阅读说明：本技术 半导体功率模块双面平行度与整体厚度的控制方法 (Control method for parallelism of two sides and integral thickness of semiconductor power module ) 是由 雷光寅 邹强 范志斌 于 2020-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明属于半导体功率模块技术领域,具体为一种半导体功率模块双面平行度与整体厚度的控制方法。本发明在传统半导体功率模块设计的基础上引入第二层连接材料,实现功率模块双面平行度与整体厚度的精确、有效的控制,具体包括：将第二层材料在注塑过程前附着在功率模块的上、下两面；在第二层连接材料外面再附着外层材料,用以保护模块的内部结构；合模、固化,功率模块所承受的压力逐渐增大,使“第二连接层”变形,达到控制模块平行度和整体厚度的目的。本发明可以简化功率模块的制造工艺、提升良率、降低系统的电磁干扰,进一步提升功率模块的性能。(The invention belongs to the technical field of semiconductor power modules, and particularly relates to a method for controlling the parallelism of two sides and the overall thickness of a semiconductor power module. The invention introduces a second layer connecting material on the basis of the traditional semiconductor power module design, realizes the accurate and effective control of the double-side parallelism and the whole thickness of the power module, and specifically comprises the following steps: attaching a second layer of material to the upper and lower surfaces of the power module before the injection molding process; the outer layer material is attached outside the second layer connecting material to protect the internal structure of the module; and (3) closing the die, curing, and gradually increasing the pressure borne by the power module to deform the second connecting layer so as to achieve the purpose of controlling the parallelism and the overall thickness of the module. The invention can simplify the manufacturing process of the power module, improve the yield, reduce the electromagnetic interference of the system and further improve the performance of the power module.)

半导体功率模块双面平行度与整体厚度的控制方法

技术领域

本发明属于半导体功率模块技术领域，具体涉及半导体功率模块双面平行度与整体厚度的控制方法。

背景技术

半导体功率模块广泛应用于工业变频、变流器、汽车电机控制器等需要进行电能转换的场景，其基本结构如图1所示，功率半导体器件通过连接材料（通常为焊接或者金属烧结）粘接在陶瓷基板或者铜基板上。为了增强其散热性能，半导体器件上表面通常采用相同工艺连接金属垫片，进而再连接上层基板。由于材料制造过程中公差的存在，导致经过多次连接工艺后整体公差较大，不满足直接下一步塑封的要求。现有模块封装解决方案是在塑封完后对模块至少一面进行打磨，以保证其整体厚度控制。不仅增加了制造成本，对模块的生产良率也有很大影响。

半导体功率模块上下面的平行度与整体厚度控制对于模块的实际应用具有十分重要的意义。平行度和模块厚度不控制在一定范围以内的话，注塑过程很容易产生溢料，甚至直接导致模块的损毁。目前主流的方法是在注塑过程中尽量把模具做得比模块更厚一些。注塑完成后再在模块的上下面进行打磨，把溢出的部分机械的磨掉，实现平行度和厚度的控制。然而，这样做不光是增加了模块的制造成本，机械打磨过程也容易造成模块的损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方便、工艺简单、成本低廉的半导体功率模块双面平行度与整体厚度的控制方法。

本发明在传统半导体功率模块设计的基础上引入“第二层连接材料（图示中绿色）”，实现功率模块双面平行度与整体厚度的精确、有效的控制，具体步骤如下：

（1）将第二层材料在注塑过程前附着在功率模块的上、下两面；附着过程避免曝露在高温环境下，避免材料的提前固化；

该材料具有一定的可伸缩性，可以随着压力的增大而变形；

上、下两层材料的厚度可以一致，也可以不一致；

（2）在第二层连接材料外面，再附着外层材料，用以保护模块的内部结构，并提供更加方便的机械安装和散热形式；

（3）合模、固化，在这过程中，功率模块所承受的压力逐渐增大，使“第二连接层”变形，达到控制模块平行度和整体厚度的目的。

本发明中，所述第二连接材料可以是环氧树脂、氰酸酯树脂等有机高分子材料。

本发明中，所述第二连接材料为绝缘材料，在模块外部就不用额外绝缘层；

本发明中，当外层材料选用金属材料时，可以有效的降低芯片由于高频率开关所带来的电磁干扰问题。

本发明可以简化功率模块的制造工艺、提升良率、降低系统的电磁干扰，进一步提升功率模块的性能。

附图说明

图1为半导体功率模块机构图示。

具体实施方式

为解决模块封装过程中厚度累计公差过大，影响下一步塑封工艺的问题，本发明采用一层或者多层可收缩的连接材料（第二层连接材料），在外界压力的作用下，引入的连接材料可以进行适当的收缩，以弥补公差的影响。

第二层连接材料可以为环氧树脂或者氰酸酯树脂等有机高分子材料，无压力状态下的初始厚度可以为50–500微米。在操作过程中：

（1）首先将第二层连接材料放置在功率模块上下基板的外侧，确保基板的洁净程度并且在界面处没有气泡；

（2）根据第二层连接材料的不同需求，将模块温度控制在其软化温度范围，通常为25–150摄氏度之间；

（3）待温度稳定后，在模块两端施加一定的压力，通常为0.05MPa–5MPa范围内，并且继续升高模块温度以固化第二层连接材料；

（4）待到连接材料完全固化完成，时间通常为1分钟–2小时，解除压力，完成模块制样。

在第二层连接材料外表面，依据需求可以额外增加一层金属层以保护第二层连接材料不受到物理或者化学的损坏。

本发明所涉及的第二层连接材料的选择具有多样性，操作工艺简单的特点。能降低封装过程中对封装材料的公差要求，起到降低成本的效果。并且由于不需要模块在塑封完后再进行打磨工序，必定会提升模块的整体良率。