一种功率模块封装结构及其制造方法与流程

本技术涉及功率半导体封装，尤其是涉及一种功率模块封装结构及其制造方法。

背景技术：

1、随着功率电子设备朝着小型化、高功率密度的方向快速发展，为有效节省pcb板的占板面积，半导体封装形式逐步从传统的单管封装向模块封装演进，以节省pcb占板面积。

2、目前行业内主流的功率器件仍以dfn（双列扁平无引脚）单管封装为主，该类封装结构为单颗mos芯片通过焊料焊接于引线框架，芯片正面电极通过键合线或简易金属连接件与引脚实现电连接，整体采用塑封料包裹防护，仅暴露框架底部与引脚外侧，器件的散热完全依托底部与pcb板的贴合实现，电路连接也需通过pcb板完成多器件的组合拓展。

3、现有方案虽尝试开发多芯片集成的功率模块封装，但仅简单将多颗mos芯片集成于同一引线框架，整体仍沿用单管封装的设计思路。方案在实际应用中存在诸多技术瓶颈，难以满足高集成、高可靠性、高性能的应用需求：其一，集成度低，单个mos独立封装，需多颗组合实现复杂拓扑；其二，pcb布局引入高走线寄生电感，容易引起震荡，电压尖峰高；其三，通过pcb进行散热，散热效率低；其四，无法实时监控芯片温度，有过热烧毁风险；其五，需要在pcb上增加额外的电流采样电阻来监控电流大小，pcb走线设计整体复杂度高。

4、针对上述中的相关技术，需要一种对封装结构、互连方式、散热设计及功能集成进行系统性优化方案。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术提供一种功率模块封装结构及其制造方法。

2、第一方面，本技术提供的一种功率模块封装结构采用如下的技术方案：

3、一种功率模块封装结构，包括引线框架、半导体器件、铜夹片结构以及塑封体；引线框架包括多个金属基岛和多个引脚；半导体器件设置在引线框架的正面，通过焊料焊接于金属基岛上，包括多颗mos芯片、至少一个ntc热敏电阻和至少一个电流采样电阻；多颗mos芯片构成功率拓扑回路，ntc热敏电阻用于检测模块内部温度，电流采样电阻串联于功率拓扑回路中；铜夹片结构设置在mos芯片的正面，用于将mos芯片与引线框架的对应引脚或相邻芯片进行电气连接；塑封体设置在引线框架的正面，用于包覆半导体器件，并开设有供引线框架引脚伸出的通孔；其中，引线框架的背面用于散热，引线框架的引脚为鸥翼形引脚，且鸥翼形引脚在伸出塑封体后的侧面具有凹槽结构。

4、通过采用上述技术方案，将多颗mos芯片、ntc热敏电阻及电流采样电阻集成于同一封装，提升了集成度，减少了pcb占板面积；铜夹片结构替代传统键合线，可降低寄生电感与导通损耗，抑制电压尖峰与震荡；引线框架正面器件与背面散热结构配合，提升了散热效率；ntc热敏电阻与电流采样电阻实现温度与电流实时监控，可降低芯片过热烧毁风险；鸥翼形引脚的凹槽结构能满足车规aoi检测要求，整体简化pcb走线设计。

5、可选的，鸥翼形引脚在塑封体的外侧朝向塑封体的正面方向弯折，鸥翼形引脚的侧面的凹槽结构表面设置有镀锡层，以形成可浸润侧边缘。

6、通过采用上述技术方案，引脚弯折设计使贴片时散热面朝上，配合顶部散热结构可进一步优化散热效果；凹槽结构保留镀锡形成可浸润侧边缘，可确保aoi检测时能准确识别焊接质量，满足车规级可靠性要求。

7、可选的，多个金属基岛包括第一金属基岛、第二金属基岛和第三金属基岛；第二金属基岛位于引线框架的中部，构成源极汇流极，第一金属基岛位于第二金属基岛的两侧，用于承载多颗mos芯片和漏极引出，第三金属基岛位于引线框架的端部，用于模块负极的功率引出。

8、通过采用上述技术方案，金属基岛的分区设计可实现功能差异化布局，源极汇流极集中承载主电流，可优化电流路径，减少寄生参数；合理的布局使漏极引出、负极引出互不干扰，提升了模块电气性能稳定性。

9、可选的，铜夹片结构包括源极铜夹片和栅极铜夹片；源极铜夹片连接mos芯片的源极区域，用于承载主功率电流并传导热量，栅极铜夹片连接mos芯片的栅极区域与对应的栅极引脚。

10、通过采用上述技术方案，源极铜夹片兼顾电流传输与散热功能，提升主功率回路的载流能力与热传导效率；栅极铜夹片实现栅极信号的传输，保障了mos芯片开关控制的可靠性。

11、可选的，源极铜夹片包括第一铜夹片和第二铜夹片，多颗mos芯片分为上桥臂组和下桥臂组，上桥臂组的各mos芯片与下桥臂组中对应相的mos芯片一一对应连接，且均包括栅极、源极和漏极，上桥臂组的mos芯片的源极与下桥臂组的mos芯片的漏极通过第一铜夹片连接，下桥臂组的mos芯片的源极与第二金属基岛通过第二铜夹片汇流连接。

12、通过采用上述技术方案，源极铜夹片实现上、下桥臂mos芯片的准确连接与源极汇流，构建了完整的全桥拓扑回路；汇流设计可缩短电流路径，进一步降低寄生电感与损耗，提升模块开关性能。

13、可选的，电流采样电阻跨接于第二金属基岛与第三金属基岛之间，串联在下桥臂组的源极汇流极与模块负极之间。

14、通过采用上述技术方案，电流采样电阻串联于主功率回路关键节点，可准确采集回路电流，无需额外在pcb上设置采样电阻，减小了pcb占板面积，同时简化了电路设计。

15、可选的，上桥臂组的mos芯片为四端器件，还包括驱动源极，铜夹片结构还包括驱动源极铜夹片，驱动源极通过驱动源极铜夹片引出。

16、通过采用上述技术方案，四端mos芯片的驱动源极独立引出，可避免驱动回路与主功率回路相互干扰，提升驱动信号的稳定性与可靠性，优化芯片开关特性。

17、可选的，ntc热敏电阻设置于下桥臂组中相邻mos芯片之间，并连接至一对独立的温度信号引脚，ntc热敏电阻与电流采样电阻通过第一金属基岛间隔设置。

18、通过采用上述技术方案，ntc热敏电阻贴近mos芯片布置，温度检测更精准，独立引脚确保温度信号无干扰传输；与电流采样电阻的间隔设计可降低相互影响，保障各自功能稳定实现。

19、可选的，半导体器件通过焊料焊接于引线框架上，引线框架的材料包括铜或铜合金，引线框架的表面局部设置有镀银层或镀镍层。

20、通过采用上述技术方案，铜或铜合金材质的引线框架具备优异的导电与导热性能；局部镀银或镀镍处理可提升焊接可靠性与抗氧化能力，延长模块使用寿命。

21、第二方面，本技术提供的一种功率模块封装结构的制造方法采用如下的技术方案：

22、一种功率模块封装结构的制造方法，应用于第一方面任一方案所述的功率模块封装结构，包括以下步骤：s1、提供引线框架，并印刷焊料；s2、将多颗mos芯片、ntc热敏电阻、电流采样电阻贴装至引线框架的正面的预设位置；s3、在mos芯片表面印刷焊料，并放置铜夹片结构；s4、进行回流焊接，形成电气与机械连接；s5、进行塑封，形成塑封体；s6、对引脚进行电镀、切筋成型，并在切筋过程中在引脚侧面形成凹槽结构。

23、通过采用上述技术方案，提供了适配多合一功率模块封装的标准化、可量产制造流程，步骤清晰可控，与传统功率半导体封装工艺兼容性强，易实现产业化落地；回流焊接工艺确保多颗mos芯片、ntc热敏电阻、电流采样电阻与引线框架，以及铜夹片与mos芯片之间的电气和机械双重可靠连接，保障模块电气性能稳定性；在引脚切筋成型工序中同步形成侧面凹槽结构，无需增设额外加工工序，提升了生产效率，同时保证凹槽结构的成型一致性，为后续引脚保留镀锡、形成可浸润侧边缘奠定工艺基础，适配车规aoi检测要求。

24、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

25、1.集成度高且布局合理，集成多颗mos芯片、ntc热敏电阻及电流采样电阻，构建完整功率拓扑，减少了pcb占板面积与走线复杂度，降低了寄生电感，提升了电气性能；

26、2.散热与可靠性优异，采用铜夹片结构与双侧散热设计，提升热传导效率，鸥翼形引脚满足车规aoi检测要求，镀覆处理增强了抗氧化能力，可延长使用寿命；

27、3.功能全面且适配性强，实现温度与电流实时监控，降低芯片过热与过流风险，支持四端mos芯片驱动，适配电机驱动等多种功率电子应用场景，满足高功率密度需求。