[实用新型]一种可以采用类金刚石薄膜铝基板的功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子器件制造以及电力电子电路，DC-AC，AC-DC，DC-DC，AC-AC等应用领域，特别是变频器，逆变器等电源管理系统中的功率模块。

背景技术

电力电子封装是指把构成电力电子器件、模块的各个元件，广义讲是系统的各个组成部分，按规定的电路要求合理布局、互连的一个综合的设计与制造技术。

电力电子封装具有以下基本功能：提供机械支撑和环境保护；实现电气连接；提供信号的输入输出通路；提供散热路径，将工作产生的热量尽快散发出去。封装的重要任务是尽可能维持或不损伤芯片或元件的性能，并保障其充分发挥。封装直接影响着器件、模块和系统的电气性能、热性能和电磁干扰特性等，还影响其成本。电子器件对封装材料的要求也越来越高，芯片功率越来越大，产生的热量也越来越多，继而要求封装材料具有高的热导率。如果封装材料的热膨胀系数与半导体材料及衬底材料不匹配，容易引起材料结构脱离或开裂。

目前，大功率功率模块，比如IGBT和高压MOSFET模块，一般采用Cu箔附着在陶瓷基板（Al₂O₃基板或者AlN基板）上形成三明治结构的DBC材料，如图1所示，IGBT，MOSFET，二极管等功率芯片焊接到DBC上层Cu膜（7）上，彼此采用铝线（10）键合技术形成线路。然后布满芯片的DBC板再通过其他机械形式固结到一个铝散热器（3）上。因此这种封装模式存在芯片（9）/Cu膜（7），Cu（7）/陶瓷片（6），陶瓷片（6）/Cu（5），Cu（5）/散热器（3）之间的多个导热界面，非常容易形成裂纹，导致器件开裂，模块失效。鉴于此，需要一种导热效率更高的功率模块。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以采用类金刚石薄膜铝基板的功率模块，大大降低了模块的热阻和封装成本，可以取代传统的DBC封装。

本发明所述技术问题采用的技术方案是，一种可以采用类金刚石薄膜铝基板的功率模块（包括IGBT，MOSFE，二极管等功率模块），包括硅凝胶（1）、金属电极（2）、铝基板（3）、类金刚石薄膜（4）、铜（5）、焊膏（6）、功率芯片（7）和铝线（8）。

本发明的有益效果是：

类金刚石薄膜铝基板价格便宜、材料稳定、绝缘性好、导热率高，它的导热率为220W/mK，而AlN的导热率为150W/mK，Al₂O₃的导热率为30W/mK。采用类金刚石薄膜铝基板的功率模块适用于MOSFET、IGBT、二极管等功率器件，类金刚石薄膜（4）可以采用PECVD或者其他半导体薄膜工艺制备方法直接沉积到铝基板表面，没有传统DBC模块中的陶瓷层，不存在Cu/陶瓷片、陶瓷片/Cu、Cu/散热器之间的多个导热界面，避免了传统的DBC/Al界面，提高了导热率，减少了热疲劳带来的DBC/Al板开裂，降低了模块的热阻和封装成本。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是采用传统DBC基板的功率模块

图2是采用类金刚石薄膜铝基板的功率模块。

具体实施方式

实施例

参见图2，所示为一种可以采用类金刚石薄膜铝基板的功率模块，包括硅凝胶（1）、金属电极（2）、铝基板（3）、类金刚石薄膜（4）、铜（5）、焊膏（6）、功率芯片（7）和铝线（8），适用于MOSFET、IGBT、二极管等功率器件。

用类金刚石薄膜铝基板的功率模块的工艺制备流程如下：

1)  直接在铝基板（3）或者散热器表面采用PECVD或者其他CVD方法沉积类金刚石薄膜（DLC）（4）；

2)  在类金刚石薄膜（DLC）（4）表面溅射Cu种子层（5）；

3)  在类金刚石薄膜（DLC）（4）表面做图形，腐蚀Cu（5）；

4)  电镀Cu层（5）；

5)  用焊膏（6）将功率芯片（8）焊接到在类金刚石薄膜（DLC）（4）铝基板上；

6)  铝线（7）键合；

7)  实施其他功率模块标准工艺。

按照上述方法制备所得采用类金刚石薄膜铝基板的功率模块结构如图2所示，它与图1所示的采用传统DBC基板的功率模块结构的区别在于图2没有传统DBC模块中的陶瓷层，不存在Cu/陶瓷片、陶瓷片/Cu 、Cu/散热器之间的多个导热界面，避免了传统的DBC/Al界面，提高了导热率，减少了热疲劳带来的DBC/Al板开裂。另外，类金刚石薄膜铝基板价格便宜，材料稳定，绝缘性好，导热率高，大大降低了模块的热阻和封装成本，可以取代传统的DBC封装。