TWM641068U - Power module - Google Patents
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Abstract
Description
本揭露的一些實施方式是關於功率模組。Some embodiments of the present disclosure relate to power modules.
功率模組為包含多個功率元件(例如半導體晶片)的封裝體。功率元件可設置在基板上,且藉由走線將功率元件上的電極連接至特定終端。功率模組的應用常見於車用系統中,舉例而言,功率模組可用於馬達驅動器、變頻器、轉換器、電源供應器等組件。A power module is a package including a plurality of power components (such as semiconductor chips). The power element can be arranged on the substrate, and the electrodes on the power element can be connected to a specific terminal by wiring. The application of power modules is common in automotive systems. For example, power modules can be used in components such as motor drives, inverters, converters, and power supplies.
本揭露的一些實施方式提供一種功率模組,包含基板、第一晶片、陶瓷層、散熱層與封裝膠。基板包含走線層。第一晶片位於基板的走線層上,且電性連接基板的走線層,其中第一晶片包含源極、閘極與汲極。陶瓷層位於第一晶片上,陶瓷層包含第一面與第二面,第一面與第二面相對且第一面面對第一晶片。散熱層位於陶瓷層的第二面。封裝膠覆蓋基板與陶瓷層,且散熱層的上表面裸露於封裝膠外。Some embodiments of the present disclosure provide a power module, including a substrate, a first chip, a ceramic layer, a heat dissipation layer, and an encapsulant. The substrate contains wiring layers. The first chip is located on the wiring layer of the substrate and is electrically connected to the wiring layer of the substrate, wherein the first chip includes a source, a gate and a drain. The ceramic layer is located on the first wafer, and the ceramic layer includes a first surface and a second surface, the first surface is opposite to the second surface and the first surface faces the first wafer. The heat dissipation layer is located on the second surface of the ceramic layer. The encapsulation glue covers the substrate and the ceramic layer, and the upper surface of the heat dissipation layer is exposed outside the encapsulation glue.
在一些實施方式中,散熱層的上表面與封裝膠的上表面齊平。In some embodiments, the upper surface of the heat dissipation layer is flush with the upper surface of the encapsulant.
在一些實施方式中,功率模組更包含導體層與連接體。導體層位於陶瓷層的第一面上。連接體位於導體層與基板的走線層之間。In some embodiments, the power module further includes a conductor layer and a connecting body. The conductor layer is located on the first surface of the ceramic layer. The connecting body is located between the conductor layer and the wiring layer of the substrate.
在一些實施方式中,封裝膠包覆連接體。In some implementations, the encapsulant covers the connecting body.
在一些實施方式中,走線層包含源極圖案、閘極圖案與汲極圖案。第一晶片的源極電性連接源極圖案。閘極圖案相鄰於源極圖案且與源極圖案分隔,其中第一晶片的閘極電性連接閘極圖案。汲極圖案相鄰於源極圖案且與源極圖案分隔,其中第一晶片的汲極電性連接汲極圖案。In some embodiments, the wiring layer includes a source pattern, a gate pattern and a drain pattern. The source of the first wafer is electrically connected to the source pattern. The gate pattern is adjacent to and separated from the source pattern, wherein the gate of the first wafer is electrically connected to the gate pattern. The drain pattern is adjacent to and separated from the source pattern, wherein the drain of the first wafer is electrically connected to the drain pattern.
在一些實施方式中,功率模組更包含第二晶片,電性連接閘極圖案。In some embodiments, the power module further includes a second chip electrically connected to the gate pattern.
在一些實施方式中,功率模組更包含導體層與連接體。導體層位於陶瓷層的第一面上。連接體位於導體層與基板的走線層之間,導體層與連接體電性連接第一晶片的汲極與汲極圖案。In some embodiments, the power module further includes a conductor layer and a connecting body. The conductor layer is located on the first surface of the ceramic layer. The connecting body is located between the conductor layer and the wiring layer of the substrate, and the conductor layer and the connecting body are electrically connected to the drain and the drain pattern of the first chip.
在一些實施方式中,功率模組更包含黏合層,電性連接第一晶片與導體層。In some embodiments, the power module further includes an adhesive layer electrically connecting the first chip and the conductor layer.
在一些實施方式中,陶瓷層的厚度在0.2毫米至2毫米之間。In some embodiments, the thickness of the ceramic layer is between 0.2 mm and 2 mm.
在一些實施方式中,散熱層的側壁被封裝膠包圍。In some embodiments, the sidewall of the heat dissipation layer is surrounded by encapsulant.
本揭露的一些實施方式的功率模組可同時具有良好的散熱效果與適當的爬電距離。具體而言,可在功率模組的晶片上放置陶瓷層,並在陶瓷層上放置散熱層。陶瓷層與散熱層皆具有良好的散熱效果。此外,也可透過控制陶瓷層的厚度而使得功率模組具有適當的爬電距離。The power module according to some embodiments of the present disclosure can have good heat dissipation effect and proper creepage distance at the same time. Specifically, a ceramic layer can be placed on the chip of the power module, and a heat dissipation layer can be placed on the ceramic layer. Both the ceramic layer and the heat dissipation layer have good heat dissipation effects. In addition, the power module can also have an appropriate creepage distance by controlling the thickness of the ceramic layer.
本揭露的一些實施方式的功率模組可同時具有良好的散熱效果與適當的爬電距離。具體而言,可在功率模組的晶片上放置陶瓷層,並在陶瓷層上放置散熱層。陶瓷層與散熱層皆具有良好的散熱效果。此外,也可透過控制陶瓷層的厚度而使得功率模組具有適當的爬電距離。The power module according to some embodiments of the present disclosure can have good heat dissipation effect and proper creepage distance at the same time. Specifically, a ceramic layer can be placed on the chip of the power module, and a heat dissipation layer can be placed on the ceramic layer. Both the ceramic layer and the heat dissipation layer have good heat dissipation effects. In addition, the power module can also have an appropriate creepage distance by controlling the thickness of the ceramic layer.
第1圖繪示本揭露的一些實施方式的功率模組100的側視圖。功率模組100包含基板110、第一晶片120、陶瓷層130、散熱層140與封裝膠150。FIG. 1 shows a side view of a
基板110上具有走線層112與走線層114。在一些實施方式中,基板110、走線層112與走線層114可為印刷電路板,且走線層112與走線層114分別為位於基板110相對兩側的走線。在一些實施方式中,基板110可由例如塑料材料、環氧材料、複合材料、FR-4材料或陶瓷材料製成。在一些實施方式中,走線層112與走線層114可互相連通。走線層112包含源極圖案112S、閘極圖案112G與汲極圖案112D,且可用於提供放置在基板110上方的晶片與外部組件之間的電性連接。閘極圖案112G與汲極圖案112D可分別位於源極圖案112S兩側。閘極圖案112G相鄰於源極圖案112S且與源極圖案112S分隔,汲極圖案112D相鄰於源極圖案112S且與源極圖案112S分隔。亦即,源極圖案112S位於閘極圖案112G與汲極圖案112D之間,且源極圖案112S、閘極圖案112G與汲極圖案112D互相電性隔離。The
第一晶片120位於基板110的走線層112上,且電性連接基板110的走線層112。在一些實施方式中,第一晶片120可為碳化矽晶片或金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)晶片。第一晶片120包含半導體層121、源極122、閘極124與汲極126。在一些實施方式中,源極122與閘極124可位於半導體層121的一側,而汲極126可位於半導體層121的另一側。源極122與閘極124可朝著基板110,而汲極126則可遠離基板110。第一晶片120的源極122電性連接源極圖案112S。第一晶片120的閘極124電性連接閘極圖案112G。第一晶片120的汲極126電性連接汲極圖案112D。在一些實施方式中,第一晶片120的汲極126與汲極圖案112D可藉由後文提到的導體層162與連接體164電性連接。The
陶瓷層130位於第一晶片120上。陶瓷層130可由Al
2O
3或Si
3N
4製成。陶瓷層130包含第一面132與第二面134,第一面132與第二面134相對且第一面132面對第一晶片120。陶瓷層130具有良好的導熱性,因此在功率模組100的第一晶片120運作時,可將第一晶片120散發出的熱往上傳送出功率模組100,以降低功率模組100的第一晶片120運作時的溫度並提高功率模組100的穩定性。此外,陶瓷層130亦具有良好的絕緣特性,因此可藉由決定陶瓷層130的厚度T來決定散熱層140與後文所述的導體層162之間的爬電距離,使得在特定施加電壓下,功率模組100可安全地運作。陶瓷層130的厚度T可隨著功率模組100的施加電壓進行調整。在一些實施方式中,陶瓷層130的厚度T在0.2毫米至2毫米之間。
The
散熱層140位於陶瓷層130的第二面134。亦即,陶瓷層130位於散熱層140與第一晶片120之間。散熱層140可由具有良好的導熱性的材料製成,在一些實施方式中,散熱層140可由金屬(例如銅、鋁或銀)製成。在其他實施方式中,散熱層140的材料還可包含陶瓷、石墨烯(graphene)、石墨(graphite)、奈米碳管(carbon nanotube,CNT)、奈米碳球(carbon nanoball)、或其組合。散熱層140可用於將被傳送至陶瓷層130的熱進一步往上傳送出功率模組100,以降低功率模組100的第一晶片120運作時的溫度並提高功率模組100的穩定性。The
封裝膠150覆蓋基板110、走線層112與陶瓷層130,且散熱層140的上表面142裸露於封裝膠150外。亦即,散熱層140的上表面142不被封裝膠150覆蓋,因此從第一晶片120往散熱層140散發的熱可更容易散發至功率模組100外,使得功率模組100的第一晶片120運作時的溫度可進一步地被降低並提高功率模組100的穩定性。封裝膠150可提供機械穩定性及抵抗氧化、濕度及其它環境條件的保護。在一些實施方式中,封裝膠150可由一封裝材料(molding material)形成。該封裝材料可包括酸醛基樹脂(novolac-based resin)、環氧基樹脂(epoxy-based resin)、矽基樹脂(silicone-based resin)或其它適當的包覆劑。該封裝材料亦可包括適當的填充劑(filler),例如是粉狀的二氧化矽。該封裝材料可以是預浸漬材料(pre-impregnated material),例如是預浸漬介電材料。在一些實施方式中,散熱層140的上表面142與封裝膠150的上表面152齊平,且散熱層140的側壁144被封裝膠150包圍。The
功率模組100更包含導體層162與連接體164。導體層162位於陶瓷層130的第一面132上。連接體164位於導體層162與基板110的走線層112之間。導體層162與連接體164電性連接第一晶片120與走線層112,且封裝膠150包覆連接體164。在一些實施方式中,導體層162與連接體164電性連接第一晶片120的汲極126與汲極圖案112D。在一些實施方式中,導體層162與連接體164可由金屬製成,例如銅。The
功率模組100更包含第二晶片170,第二晶片170電性連接閘極圖案112G。第二晶片170可為驅動晶片以驅動第一晶片120。The
功率模組100更可包含黏合層182、184、186、188與189。黏合層182電性連接第一晶片120與導體層162。黏合層184與186電性連接第一晶片120與走線層112。舉例而言,黏合層184電性連接第一晶片120的閘極124與走線層112的閘極圖案112G。黏合層186電性連接第一晶片120的源極122與走線層112的源極圖案112S。黏合層188電性連接連接體164與走線層112的汲極圖案112D。黏合層189電性連接第二晶片170與走線層112的閘極圖案112G。在一些實施方式中,黏合層182、184、186、188與189可由導體製成,例如銀燒結、焊錫或類似者。The
第2圖至第9圖繪示本揭露的一些實施方式中的功率模組100的製程的示意圖。參考第2圖,提供一陶瓷層130。陶瓷層130包含第一面132與第二面134,且第一面132與第二面134彼此相對。在陶瓷層130的第一面132上形成導體層162,並在導體層162上形成連接體164。連接體164可具有任何適合的形狀,在一些實施方式中,連接體164可為球狀、片狀等。在陶瓷層130的第二面134上形成散熱層140。散熱層140與導體層162藉由陶瓷層130電性隔離。FIG. 2 to FIG. 9 are schematic diagrams illustrating the manufacturing process of the
參考第3圖,在導體層162上形成黏合層182。接著,參考第4圖,在黏合層182上放置第一晶片120。第一晶片120的汲極126面向陶瓷層130並接觸黏合層182。第一晶片120的源極122與閘極124遠離陶瓷層130。亦即,黏合層182連接導體層162與第一晶片120的汲極126。Referring to FIG. 3 , an
參考第5圖,提供一基板110,基板110包含在基板110兩側的走線層112與走線層114。走線層112包含源極圖案112S、閘極圖案112G與汲極圖案112D。接著,在基板110的走線層112上形成黏合層184、186、188與189。具體而言,可在源極圖案112S上形成黏合層186,在閘極圖案112G上形成黏合層184與189,在汲極圖案112D上形成黏合層188,且源極圖案112S上的黏合層186、閘極圖案112G上的黏合層184與189、汲極圖案112D上的黏合層188彼此間皆不接觸。Referring to FIG. 5 , a
參考第6圖,將第二晶片170放置在基板110上。第二晶片170被放置在黏合層189上,由於黏合層189也接觸閘極圖案112G,因此第二晶片170也電性連接閘極圖案112G。第二晶片170的數量可根據不同情況而設置,在一些實施方式中,第二晶片170的數量可為2,如第6圖所示。Referring to FIG. 6 , a
參考第7圖,翻轉陶瓷層130,以將第一晶片120放置於基板110上。第一晶片120的閘極124接觸閘極圖案112G上的黏合層184,第一晶片120的源極122接觸源極圖案112S上的黏合層186,且連接體164接觸汲極圖案112D上的黏合層184。因此,第一晶片120的閘極124電性連接閘極圖案112G,第一晶片120的源極122電性連接源極圖案112S,且第一晶片120的汲極126藉由黏合層182、導體層162與連接體164電性連接汲極圖案112D。Referring to FIG. 7 , the
參考第8圖,在基板110、陶瓷層130、散熱層140上形成封裝膠150。封裝膠150覆蓋基板110、陶瓷層130、散熱層140、第二晶片170,並包覆第一晶片120與連接體164。此時,封裝膠150的上表面152高於散熱層140的上表面142。Referring to FIG. 8 , an
參考第9圖,研磨封裝膠150的上表面152,使得封裝膠150的上表面152與散熱層140的上表面142齊平。封裝膠150可透過平坦化(planarization)製程研磨,平坦化製程可包括機械研磨、化學機械研磨或其他適合的製程及其組合。散熱層140的上表面142便可在封裝膠150裸露出。如此一來,便可形成功率模組100。Referring to FIG. 9 , the
綜上所述,功率模組的陶瓷層可同時用於散熱與控制爬電距離。具體而言,陶瓷層與在陶瓷層上方的散熱層具有良好的散熱能力,且散熱層未被封裝膠覆蓋,因此在運作時的第一晶片所散發出的熱可往陶瓷層與散熱層傳送,而被散發至功率模組外。如此一來,可降低運作時的第一晶片的溫度以增加功率模組的穩定性。此外,也可利用調整陶瓷層的厚度來控制散熱層與導體層之間的爬電距離,使得在特定施加電壓下,功率模組可安全地運作。To sum up, the ceramic layer of the power module can be used for heat dissipation and control of creepage distance at the same time. Specifically, the ceramic layer and the heat dissipation layer above the ceramic layer have good heat dissipation capabilities, and the heat dissipation layer is not covered by the encapsulant, so the heat emitted by the first chip during operation can be transferred to the ceramic layer and the heat dissipation layer. , and is distributed outside the power module. In this way, the temperature of the first chip during operation can be reduced to increase the stability of the power module. In addition, the thickness of the ceramic layer can also be adjusted to control the creepage distance between the heat dissipation layer and the conductor layer, so that the power module can operate safely under a specific applied voltage.
以上所述僅為本揭露之部分實施方式,不是全部之實施方式,本領域普通技術人員通過閱讀本揭露的說明書而對本揭露技術方案採取之任何等效之變化,均為本揭露之專利範圍所涵蓋。The above are only some of the implementations of the disclosure, not all of the implementations. Any equivalent changes to the technical solution of the disclosure adopted by those of ordinary skill in the art by reading the description of the disclosure are covered by the patent scope of the disclosure. cover.
100:功率模組
110:基板
112:走線層
112D:汲極圖案
112G:閘極圖案
112S:源極圖案
114:走線層
120:第一晶片
121:半導體層
122:源極
124:閘極
126:汲極
130:陶瓷層
132:第一面
134:第二面
140:散熱層
142、152:上表面
144:側壁
150:封裝膠
162:導體層
164:連接體
170:第二晶片
182、184、186、188、189:黏合層
T:厚度
100: Power module
110: Substrate
112:
第1圖繪示本揭露的一些實施方式的功率模組的側視圖。 第2圖至第9圖繪示本揭露的一些實施方式中的功率模組的製程的示意圖。 FIG. 1 shows a side view of a power module according to some embodiments of the present disclosure. FIG. 2 to FIG. 9 are schematic diagrams illustrating the manufacturing process of the power module in some embodiments of the present disclosure.
100:功率模組 100: Power module
110:基板 110: Substrate
112:走線層 112:Wiring layer
112D:汲極圖案 112D: drain pattern
112G:閘極圖案 112G: gate pattern
112S:源極圖案 112S: source pattern
114:走線層 114:Wiring layer
120:第一晶片 120: first chip
121:半導體層 121: semiconductor layer
122:源極 122: source
124:閘極 124: Gate
126:汲極 126: drain
130:陶瓷層 130: ceramic layer
132:第一面 132: The first side
134:第二面 134: second side
140:散熱層 140: heat dissipation layer
142、152:上表面 142, 152: upper surface
144:側壁 144: side wall
150:封裝膠 150: encapsulation glue
162:導體層 162: conductor layer
164:連接體 164: Connector
170:第二晶片 170: second chip
182、184、186、188、189:黏合層 182, 184, 186, 188, 189: adhesive layer
T:厚度 T: Thickness
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW112200637U TWM641068U (en) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | Power module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW112200637U TWM641068U (en) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | Power module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TWM641068U true TWM641068U (en) | 2023-05-11 |
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ID=87382989
Family Applications (1)
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TW112200637U TWM641068U (en) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | Power module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
TW (1) | TWM641068U (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI838090B (en) * | 2023-01-17 | 2024-04-01 | 能創半導體股份有限公司 | Power module |
-
2023
- 2023-01-17 TW TW112200637U patent/TWM641068U/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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TWI838090B (en) * | 2023-01-17 | 2024-04-01 | 能創半導體股份有限公司 | Power module |
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