[发明专利]功率模块及其制造方法

说明书

本发明公开了一种功率模块及其制造方法，该功率模块包括功率基板、导热界面层、填充层和散热器，功率基板包括导电层和传热层，导电层的上表面设有至少一功率器件，导热界面层设置于功率基板的传热层的下方；填充层与导热界面层以及热介质层直接接触，用于填充和平坦化热介质层；散热器设置于导热界面层的下方，热介质层为功率基板的传热层或散热器的散热表面，且热介质层的硬度大于填充层的硬度。本发明可以降低导热界面层与其相邻层的接触热阻以及导热界面层的体积热阻，从而改善功率模块的散热性能，且成本较低。

技术领域

本发明涉及芯片封装技术领域，尤其涉及一种功率模块及其制造方法。

背景技术

高效率、高功率密度及高可靠性一直是业界对电源变换器的要求，高效率意味着减少能耗，利于节能减排、保护环境，并减少使用成本；高功率密度则意味着体积小、重量轻，减少材料成本、运输成本和空间需求，从而减少建设成本；高可靠性意味着更长的使用寿命以及较低的维护成本。

半导体器件是决定电源变换器效率的重要因素之一，为了进一步提升电源性能的要求，很多半导体器件被集成在一起，构成集成功率模块。如图1所示，目前典型的集成功率模块是将多个功率器件11焊接在功率基板12上，再通过导热界面层13与散热器14连接，进行集中散热。同时，集成功率模块中还可包括用于包覆功率器件11及功率基板12的密封层15、连接功率器件11与功率基板12上导电层的金属键合线16、外壳17以及从功率基板12的导电层上引出到外部的引脚18等。图2示出另一种典型的集成功率模块，与图1所示结构不同之处仅在于，图1中的功率基板12为一双面基板，而图2中的功率基板12为一双面基板和铜基板组合而成的层叠基板，双面基板12’通过焊料20焊接在一块铜基板19上，再通过导热界面层13与散热器14连接。参见图1和图2，功率基板12的底面与导热界面层13直接接触，散热器14的表面与导热界面层13直接接触，绝大部分的功率器件热量均从功率器件11内部传递到下方功率基板12上，再经由导热界面层13传递到散热器14，最后通过空气或者水与散热器14的对流换热将热量带走。

目前使用的典型的功率基板可以是如图1所示的双面基板，或如图2所示的双面基板和铜基板组合而成的层叠基板，也可以是单面基板(未图示)或单面基板和铜基板组合而成的层叠基板(未图示)等。当采用双面基板或层叠基板时，功率基板底面通常为铜层，当采用单面基板时，功率基板底面通常为陶瓷层；对散热器而言，其表面则多采用铝，有时也会镶铜；上述这些材料的硬度大同小异，而粗糙度则受加工工艺的影响各不相同。

在现有技术中，可通过提高加工精度,以降低功率基板底面的粗糙度或者散热器表面的粗糙度，从而降低导热界面层的热阻，提高功率模块的散热性能，然而这一方法会大大增加功率基板或散热器的加工成本。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种功率模块及其制造方法，提高了功率模块的散热性能，且成本较低。

为实现上述目的，一方面，

本发明提供了一种功率模块，所述功率模块包括：

功率基板，包括一导电层、一传热层，其中，所述导电层的上表面设有至少一功率器件；

导热界面层，设置于所述功率基板的传热层的下方；

填充层，与所述导热界面层以及一热介质层直接接触，所述填充层用于填充和平坦化所述热介质层；以及

散热器，设置于所述导热界面层的下方，用于将所述功率器件散发的热量经由所述导热界面层传导至所述功率模块的外部，

其中，所述热介质层为所述功率基板的传热层或所述散热器的散热表面，且所述热介质层的硬度大于所述填充层的硬度。

在本发明的一实施方式中，所述填充层形成于所述功率基板的靠近所述导热界面层的表面，所述热介质层为所述功率基板的传热层。