模块系统级封装结构，其特征在于，所述衬底(1)上配置有外框(14)，所述连接端子(13)用于与外部电路电连接的一端延伸出所述外框(14)。

5.根据权利要求1所述的基于衬底的功率集成模块系统级封装结构，其特征在于，还包括用于支撑的支撑柱，所述支撑柱经所述柔性封装材料与所述衬底(1)形成于一体。

6.根据权利要求1所述的基于衬底的功率集成模块系统级封装结构，其特征在于，还包括导热结构，被用于装配于所述衬底(1)的底表面。

7.根据权利要求1所述的基于衬底的功率集成模块系统级封装结构，其特征在于，所述系统电路包括功率半导体芯片和用于控制所述功率半导体芯片通断的控制和驱动集成芯片，所述功率半导体芯片的输出作为封装结构的一组输出，与所述连接端子(13)电连接。

8.根据权利要求7所述的基于衬底的功率集成模块系统级封装结构，其特征在于，所述系统电路还包括辅助元器件，所述辅助元器件包括电阻、电容、电感、二极管、瞬态抑制二极管、ntc热敏电阻。

9.根据权利要求1所述的基于衬底的功率集成模块系统级封装结构，其特征在于，还包括隔热垫片，被用于装配于构成所述系统电路的芯片与所述衬底之间。

技术总结
本技术公开了一种基于衬底的功率集成模块系统级封装结构，该结构包括衬底(1)、布设于所述衬底(1)上的信息电子和功率电能集成的系统电路、用于密封所述系统电路的柔性封装材料和连接端子(13)，所述连接端子(13)的一端装配于所述衬底(1)上用于与所述系统电路电连接，另一端用于与外部电路电连接，构成所述系统电路的芯片为裸芯片。本技术系统电路采用裸芯构成，搭配辅助元器件基于衬底焊接和键合连接，再用柔性封装材料对系统电路进行密封，实现整体一次封装，无需对半导体芯片单独进行封装后再与其它元器件连接，减少了封装环节，提高了封装结构的可靠性。

技术研发人员：王炳琨,廖光朝,张小兵
受保护的技术使用者：重庆云潼科技有限公司
技术研发日：20221122
技术公布日：2024/1/12