[发明专利]一种微气孔功率电子模块及其制备方法

权利要求书

1.一种微气孔功率电子模块，其特征在于，所述微气孔功率电子模块包括：外壳、金属基板、衬底、半导体芯片、第一焊接层、第二焊接层、功率端子、信号引线、信号端子、键合线、填充材料，所述衬底为引线框架衬底，所述引线框架衬底包括陶瓷层、第一金属表面和第二金属表面，所述陶瓷层设于第一金属表面与第二金属表面之间，所述金属基板通过第二焊层与第二金属表面焊接，所述半导体芯片通过第一焊接层焊接至所述第一金属表面，所述半导体芯片通过键合线电连接到第一金属表面上，所述第一金属表面通过所述信号引线与所述信号端子电连接，所述第一金属表面与和功率端子电连接，所述外壳设于所述金属基板上，所述填充材料填充在外壳与金属基板构成的区域内，包括功率端子和信号端子的一部分，信号引线、键合线、半导体芯片、第一焊接层、引线框架衬底、第二焊接层的一部分或全部。

2.根据权利要求1所述的微气孔功率电子模块，其特征在于，所述第一金属表面和所述第二金属表面为第二铜表面，所述第一铜表面、所述陶瓷层和所述第二铜表面键合形成三明治式的导热绝缘的陶瓷覆铜衬底。

3.根据权利要求1所述的微气孔功率电子模块，其特征在于，所述第一金属表面为第一镍表面，所述第二金属表面为第二镍表面，所述第一镍表面、所述陶瓷层和所述第二镍表面键合形成三明治式的导热绝缘的陶瓷覆镍衬底。

4.根据权利要求1-3任一项所述的微气孔功率电子模块，其特征在于，所述键合线通过超声波引线键合法键合至所述半导体芯片和所述第一金属表面上，所述键合线为Al，Al-Si，Al-Mg，Cu，Au中的一种；所述填充材料为硅凝胶、硅凝胶、环氧双层中的一种。

5.权利要求1所述的微气孔功率电子模块的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）所述半导体芯片与所述第一金属表面的焊接：在第一金属表面上放置固定框，在固定框内，依次放置焊片和半导体芯片；将贴装好的半导体芯片、焊片、引线框架衬底作为一个组装体，放入回流设备内回流；完成回流工序的组装体冷却后，去除固定框，完成所述半导体芯片与所述第一金属表面的焊接；

（2）所述金属基板与所述第二金属表面的焊接、所述第一金属表面分别与功率端子和与所述信号引线的焊接：在金属基板上放置固定框，在固定框内，放置焊片，所述焊片与引线框架衬底的第二金属表面相接；在所述引线框架衬底的第一金属表面上放置固定框，在固定框内依次放置焊片和功率端子或者依次放置焊片和信号引线；将贴装好的金属基板、焊片、引线框架衬底、功率端子和信号引线作为一个组装体，放入回流设备内回流；完成回流工序的组装体冷却后，去除固定框，完成金属基板与所述第二金属表面的焊接、所述第一金属表面分别与功率端子和与所述信号引线的焊接。

6.根据权利要求 5所述的微气孔功率电子模块制备方法，其特征在于，所述的回流工序是在真空回流炉中进行的，所述真空回流炉包括进气管、回流腔气密性壁体、导气孔、回流底板和出气管道，所述的进气管包括进气管道Ⅰ和进气管道Ⅱ，所述进气管道Ⅰ和所述进气管道Ⅱ相连，所述进气管道Ⅰ的一端通向回流炉外，所述进气管道Ⅱ设于所述真空回流炉内，所述进气管道Ⅱ上设有导气孔，所述回流腔气密性壁体设于回流炉内壁上，所述回流底板设于所述回流炉内的底面上，所述出气管道的一端通向回流炉外，另一端延伸至回流炉内，所述回流底板用于外接电源；所述的回流工序的具体步骤如下：

（1）载入组装体至真空回流炉腔体；

（2）关闭进气管道和出气管道的阀门；

（3）抽真空至真空度为0-100mbar；

（4）通过进气管道向真空回流炉腔体内充入还原性气体；

（5）活化待焊接表面：通过所述回流底板进行加热，使所述回流底板上升至一定温度，在还原性气氛下，所述第一金属层、第二金属层、焊片、半导体芯片表面的氧化物被还原，而成为清洁的表面；

（6）焊接：继续对所述回流底板加热，使其温度继续升高，达到所述焊片的熔点时，所述焊片逐渐熔化，金属间化合物生成；

（7）焊接层形成：抽真空，至真空度为0-100mbar；焊接层内的大部分气体也被抽出，形成微小气孔的焊接层；

（8）向真空回流炉的腔体内充入惰性气体，回流完成。