本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm的结构及加工工艺。
背景技术：
智能功率模块ipm(intelligentpowermodule)，将驱动电路和功率半导体器件集成在一个封装中，相比igbt(insulatedgatebipolartransistor)功率模块，体积和重量进一步减小，集成度与稳定性不断提高，广泛应用在电机驱动和各种开关电源领域。随着模块高效化、小型化和轻量化的发展需求，导致其功率密度越来越大，局部发热现象非常严重。如果模块内部产生的热量不能及时散掉，会严重影响ipm的电性能，最终导致模块失效。因此，大功率ipm模块的热管理已经成为其发展的重要问题。石墨烯作为一种优异的横向高导热材料，应用在大功率半导体模块中可以改善散热，由于石墨烯材料的纵向热导率较低，应用在封装结构的不同位置上会带来不同的散热效果，因此选择合适的封装结构设计方案，从而降低模块内部的局部热点温度，对于提升模块使用寿命有着重要的研究价值。
中国专利201910188506.2中将氧化还原法制备的石墨烯薄膜和单层石墨烯分别用在了上下覆铜陶瓷基板的上铜层表面，虽然可以带来一定的散热效果，但氧化还原法制备的石墨烯薄膜与铜层表面贴合程度不理想，外加粘合胶影响石墨烯材料高热导率的发挥，而单层石墨烯虽然横向热导率较高，但热容量较小，整体散热增强效果不够明显。本发明在此专利基础上优化石墨烯薄膜几何尺寸和应用位置的选择，针对大功率ipm模块，给出更为理想的封装结构设计方案和工艺。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm的结构及加工工艺，采用上下双封装衬板，通过功率半导体器件和驱动芯片倒装的封装形式，将热量从大功率ipm的芯片通过上下两条热传导路径散发，降低芯片上的局部热点温度，同时将高热导率的多层石墨烯薄膜作为散热材料用于ipm模块的覆铜陶瓷(directbondedcopper,dbc)衬板的绝缘层表面和衬板底面，减小大功率ipm从芯片到环境的整体热阻，从而提升模块散热性能和工作稳定性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm结构，其包括：外围的散热器和位于散热器内部的驱动芯片、第一石墨烯基封装衬板、第二石墨烯基封装衬板；其特征在于，所述第一石墨烯基封装衬板是在第一覆铜陶瓷衬板的绝缘层表面和衬板底面用化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜得到，所述第二石墨烯基封装衬板是在第二覆铜陶瓷衬板的底面用化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜得到；所述第一石墨烯基封装衬板的底面朝上通过导热硅脂层与散热器的上水冷板下表面紧密接触，第二石墨烯基封装衬板的底面朝下通过导热硅脂层紧贴散热器的下水冷板上表面；
所述驱动芯片位于第一石墨烯基封装衬板和第二石墨烯基封装衬板之间，驱动芯片的正面通过焊料层倒装连接到第二石墨烯基封装衬板上铜层的上表面；
在第一石墨烯基封装衬板和第二石墨烯基封装衬板之间还包括：多个igbt芯片、多个快恢复二极管芯片以及多个导电铜柱，驱动芯片、igbt芯片、快恢复二极管芯片的正面以及导电铜柱的下表面通过焊料层连接到第二石墨烯基封装衬板上铜层的上表面，igbt芯片、快恢复二极管芯片的背面以及导电铜柱的上表面通过焊料层连接到第一石墨烯基封装衬板上铜层的上表面。
具体的，在第一覆铜陶瓷衬板的绝缘层表面生长的多层石墨烯薄膜，厚度为8～10μm。在第一覆铜陶瓷衬板和第二覆铜陶瓷衬板的衬板底面生长的多层石墨烯薄膜，厚度为1～3μm。
具体的，本发明中，1个igbt芯片和1个快恢复二极管芯片为一组；每组芯片中igbt芯片的发射极和快恢复二极管芯片的阳极相连接，igbt芯片的集电极和快恢复二极管芯片的阴极相连接，igbt芯片的栅极通过第二石墨烯基封装衬板上铜层制作的线路连接到驱动芯片的栅极控制端；每组芯片的背面电极分别通过第一石墨烯基封装衬板上制作的线路连接到导电铜柱，再通过第二石墨烯基封装衬板上制作的线路与芯片电极引出端相连接，实现电路需求；
第一覆铜陶瓷衬板的绝缘层表面，在上铜层以外的所有区域均设计为石墨烯生长区域，且该石墨烯生长区域使得不同组的芯片之间相互绝缘；第一覆铜陶瓷衬板底面区域全部生长多层石墨烯薄膜；第二覆铜陶瓷衬板的底面区域全部生长多层石墨烯薄膜。
具体的，在第二石墨烯基封装衬板上铜层和第一石墨烯基封装衬板上铜层中均制作有与芯片电极相连通的引出端，所有芯片电极的引出端通过焊料加装在引线框架上。
具体的，采用塑料外壳将包括第一石墨烯基封装衬板和第二石墨烯基封装衬板在内及两者之间的所有元件封装，塑料外壳内部采用封装树脂灌封。
具体的，所述散热器为一体式，包括内空的上水冷板和下水冷板，水冷板内制作有多根翅柱，外接水泵推动冷却液体在空腔内从入口到出口之间流动。
一种基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm结构的加工工艺，包括以下步骤：
步骤1、在第一覆铜陶瓷衬板绝缘层上设计的上铜层以外区域表面用化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜，再刻蚀掉设计给不同组芯片之间互连区域的多层石墨烯薄膜；在第一覆铜陶瓷衬板底面用化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜，得到第一石墨烯基封装衬板；
在第二覆铜陶瓷衬板底面用化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜，得到第二石墨烯基封装衬板；
步骤2、在第二石墨烯基封装衬板上涂覆第一焊料层，将驱动芯片、igbt芯片、快恢复二极管芯片和导电铜柱分别贴装在第二石墨烯基封装衬板上铜层上表面对应位置上，使驱动芯片、igbt芯片以及快恢复二极管芯片的正面向下；
步骤3、在igbt芯片和快恢复二极管芯片的背面，以及导电铜柱的上表面涂覆第二焊料层；
步骤4、将第一石墨烯基封装衬板倒置贴装在步骤3得到的结构上，使得第一石墨烯基封装衬板上铜层上表面和第二焊料层贴合；
步骤5、在第二石墨烯基封装衬板上铜层上和第一石墨烯基封装衬板上铜层上均制作有芯片电极引出端，将步骤4得到的结构中包括驱动芯片、igbt芯片和快恢复二极管芯片在内的所有芯片电极的引出端通过焊料加装在引线框架上；1个igbt芯片和1个快恢复二极管芯片为一组；每组芯片中igbt芯片的发射极和快恢复二极管芯片的阳极相连接，igbt芯片的集电极和快恢复二极管芯片的阴极相连接，igbt芯片的栅极通过第二石墨烯基封装衬板上铜层制作的线路连接到驱动芯片的栅极控制端；每组芯片的背面电极分别通过第一石墨烯基封装衬板上制作的线路连接到导电铜柱，再通过第二石墨烯基封装衬板上制作的线路与芯片电极引出端相连接，实现电路需求；第一石墨烯基封装衬板上生长的多层石墨烯薄膜区域保证不同组的芯片之间相互绝缘；
步骤6、将步骤5得到的结构放入回流焊机进行焊接；
步骤7、用塑料外壳将步骤6得到的结构封装起来，除第一石墨烯基封装衬板底面和第二石墨烯基封装衬板底面裸露在塑料外壳表面；在塑料外壳中进行注塑灌封，再将整个结构放在烘箱内加热固化；
步骤8、在散热器的下水冷板上表面涂覆第二导热硅脂层，将步骤7得到的结构贴装在散热器下水冷板上表面对应位置；在散热器上水冷板下表面涂覆第一导热硅脂层，使散热器上水冷板下表面与第一石墨烯基封装衬板的底面紧密接触。
具体的，步骤1中第一覆铜陶瓷衬板绝缘层上生长的多层石墨烯薄膜厚度为8～10μm。步骤1中第一覆铜陶瓷衬板和第二覆铜陶瓷衬板的底面上生长的多层石墨烯薄膜厚度为1～3μm。
本发明具有如下优点：
1、本发明以上、下双基板且芯片倒装的封装形式，将热量从大功率ipm的芯片通过上下两条热传导路径散发，降低芯片上的局部热点温度，对于大功率ipm的高效散热是非常有效的热管理方案。
2、本发明同时在封装衬板的绝缘层表面和衬板底面化学气相沉积生长高热导率的多层石墨烯薄膜，从而减小大功率ipm从芯片到环境的整体热阻，提升散热效率。
附图说明
图1是本发明提出的大功率ipm模块的封装结构示意图。
图2是本发明实施例中igbt芯片和frd芯片的平面布局图。
图3是本发明实施例中第一石墨烯基封装衬板上铜层结构示意图。
图4是本发明实施例中第一石墨烯基封装衬板绝缘层上石墨烯生长区域示意图。
图5是本发明加工工艺步骤4得到的第一石墨烯基封装衬板、第二石墨烯基封装衬板及其内部所有元件组成的结构示意图。
图6是本发明提出的基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm与其它结构方案的散热效果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提出了一种基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm的结构，实施例中总体包括：等数量的igbt(绝缘栅双极型晶体管)芯片和frd(快恢复二极管)芯片、一块驱动芯片、两块石墨烯基封装衬板、焊料层、导电铜柱、塑封外壳、封装树脂、导热硅脂以及散热器。其中，第一石墨烯基封装衬板是在第一dbc衬板的绝缘层表面设计的石墨烯生长区域通过化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜(图示第一多层石墨烯薄膜25)，以及在第一dbc衬板的底面通过化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜(图示第二多层石墨烯薄膜28)得到。第二石墨烯基封装衬板是在第二dbc衬板的底面用化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜(图示第三多层石墨烯薄膜23)得到。
本实施例采用一体式散热器37进行双面散热，参见图1，一体式散热器37包括内空的上水冷板和下水冷板，水冷板内制作有多根翅柱32，翅柱横截面可以是圆形、方形、六边形等，翅柱尺寸和数量由具体使用时的功率耗散情况决定。外接水泵推动冷却液体在空腔内从入口33到出口34之间循环流动。
以结构中包含六组igbt芯片14加frd芯片17的组合为例，图1中驱动芯片13、六块igbt芯片14和六块frd芯片17的正面和四根导电铜柱38的下表面，通过第一焊料层12，贴装在第二石墨烯基封装衬板20的上铜层11的上表面对应位置，由第二石墨烯基封装衬板上铜层11中制作的芯片电极引出端引出。
本实施例中igbt芯片14和frd芯片17的平面布局如图2所示，一块igbt芯片14和一块frd芯片17为一组，共分为六组，分别布局在图中所示的a、b、c、d、e、f区域，各区域横向排列，每个区域中igbt芯片14和frd芯片17纵向排列，六组芯片形成两行六列。其中igbt芯片14和frd芯片17的正面电极朝下，每组分别贴装在第二石墨烯基封装衬板20的上铜层11区域中的对应位置。igbt芯片14和frd芯片17的背面电极朝上，通过第二焊料层15与图3所示的第一石墨烯基封装衬板10的上铜层16的x、y、z、p区域相接触。x、y、z区域的位置分别对应布局在a、b、c区域内的三组芯片，三组芯片的背面电极分别通过第一石墨烯基封装衬板10上制作的线路19连接到导电铜柱38，再通过第二石墨烯基封装衬板20上制作的线路19与同相芯片的正面电极、驱动芯片13的信号控制端，以及芯片电极引出端u、v、w相进行连接，实现电路需求。p区域的位置对应布局在d、e、f区域内的三组芯片，这三组芯片背面电极通过第一石墨烯基封装衬板10的上铜层16连在一起，通过第一石墨烯基封装衬板10上制作的线路19连接到导电铜柱38，再通过第二石墨烯基封装衬板20上制作的线路19与芯片电极引出端p相进行连接，实现电路需求。
第一石墨烯基封装衬板10上制作的线路19和第二石墨烯基封装衬板20上制作的线路19，以及这些芯片电极引出端，都是dbc衬板上铜层上预先刻蚀好的图形，通过刻蚀好的铜层分别与芯片电极相连，后期涂上焊料，跟引线框架对应的位置焊在一起。
采用塑料外壳35将第一石墨烯基封装衬板10、第二石墨烯基封装衬板20以及两者之间的所有元件进行封装，第一石墨烯基封装衬板10的底面裸露在塑料外壳35表面，通过第一导热硅脂层29连接到一体式散热器37的上水冷板下表面30，第二石墨烯基封装衬板20的底面裸露在塑料外壳35表面，通过第二导热硅脂层24连接到一体式散热器37的下水冷板上表面31。塑料外壳35内部采用封装树脂36灌封。
本发明还提出了上述基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm结构的加工工艺，也以结构中包含六组igbt芯片加frd芯片组合为例，具体步骤如下。
步骤1在第一dbc衬板的绝缘层上设计有石墨烯生长区域，即除了与功率芯片相连接的x、y、z、p区域，与导电铜柱38相连接的上铜层16，以及衬板上制作的线路19以外的所有区域，如图4所示。由于第一dbc衬板是与功率芯片的背面相连接，上铜层上的线路结构不复杂，利于在绝缘层上生长石墨烯薄膜，因此选择化学气相沉积法生长8～10μm厚的第一多层石墨烯薄膜25，烘干待用。由于各组芯片分属于电路中不同相，彼此之间需要电绝缘，而石墨烯薄膜是导电材料，因此需要在不同相芯片相连接的区域刻蚀掉一部分多层石墨烯薄膜。然后，在第一dbc衬板的底面，即下铜层底面用化学气相沉积法生长1～3μm厚的第二多层石墨烯薄膜28，烘干待用，得到第一石墨烯基封装衬板10。
由于第二dbc衬板是与功率芯片和驱动芯片的正面相连接，上铜层上的线路结构较为复杂，为避免生长具有导电性的石墨烯薄膜而导致的线路短路，在第二dbc衬板的绝缘层上不生长石墨烯薄膜。仅在第二dbc衬板底面，即下铜层底面用化学气相沉积法生长1～3μm厚的第三多层石墨烯薄膜23，烘干待用，得到第二石墨烯基封装衬板20。
步骤2在第二石墨烯基封装衬板20上铜层11上表面涂覆95～100μm第一焊料层12，将驱动芯片13、igbt芯片14、frd芯片17和导电铜柱38分别贴装在第二石墨烯基封装衬板20上铜层11上表面对应位置。功率芯片平面布局如图2所示，1块igbt芯片14和1块frd芯片为1组，该实施例中芯片共分为6组，一组一列，6组芯片横行排列为2行6列。驱动芯片13、igbt芯片14和frd芯片17均正面向下。由于igbt芯片14是主要发热源，因此相邻两组芯片中igbt芯片14与frd芯片17的位置交错排列。
除此以外，在第二石墨烯基封装衬板20的上铜层上制作有预先刻蚀好的线路19，将每组芯片的电极信号连接到驱动芯片13的对应信号控制端。在第一石墨烯基封装衬板10的上铜层上制作有预先刻蚀好的线路19，将芯片背面的电极信号分别连接到四根导电铜柱38，如图4所示，进而连接到第二石墨烯基封装衬板20的上铜层11的对应位置。
步骤3在igbt芯片14和frd芯片17的背面，以及导电铜柱38的上表面涂覆95～100μm第二焊料层15。
步骤4将第一石墨烯基封装衬板10倒置贴装在步骤3得到的结构上，使得第一石墨烯基封装衬板10的上铜层16的上表面和第二焊料层15贴合，如图5所示。
步骤5在第二石墨烯基封装衬板20上铜层11上和第一石墨烯基封装衬板10上铜层16上均制作有芯片电极引出端(图中未画出)，将步骤4得到的结构中包括驱动芯片13、igbt芯片14和frd芯片17在内的所有芯片电极的引出端通过95～100μm厚焊料加装在引线框架上。第一石墨烯基封装衬板上生长的多层石墨烯薄膜区域保证不同组的芯片之间相互绝缘。
步骤6将步骤5得到的结构放入回流焊机按照预设的温度曲线进行焊接。焊接温度条件可以根据实际效果设计。
步骤7用塑料外壳35将步骤6得到的所有结构封装起来，仅保留第一石墨烯基封装衬板10和第二石墨烯基封装衬板20的底面裸露在塑料外壳35表面，采用封装树脂36作为封装材料，在塑料外壳35中进行注塑灌封，再将整个结构放在烘箱内以3℃/min的升温速度，从常规室温升到80℃，保温30分钟，再升温到120℃下保温1小时进行固化。固化条件可根据实际效果调整。
步骤8、在散热器37的下水冷板上表面31涂覆30～35μm第二导热硅脂层24，将步骤7得到的结构贴装在一体式散热器37下水冷板上表面31对应位置；在一体式散热器37的上水冷板下表面30涂覆30～35μm第一导热硅脂层29，使一体式散热器37上水冷板下表面30与第一石墨烯基封装衬板10的底面紧密接触。
本发明提出的基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm的结构，将多层石墨烯薄膜用于dbc衬板的绝缘层表面，相比于将石墨烯薄膜用于芯片表面以及dbc衬板上铜层表面，可以更进一步减小大功率ipm结构从芯片热点到环境的总体热阻。因为石墨烯薄膜的热导率是各向异性的，横向热导率较高，可以减小热量从小面积热区向大面积冷区传导时的等效扩散热阻，但纵向热导率较低，用在模块的封装结构中时，自身带来的纵向传导热阻是不能忽略的。因此，将石墨烯薄膜用于封装结构的不同位置，得到的散热效果不同。本发明提出的实施例的封装结构中，兼顾工艺可行性和散热效果，将多层石墨烯薄膜用于封装衬板的绝缘层上及衬板底面可以得到最佳的散热效果。如图6所示，在加载相同功率的情况下，本发明提出的基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm的结构，相较于背景技术所述专利中提出的方案散热效果明显提升。
本发明所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
1.基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm结构，包括外围的散热器(37)和位于散热器(37)内部的驱动芯片(13)、第一石墨烯基封装衬板(10)、第二石墨烯基封装衬板(20)；其特征在于，所述第一石墨烯基封装衬板(10)是在第一覆铜陶瓷衬板的绝缘层表面和衬板底面用化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜得到，所述第二石墨烯基封装衬板(20)是在第二覆铜陶瓷衬板的底面用化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜(23)得到；所述第一石墨烯基封装衬板(10)的底面朝上通过导热硅脂层与散热器(37)的上水冷板下表面紧密接触，第二石墨烯基封装衬板(20)的底面朝下通过导热硅脂层紧贴散热器(37)的下水冷板上表面；
所述驱动芯片(13)位于第一石墨烯基封装衬板(10)和第二石墨烯基封装衬板(20)之间，驱动芯片(13)的正面通过焊料层倒装连接到第二石墨烯基封装衬板(20)上铜层的上表面；
在第一石墨烯基封装衬板(10)和第二石墨烯基封装衬板(20)之间还包括：多个igbt芯片(14)、多个快恢复二极管芯片(17)以及多个导电铜柱(38)，驱动芯片(13)、igbt芯片(14)、快恢复二极管芯片(17)的正面以及导电铜柱(38)的下表面通过焊料层连接到第二石墨烯基封装衬板(20)上铜层的上表面，igbt芯片(14)、快恢复二极管芯片(17)的背面以及导电铜柱(38)的上表面通过焊料层连接到第一石墨烯基封装衬板(10)上铜层的上表面。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm结构，其特征在于，在第一覆铜陶瓷衬板的绝缘层表面生长的多层石墨烯薄膜(25)，厚度为8～10μm。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm结构，其特征在于，在第一覆铜陶瓷衬板和第二覆铜陶瓷衬板的衬板底面生长的多层石墨烯薄膜，厚度为1～3μm。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm结构，其特征在于，其中，1个igbt芯片(14)和1个快恢复二极管芯片(17)为一组；每组芯片中igbt芯片(14)的发射极和快恢复二极管芯片(17)的阳极相连接，igbt芯片(14)的集电极和快恢复二极管芯片(17)的阴极相连接，igbt芯片(14)的栅极通过第二石墨烯基封装衬板(20)上铜层制作的线路(19)连接到驱动芯片(13)的栅极控制端；每组芯片的背面电极分别通过第一石墨烯基封装衬板(10)上制作的线路(19)连接到导电铜柱(38)，再通过第二石墨烯基封装衬板(20)上制作的线路(19)与芯片电极引出端相连接，实现电路需求；
第一覆铜陶瓷衬板的绝缘层表面，在上铜层以外的所有区域均设计为石墨烯生长区域，且该石墨烯生长区域使得不同组的芯片之间相互绝缘；第一覆铜陶瓷衬板底面区域全部生长多层石墨烯薄膜；第二覆铜陶瓷衬板的底面区域全部生长多层石墨烯薄膜。
5.根据权利要求4所述的基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm的结构，其特征在于，在第二石墨烯基封装衬板(20)上铜层和第一石墨烯基封装衬板(10)上铜层中均制作有与芯片电极相连通的引出端，所有芯片电极的引出端通过焊料加装在引线框架上。
6.根据权利要求1所述的基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm的结构，其特征在于，采用塑料外壳(35)将包括第一石墨烯基封装衬板(10)和第二石墨烯基封装衬板(20)在内及两者之间的所有元件封装，塑料外壳(35)内部采用封装树脂(36)灌封。
7.根据权利要求1所述的基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm的结构，其特征在于，所述散热器(37)为一体式，包括内空的上水冷板和下水冷板，水冷板内制作有多根翅柱(32)，外接水泵推动冷却液体在空腔内从入口(33)到出口(34)之间流动。
8.基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm结构的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在第一覆铜陶瓷衬板绝缘层上设计的上铜层以外区域表面用化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜，再刻蚀掉设计给不同组芯片之间互连区域的多层石墨烯薄膜；在第一覆铜陶瓷衬板底面用化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜，得到第一石墨烯基封装衬板(10)；
在第二覆铜陶瓷衬板底面用化学气相沉积法生长多层石墨烯薄膜，得到第二石墨烯基封装衬板(20)；
步骤2、在第二石墨烯基封装衬板(20)上涂覆第一焊料层(12)，将驱动芯片(13)、igbt芯片(14)、快恢复二极管芯片(17)和导电铜柱(38)分别贴装在第二石墨烯基封装衬板(20)上铜层上表面对应位置上，使驱动芯片(13)、igbt芯片(14)以及快恢复二极管芯片(17)的正面向下；
步骤3、在igbt芯片(14)和快恢复二极管芯片(17)的背面，以及导电铜柱(38)的上表面涂覆第二焊料层(15)；
步骤4、将第一石墨烯基封装衬板(10)倒置贴装在步骤3得到的结构上，使得第一石墨烯基封装衬板(10)上铜层上表面和第二焊料层(15)贴合；
步骤5、在第二石墨烯基封装衬板(20)上铜层上和第一石墨烯基封装衬板(10)上铜层上均制作有芯片电极引出端，将步骤4得到的结构中包括驱动芯片(13)、igbt芯片(14)和快恢复二极管芯片(17)在内的所有芯片电极的引出端通过焊料加装在引线框架上；1个igbt芯片(14)和1个快恢复二极管芯片(17)为一组；每组芯片中igbt芯片(14)的发射极和快恢复二极管芯片(17)的阳极相连接，igbt芯片(14)的集电极和快恢复二极管芯片(17)的阴极相连接，igbt芯片(14)的栅极通过第二石墨烯基封装衬板(20)上铜层制作的线路(19)连接到驱动芯片(13)的栅极控制端；每组芯片的背面电极分别通过第一石墨烯基封装衬板(10)上制作的线路(19)连接到导电铜柱(38)，再通过第二石墨烯基封装衬板(20)上制作的线路(19)与芯片电极引出端相连接，实现电路需求；第一石墨烯基封装衬板(10)上生长的多层石墨烯薄膜区域保证不同组的芯片之间相互绝缘；
步骤6、将步骤5得到的结构放入回流焊机进行焊接；
步骤7、用塑料外壳(35)将步骤6得到的结构封装起来，除第一石墨烯基封装衬板(10)底面和第二石墨烯基封装衬板(20)底面裸露在塑料外壳(35)表面；在塑料外壳(35)中进行注塑灌封，再将整个结构放在烘箱内加热固化；
步骤8、在散热器(37)的下水冷板上表面涂覆第二导热硅脂层(24)，将步骤7得到的结构贴装在散热器(37)下水冷板上表面对应位置；在散热器(37)上水冷板下表面涂覆第一导热硅脂层(29)，使散热器(37)上水冷板下表面与第一石墨烯基封装衬板(10)的底面紧密接触。
9.如权利要求8所述的基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm结构的加工工艺，其特征在于，步骤1中第一覆铜陶瓷衬板绝缘层上生长的多层石墨烯薄膜厚度为8～10μm。
10.如权利要求8所述的基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm结构的加工工艺，其特征在于，步骤1中第一覆铜陶瓷衬板和第二覆铜陶瓷衬板的底面上生长的多层石墨烯薄膜厚度为1～3μm。
技术总结