一種方形扁平無引腳封裝結構的功率模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種方形扁平無引腳封裝結構的功率模塊，尤其涉及改進優化方形扁平無引腳封裝結構層的高度差，使得功率模塊整體散熱速率加快，抑制功率模塊局部溫度過高，延緩局部器件的老化速度，保證模塊整體使用壽命。
【背景技術】
[0002]在半導體功率模塊日益小型化的趨勢之下，半導體功率模塊封裝工藝的封裝尺寸要求也越來越小型化，功率方形扁平無引線封裝這種表面貼裝半導體封裝技術應運而生，既能實現在目標尺寸下多個分立封裝器件才能夠實現的電路功能，又因為其去除了非必要的電阻和電感，從而在電特性方面，與封裝尺寸相同的分立器件相比，具有更高的功率密度；功率模塊的封裝以其高可靠性、低損耗、低開發成本的優勢正贏得越來越大的市場。
[0003]對于實現方形扁平無引腳封裝結構的功率模塊來說，由于其中功率芯片的熱損耗遠遠大于驅動芯片的熱損耗，如果將功率芯片的散熱和驅動芯片相同對待的話，會減小封裝空間的利用率，同時造成局部溫度過高，部分芯片在未達到產品壽命之前就已老化，從而影響到產品的可靠性，縮短產品壽命甚至造成產品失效。
[0004]圍繞方形扁平無引腳封裝結構的功率模塊，通過金屬支柱來抬高驅動芯片引線框架所在的結構層，保持功率芯片所在的結構層高度相對不變，同時將功率芯片引線框架和金屬散熱盤伸入驅動芯片引線框架下方區域，可以增大功率芯片所對應金屬散熱盤的面積，加快熱功耗較大的功率芯片的散熱速率。
[0005]同時，由于將熱損耗量較大的功率芯片所對應的銅框架和金屬散熱盤的面積增大，使得功率芯片的內部熱功耗的主要散熱途徑分布面積更大，對于封裝模塊整體而言，溫度分布更加均勻，避免了封裝模塊溫度局部過高，提高了產品可靠性。另外，由于結構層的高低優化，金屬電極引線兩端存在高度差，可以很好地減少由于重力作用而導致的金屬電極引線的塌陷，進而減少電路短路問題的發生，減小了工藝上的難度與制造成本。
【發明內容】
[0006]本發明提供一種方形扁平無引腳封裝結構的功率模塊，能夠加快封裝模塊的散熱速度，減小局部區域之間懸殊的溫度差，使得溫度分布趨向均勻化。
[0007]為實現上述目的，本發明提供以下技術方案:
[0008]—種方形扁平無引腳封裝結構的功率模塊，包括:絕緣樹脂、驅動芯片、功率芯片和金屬電極觸點，驅動芯片、功率芯片和金屬電極觸點按照既定設計電路并通過金屬引線電連接，在絕緣樹脂的底層設有用于功率芯片散熱的金屬散熱盤和驅動芯片引線框架，在金屬散熱盤上設有功率芯片引線框架，所述功率芯片設在功率芯片引線框架上且功率芯片的漏極與金屬散熱盤電連接，在所述驅動芯片引線框架上設有驅動芯片，所述金屬散熱盤在底層的驅動芯片引線框架及金屬電極觸點占據的以外區域延伸以布滿底層的驅動芯片引線框架及金屬電極觸點占據的以外區域，在驅動芯片引線框架的下方設有金屬支柱，所述金屬支柱立于底層并將驅動芯片引線框架抬離底層，所述金屬散熱盤還延伸進入驅動芯片引線框架下方的底層區域。
[0009]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0010](I)、本發明所述的功率模塊的方形扁平無引腳封裝結構，驅動芯片引線框架3通過下方四角處的四個金屬支柱4提升一定高度，將部分功率芯片引線框架2和對應的金屬散熱盤6伸入至驅動芯片引線框架3下方，增大了熱損耗較多的功率芯片30的金屬散熱盤面積，極大地加快了封裝模塊整體的散熱速率；同時，金屬散熱盤6較大限度地利用封裝模塊底部面積，使得模塊散熱可以占用封裝底部較多區域，進而避免了封裝模塊局部溫差過于懸殊，在加快散熱速率的同時減小了局部器件老化速率，保證了器件壽命。如附圖7和附圖8，分別是改進結構和原結構在相同環境下，功率芯片賦值相同功率情況下的散熱分析。如圖7所示，改進結構中最高溫度為123.20C，最低為53.348°C，如圖8所示，原結構中最高溫度為131.8°C，最低為43.796°C ;顯然圖7所示改進結構模塊區域之間的溫度差小于圖8所示原模塊，改進結構功率模塊整體溫度分布更加趨向均勻化，避免局部溫度過高而導致器件老化速率加快，從而延長了功率模塊整體的使用壽命。在圖7和圖8所示模塊的高溫區域，圖7所示改進結構模塊的溫度小于圖8所示功率模塊的溫度，因此圖7所示改進結構模塊散熱效率也優于圖8所示功率模塊。
[0011](2)、本發明所述功率模塊的方形扁平無引腳封裝結構驅動芯片引線框架3和功率芯片引線框架2之間存在高度差，這樣使得鍵合跨度長的金屬引線張力增大，從而克服由其重力引起的塌陷問題，進而減少由于金屬引線塌陷而導致的模塊整體短路現象的產生。同時，在封裝結構中設計有搭線基島5，作為過長金屬引線之間的中繼橋接媒介，使得較長金屬引線變成多條較短金屬引線的集合，而鍵合較短的金屬引線可以通過本身的張力克服導致其塌陷的重力，也起到了減少由金屬引線塌而導致模塊整體短路現象的作用。綜上，本發明提供的結構減小了工藝上的搭線難度，節約了制造成本。
[0012](3)、在規定的封裝空間內，若通過分立器件實現和本發明功率模塊相同的電路功能，則需要較多個數的分立器件，且規定的封裝空間可能容納不了所需分立器件個數，從而導致通過分立器件實現不了電路功能，因此，相比于分立器件，本發明所述的功率模塊能夠比較容易地在更小的體積尺寸條件下實現電路功能，成本較低；此外，本發明所述功率模塊將多芯片封裝成功率模塊整體，去除了非必要的連接電阻和電感，增大集成密度的同時，也減小了寄生和功率損耗。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明提供的一種功率模塊的方形扁平無引腳封裝結構實例的無引線三維視圖。
[0014]圖2為本發明提供的一種功率模塊的方形扁平無引腳封裝結構實例的俯視示意圖。
[0015]圖3為本發明提供的一種功率模塊的方形扁平無引腳封裝結構實例沿A-a截面的剖面圖。
[0016]圖4為本發明提供的一種功率模塊的方形扁平無引腳封裝結構實例沿B-b截面的剖面圖。
[0017]圖5為本發明提供的一種功率模塊的方形扁平無引腳封裝結構實例沿C-c截面的剖面圖。
[0018]圖6為本發明提供的一種功率模塊的方形扁平無引腳封裝結構實例在D-d截面的剖面圖。
[0019]圖7為環境溫度為20°C，功率芯片附加功率的情況下，改進結構功率模塊散熱分析圖。
[0020]圖8為本發明是在環境溫度為20°C，功率芯片附加與圖7模塊相同功率的情況下，原結構模塊散熱分析圖。
[0021]其中，1、絕緣樹脂；2、功率芯片引線框架；3、驅動芯片引線框架；4、金屬支柱；5、搭線基島；6、金屬散熱盤；7、導電焊料；8、銀漿；9、膠帶；20、金屬電極觸點；30、功率芯片；31、驅動芯片;101、銅引線；102金引線。
【具體實施方式】
[0022]—種方形扁平無引腳封裝結構的功率模塊，包括:絕緣樹脂1、驅動芯片31、功率芯片30和金屬電極觸點20，驅動芯片31、功率芯片30和金屬電極觸點20按照既定設計電路并通過金屬引線電連接，在絕緣樹脂I的底層設有用于