[发明专利]一种功率模块全自动热压成型装置

说明书

本发明属于功率电子器件封装技术领域，公开了一种功率模块全自动热压成型装置，包括上层工作区和下层附件及控制区，上层工作区内部设置有热压作动系统、热压导向系统、加热组件，下层附件及控制区内部设置水冷系统和控制系统。本发明可以提供不同的烧结压力和烧结温度，同时可以通过闭环反馈精确控制烧结压力和粘接层高度，实现烧结时间、烧结压力、粘接层厚度的多种变化，为研究功率模块热压成型的相关难题提供帮助，对于半导体、微机电系统等高新技术产业的发展具有重要的推动作用。

技术领域

本发明属于功率电子器件封装技术领域，具体的说，是涉及一种用于功率模块热压成型工艺的装置。

背景技术

电子封装产业的迅速发展，使得电子工业极大的依赖于功率电子。功率模块是功率电力电子器件按一定的功能组合再灌封成一个模块。目前功率模块在实际应用中主要面临以下两个方面的问题：

一方面在汽车、船舶、航空和深井钻孔等领域都需要功率模块在高于200℃的恶劣环境下工作。然而传统的用以连接功率电子器件的技术主要是将半导体芯片利用合金焊料或导电胶粘接在热沉之上或利用铝线或金线键合在另一个半导体芯片之上，这些工艺最高能达到的粘接温度约为150℃，不能满足宽带隙器件在高温运作环境下的要求；另一方面，散热已经成为实现功率电子器件商业化的瓶颈之一。目前解决功率电子器件的散热主要从封装结构、基板材料、粘接材料和热沉结构等方向进行研究。因此芯片与基板之间的粘接界面热阻就成了降低整个热阻的关键。

解决这些问题的方案之一是采用纳米银焊膏作为粘接材料。纳米银焊膏作为一种新型绿色封装材料，具有高熔点(961℃)，低烧结温度(小于300℃)和优异的电、热等特点，因此在高温功率电子器件封装中具有广阔的应用前景。但是由于纳米银焊膏的现有工艺在芯片大面积粘接领域，存在连接强度低、宏观多孔、工艺复杂性大等问题，还需要做进一步研究，因此需要一种控制方式更加灵活、功能更加多样的热压成型装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以实现不同烧结压力和烧结温度，同时可以通过闭环反馈精确控制烧结压力和粘接层高度，实现烧结时间、烧结压力、粘接层厚度进行多种变化的功率模块全自动热压成型装置。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种功率模块全自动热压成型装置，其特征在于，包括上层工作区和下层附件及控制区；所述上层工作区内部设置有热压作动系统、热压导向系统、加热组件；所述下层附件及控制区内部设置水冷系统和控制系统；

所述热压作动系统包括相互平行的上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和所述下支撑板在由四根所述支撑螺柱相连接；所述上支撑板的下端面固定有上冷却板，所述上冷却板的下端面固定有上压器；所述上冷却板通过导柱支座、导柱、导套组成的导向机构连接有下冷却板，所述下冷却板的上端面固定有下压器，所述下压器和所述上压器之间为用以放置功率组件的工作区；所述下支撑板固定安装有电动缸，所述电动缸通过力传感器连接有圆头施力件，用于对下冷却板和下压器施力；所述电动缸还安装有旋转编码器；

所述热压导向系统包括对称固定于所述上冷却板的下端面两侧的导柱支座，每个所述导柱支座下部固定连接有导柱，所述导柱下端依次穿过导套和下冷却板，两个所述导套分别固定于所述下冷却板的上端面两侧，所述导柱支座和所述导套之间安装有套在所述导柱上的弹簧，所述导套与所述导柱之间安装有直线滚珠套；所述圆头施力件安装在所述施力件固定座中，所述施力件固定座为中空结构，其上端面与所述下冷却板的下端面固定连接，并使所述圆头施力件顶端与所述下冷却板的下端面相接触；

所述加热组件包括所述上压器和所述下压器，所述上压器和所述下压器均由压板、陶瓷隔热板、压头支撑板组成；所述压板内部安装多根加热棒，所述压板与所述陶瓷隔热板接触并由所述压头支撑板压紧固定，所述陶瓷隔热板固定于所述上冷却板或所述下冷却板；