[发明专利]基于压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法

摘要

本发明公开了一种基于压接互连工艺和混合封装技术的电力电子集成模块的制备方法，首次提出铍青铜弹簧压接互连工艺的原理以及采用该工艺设计制造电力电子集成模块的封装步骤。铍青铜压接互连工艺主要原理是通过铍青铜制作的特定形状和弹性的弹簧与绝缘栅双极性晶体管(IGBT)和快恢复二极管(FRED)管芯实现互连。铍青铜弹簧既提供足够大的压接力，同时又承担导电的功能。该工艺替代了商用模块中广泛采用的铝丝互连工艺，因此可以提高模块的长期可靠性。本说明书不仅阐述了铍青铜压接互连工艺的原理，而且还介绍了采用该工艺实现的一个半桥型电力电子集成模块，包括其封装步骤、模块的结构及实验结果。

主权项

1.一种基于混合封装工艺和压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法，采用铍青铜弹簧压接方式替代常规的铝丝键合工艺，并结合混合封装工艺实现制备多芯片电力电子集成模块，并在模块内部集成驱动和保护电路；其特征在于，该方法包括下列步骤：1)将Al2O3或AlN敷铜陶瓷板腐蚀电路图形，然后把绝缘栅双极性晶体管和快恢复二极管的管芯通过回流焊工艺焊接到敷铜陶瓷板上；2)通过回流焊工艺将敷铜陶瓷板与铜基板焊接在一起，构成模块的功率基板，绝缘栅双极性晶体管管芯的控制电极即栅极和发射极通过铝丝键合工艺从硅片上引出；3)在每个绝缘栅双极性晶体管管芯的发射极键合区和每个快恢复二极管管芯的阳极键合区内放置特定大小0.8mm厚的铜过渡块，并在定压状态下，用硅橡胶将铜过渡块与硅片表面进行粘接；4)采用0.15mm铍青铜带在常温下进行压接弹簧预成形，然后对其进行2个小时的人工时效处理，使其具有优良的弹性和抗疲劳特性，最后在弹簧表面镀金；5)采用无氧铜和线切割工艺制作模块特定形状的引出电极，并在表面进行镀镍，绝缘栅双极性晶体管管芯的集电极引出电极直接焊接到敷铜陶瓷板上，发射极引出电极用于焊接铍青铜弹簧；6)采用足够厚度和刚度的环氧印刷电路板，在其一面制作驱动保护电路，印刷板的另一面用硅橡胶将绝缘栅双极性晶体管管芯发射极引出电极与之粘接固定；7)在模块的功率基板上安装热压成型的压接支撑外壳和固定螺栓，在壳体内装入印刷电路板，并用螺母将印刷电路板上的弹簧压接到硅片表面的铜过渡块上，弹簧用于提供足够大的压接力和实现导电的功能，形变量由支撑壳体进行限定和保证；8)在模块内填充硅凝胶保护，并将模块封盖即成。