[发明专利]高功率密度塑封式IPM模块的封装结构及加工工艺

说明书

本发明涉及一种高功率密度塑封式IPM模块的封装结构及加工工艺，其结构包括上表面图形化生长石墨烯的直接敷铜基板、MOSFET芯片、快速恢复二极管芯片、驱动芯片、印刷电路板、焊料层、石墨烯填充增强导热银胶、键合引线、引线框架、塑封外壳、石墨烯填充增强封装树脂。其中采用化学气相沉积法在直接敷铜基板上表面图形化生长石墨烯薄膜，通过发挥其优异的面内热传导性能，将高功率密度塑封式IPM模块的局部热点热量迅速横向传开，进而通过直接敷铜基板向外传导，降低模块最高温度。同时采用石墨烯填充增强导热胶及封装树脂，改善传统封装材料的热传导性能，有效提高模块的可靠性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种高功率密度塑封式IPM模块的封装结构及加工工艺。

背景技术

智能功率模块(IPM)是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品，它把功率半导体芯片与控制电路、驱动电路、过压、过流、过热和欠压保护电路以及自诊断电路组合，并密封在同一绝缘外壳内的智能化电力半导体模块。

智能功率模块的封装结构是由多种不同热膨胀系数的材料组成，智能功率模块工作时，高温不仅可能引起芯片的过热失效，也可能因为模块材料间的热失配引起机械失效。高温下，层间界面热应力和端部处的热应力集中常常会造成基板、芯片断裂或者焊料层形变甚至封装结构的脱层破坏最终导致封装结构的失效。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种高功率密度塑封式IPM模块的封装结构及加工工艺，将石墨烯材料分别以散热薄膜形式应用于直接敷铜(DBC)基板上表面，与快速恢复二极管(FRD)芯片的阴极和MOSFET芯片的漏极位置对应，加速局部热点热量的横向传导，同时将石墨烯粉末以导热填料形式应用于导热胶中，减小驱动芯片和印刷电路板(PCB)之间的热阻，石墨烯粉末填充增强封装树脂，提高封装材料的整体热传导能力，解决高功率密度塑封式IPM模块的封装可靠性问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案。所述的高功率密度塑封式IPM模块的封装结构包括：驱动芯片上表面的电路输出端与印刷电路板上表面的对应焊盘引线键合，驱动芯片下表面由石墨烯填充增强导热银胶与印刷电路板互连；还包括直接敷铜基板，其上表面具有第一铜层，其下表面具有第二铜层，在直接敷铜基板第一铜层上对应快速恢复二极管芯片阴极的位置制作有第一石墨烯薄膜，在直接敷铜基板第一铜层上对应MOSFET芯片漏极的位置制作有第二石墨烯薄膜；所述第一铜层与快速恢复二极管芯片的阴极、MOSFET芯片的漏极通过焊料层互连，所述焊料层将第一石墨烯薄膜、第二石墨烯薄膜包裹在内；由外壳将所述驱动芯片、印刷电路板、直接敷铜基板、MOSFET芯片、快速恢复二极管芯片及所有键合引线封装起来。

进一步的，所述外壳内部由石墨烯填充增强环氧树脂进行灌封。

所述的高功率密度塑封式IPM模块的封装结构还包括引线框架，由焊料层与直接敷铜基板上表面第一铜层以及印刷电路板上表面输出引出端互连。

进一步的，所述快速恢复二极管芯片上表面阳极与引线框架的对应位置用第一铝线组键合，快速恢复二极管芯片下表面阴极由焊料层与直接敷铜基板的上表面图形化互连。

进一步的，所述MOSFET芯片上表面源极与快速恢复二极管芯片的阳极用第二铝线组键合，MOSFET芯片栅极与印刷电路板上表面的栅极驱动引出端用第三铝线组键合，MOSFET芯片下表面漏极由焊料层与直接敷铜基板的上表面图形化互连。

进一步的，所述引线框架局部伸出外壳。

本发明还提出了一种高功率密度塑封式IPM模块封装结构的加工工艺，其包括以下步骤：

步骤1、在直接敷铜基板上表面第一铜层图形化生长互不重叠的第一石墨烯薄膜和第二石墨烯薄膜；