[发明专利]具有应力缓冲且各向异性导电的铜柱垫块及其制作方法

说明书

本发明涉及功率电子器件封装技术领域，为提出可用于双面散热/平面型电子器件与模块的封装的新型铜柱垫块技术方案，实现应力缓冲且各向异性导电。为此，本发明采取的技术方案是，具有应力缓冲且各向异性导电的铜柱垫块制作方法，将若干直径为0.3～0.5mm的绝缘铜丝置入圆形或方形半开模具中，将绝缘铜丝放入模具中时，要使绝缘铜丝超出模具前后端面一段长度，超出模具前端面的长度要大于等于模具自身的长度；当置入的绝缘铜丝充满模具时，将半开的模具合上，将超出模具前端面的绝缘铜丝置入聚合物胶粘剂中，使绝缘铜丝表面及每两根绝缘铜丝间隔中均附有胶粘剂。本发明主要应用于功率电子器件封装场合。

技术领域

本发明涉及功率电子器件封装技术领域，具体涉及具有应力缓冲且各向异性导电的铜柱垫块及其制备方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电子器件正在向着高频率、高密度、高功率和高温应用的方向发展。传统的半导体功率器件采用的单面封装结构散热效率不高，其内部产生的热量仅仅可以从半导体功率芯片的下表面排出。近年来，双面封装结构得到越来越到的关注，因为它能够大幅提高半导体功率器件的散热效率。该封装结构可以使得半导体功率器件内部产生的热量从半导体功率芯片的上表面和下表面两个方向排出。主流的双面封装结构采用金属柱互连，金属柱互连具有以下特点：金属柱的载流能力强允许通过较大的电流，但在模块中各材料热膨胀系数不匹配会导致芯片上产生较大的热应力，从而导致模块失效；芯片上下表面需要额外的金属化处理。

为了使芯片上下表面能够与金属互连，需要在其表面镀上金属镀层。金属氧化半导体场效应管(MOSFET)芯片上表面存在源极和栅极，绝缘栅双极性晶体管(IGBT)芯片上表面存在发射极和门极，源极和栅极、发射极和门极之间彼此绝缘。金属镀层的面积与栅极的大小有关，栅极尺寸越大镀层面积越小，则用于连接的金属柱的尺寸越小，金属柱的尺寸减小会减小允许通过电流的大小并且会一定程度增加操作的难度。当芯片的栅极不位于芯片的角落时，为了尽可能的增加其允许通过的电流值就需要设计加工形状结构较为复杂的金属柱，一方面增加了操作的难度，另一方面也会增加成本。

在多芯片并联且芯片之间独立控制的模块中需要使用多个金属柱实现双面结构，然而在多点焊时不能保证每一焊点都同时冷却，即使使用相同的材质和焊料，在焊点凝固时会产生一个向下的收缩力，但是每个焊点不是同时凝固，这就会导致焊点先凝固的区域会先受到收缩力而向下偏移，且在其他焊点凝固时会受到到已凝固焊点的阻碍作用使其向下的偏移量减小，最终导致上下直接覆铜基板(DBC)之间产生一定角度的偏差。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出可用于双面散热/平面型电子器件与模块的封装的新型铜柱垫块技术方案，实现应力缓冲且各向异性导电。为此，本发明采取的技术方案是，具有应力缓冲且各向异性导电的铜柱垫块制作方法，将若干直径为0.3～0.5mm的绝缘铜丝置入圆形或方形半开模具中，将绝缘铜丝放入模具中时，要使绝缘铜丝超出模具前后端面一段长度，超出模具前端面的长度要大于等于模具自身的长度；当置入的绝缘铜丝充满模具时，将半开的模具合上，将超出模具前端面的绝缘铜丝置入聚合物胶粘剂中，使绝缘铜丝表面及每两根绝缘铜丝间隔中均附有胶粘剂；然后抓住超出模具后端面的绝缘铜丝向后抽拉直至附有胶粘剂的绝缘铜丝位与模具内；将模具及其内的绝缘铜丝加热至80～100℃，保温24小时，最后将绝缘铜丝加工成所需的高度。

芯片焊接在下覆铜基板上、所述铜柱垫块焊接在芯片上表面上，上覆铜基板与铜柱垫块的另一面焊接连接，形成双面散热模块结构。

具有应力缓冲且各向异性导电的铜柱垫块，由若干直径为0.3～0.5mm的绝缘铜丝构成，绝缘铜丝表面及每两根绝缘铜丝间隔中均附有胶粘剂，绝缘铜丝在径向方向相互固接在一起，固接后总体成柱状。

本发明的特点及有益效果是：

(1)用铜柱垫块替代双面模块中的金属柱时，铜线较金属柱具有良好的柔韧性，能够有效地降低芯片上的应力从而增加模块的可靠性。