雙面散熱的功率模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種雙面散熱的功率模塊，下覆金屬陶瓷基板通過(guò)銅基板與下散熱器固定連接，半導(dǎo)體芯片設(shè)置在上覆金屬陶瓷基板和下覆金屬陶瓷基板之間，半導(dǎo)體芯片的集電極與下覆金屬陶瓷基板連接、發(fā)射極和柵極分別與上覆金屬陶瓷基板上的發(fā)射極區(qū)和柵極區(qū)連接，上散熱器固定在上覆金屬陶瓷基板的頂部并穿出外殼，印制電路板安裝在銅基板上，上覆金屬陶瓷基板其發(fā)射極引出端和柵極引出端分別與印制電路板連接，下覆金屬陶瓷基板的集電極區(qū)與印制電路板連接，印制電路板設(shè)有對(duì)應(yīng)的電極座和端子座，外殼安裝在銅基板上，電極座和端子座的頂部設(shè)置在外殼上。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，能降低制造難度和制造成本，并能保證功率模塊高效可靠的長(zhǎng)時(shí)間使用。
【專利說(shuō)明】雙面散熱的功率模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種雙面散熱的功率模塊，屬于功率模塊的散熱【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體功率模塊主要包括銅基板、覆金屬陶瓷基板、半導(dǎo)體芯片以及電極端子和殼體。半導(dǎo)體功率模塊在工作過(guò)程中，半導(dǎo)體芯片所產(chǎn)生的熱量是通過(guò)銅基板傳遞至與其下部的散熱器上，將半導(dǎo)體芯片的熱量散出。隨著技術(shù)的發(fā)展，功率器件的功率越來(lái)越高，半導(dǎo)體芯片的功耗也在逐漸增加，往往半導(dǎo)體芯片所產(chǎn)生的熱量也越來(lái)越大，如半導(dǎo)體芯片的熱量不及時(shí)散出，嚴(yán)重影響功率模塊的工作性能。目前功率模塊的散熱機(jī)構(gòu)大都采用翅片式的散熱器，該散熱器連接在銅基板的底部，因此半導(dǎo)體芯片呈單面散熱，而單面散熱已經(jīng)不能滿足大功率半導(dǎo)體芯片的散熱要求，現(xiàn)在迫切需要采用新的技術(shù)來(lái)解決散熱的性能從而保證模塊高效可靠的長(zhǎng)時(shí)間使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理，能降低制造難度和制造成本，能提高功率模塊散熱可靠性的雙面散熱的功率模塊。
[0004]本實(shí)用新型為達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是:一種雙面散熱的功率模塊，包括銅基板、覆金屬陶瓷基板和半導(dǎo)體芯片，其特征在于:所述的覆金屬陶瓷基板包括上覆金屬陶瓷基板和下覆金屬陶瓷基板，下覆金屬陶瓷基板固定在銅基板，銅基板與下散熱器固定連接，半導(dǎo)體芯片設(shè)置在上覆金屬陶瓷基板和下覆金屬陶瓷基板之間，且半導(dǎo)體芯片的集電極與下覆金屬陶瓷基板連接、發(fā)射極和柵極分別與上覆金屬陶瓷基板上的發(fā)射極區(qū)和柵極區(qū)連接，上散熱器固定在上覆金屬陶瓷基板的頂部并穿出外殼，中空的印制電路板安裝在銅基板上，上覆金屬陶瓷基板其發(fā)射極引出端和柵極引出端分別與印制電路板連接，下覆金屬陶瓷基板的集電極區(qū)與印制電路板連接，印制電路板設(shè)有對(duì)應(yīng)的兩個(gè)電極座和一個(gè)端子座，外殼安裝在銅基板上，電極座和端子座的頂部設(shè)置在外殼上。
[0005]本實(shí)用新型的覆金屬陶瓷基板包括上覆金屬陶瓷基板和下覆金屬陶瓷基板，將半導(dǎo)體芯片的集電極焊接在下覆金屬陶瓷基板上、其發(fā)射極與柵極分別與上覆金屬陶瓷基板上的發(fā)射極和柵極連接，將半導(dǎo)體芯片連接在兩個(gè)覆金屬陶瓷基板之間，而下覆金屬陶瓷基板通過(guò)銅基板與下散熱器連接，上覆金屬陶瓷基板又與上散熱器連接，故能通過(guò)上、下兩個(gè)散熱器對(duì)半導(dǎo)體芯片工作中產(chǎn)生的熱量及時(shí)散出，能提高功率模塊的整體散熱效果，能保證功率模塊高效可靠的長(zhǎng)時(shí)間使用，提高功率模塊的使用壽命。本實(shí)用新型利用上覆金屬陶瓷基板其內(nèi)部的陶瓷層起到電氣絕緣性能，并通過(guò)上覆金屬陶瓷基板的兩個(gè)引出端與印制電路板連接，將信號(hào)端子引至印制電路板，而下覆金屬陶瓷基板的集電極區(qū)也引至印制電路板上，通過(guò)設(shè)置在印制電路板上的電極座以及端子座引出外殼實(shí)現(xiàn)與外部電路的連接，結(jié)構(gòu)合理，能大幅度降低上覆金屬陶瓷基板的版圖制造難度及焊接工藝，能靈活方便將各電極端子和信號(hào)端子引出。本實(shí)用新型將連接在上覆金屬陶瓷基板上的散熱器穿出外殼，直接與外部空氣接觸，而提高散熱效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0007]圖1是本實(shí)用新型雙面散熱的功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本實(shí)用新型雙面散熱的功率模塊拆除外殼的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3是本實(shí)用新型上覆金屬陶瓷基板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]其中:1 一下散熱器，2—銅基板，3—印制電路板，4一外殼，4-1 一窗口，5—下覆金屬陶瓷基板，6一半導(dǎo)體芯片，7—鉬片，8—上覆金屬陶瓷基板，8-1一發(fā)射極引出端，8_2—柵極引出端，9 一上散熱器，10—電極座，11 一緊固件，12—端子座。
【具體實(shí)施方式】
[0011]見(jiàn)圖1、2所示，本實(shí)用新型雙面散熱的功率模塊，包括銅基板2、覆金屬陶瓷基板和半導(dǎo)體芯片6，該半導(dǎo)體芯片6可采用MOS管、IGBT或晶閘管等。
[0012]見(jiàn)圖1、2所示，本實(shí)用新型的覆金屬陶瓷基板包括上覆金屬陶瓷基板8和下覆金屬陶瓷基板5，上覆金屬陶瓷基板8和下覆金屬陶瓷基板5均由陶瓷層和覆在陶瓷層上下兩面的金屬層構(gòu)成，下覆金屬陶瓷基板5固定在銅基板2，可采用焊接的方式將下覆金屬陶瓷基板5焊接在銅基板2上，而銅基板2與下散熱器I固定連接，銅基板2可采用導(dǎo)熱膠固定在下散熱器I上，其下散熱器I的連接面積大于銅基板2的面積，半導(dǎo)體芯片6設(shè)置在上覆金屬陶瓷基板8和下覆金屬陶瓷基板5之間，半導(dǎo)體芯片6的集電極與下覆金屬陶瓷基板5連接、發(fā)射極和柵極分別與上覆金屬陶瓷基板8上的發(fā)射極區(qū)和柵極區(qū)連接，下覆金屬陶瓷基板5的集電極區(qū)與印制電路板3連接，半導(dǎo)體芯片6可通過(guò)下部的焊片與覆金屬陶瓷基板5焊接，將半導(dǎo)體芯片6的集電極與下覆金屬陶瓷基板5連接，而覆金屬陶瓷基板5的集電極區(qū)與印制電路板3焊接，將集電極引至印制電路板3上。本實(shí)用新型的上覆金屬陶瓷基板8上設(shè)有版圖，半導(dǎo)體芯片6的發(fā)射極和柵極分別通過(guò)上部的焊片與上覆金屬陶瓷基板8的發(fā)射極區(qū)和柵極區(qū)焊熱接，本實(shí)用新型為降低半導(dǎo)體芯片6與上覆金屬陶瓷基板8連接時(shí)的熱膨脹系數(shù)，本實(shí)用新型半導(dǎo)體芯片6的發(fā)射極和柵極分別通過(guò)鉬片7與上覆金屬陶瓷基板8上的發(fā)射極區(qū)和柵極區(qū)連接，上散熱器9固定在上覆金屬陶瓷基板8的頂部并穿出外殼4，同樣可通過(guò)導(dǎo)熱膠將上散熱器9固定在上覆金屬陶瓷基板8的上部，并利用上覆金屬陶瓷基板8內(nèi)絕緣的陶瓷層起到電氣的絕緣性能，能夠?qū)崿F(xiàn)上散熱器9和下散熱器I同時(shí)對(duì)半導(dǎo)體芯片6進(jìn)行散熱。
[0013]見(jiàn)圖1、2所示，本實(shí)用新型中空的印制電路板3安裝在銅基板2上，該印制電路板3包括絕緣層和覆在絕緣層兩面的銅層構(gòu)成，印制電路板3的銅層上設(shè)有版圖，印制電路板3通過(guò)緊固件11安裝在銅基板2上，上覆金屬陶瓷基板8其發(fā)射極引出端8-1和柵極引出端8-2分別與印制電路板3連接，見(jiàn)圖2所示，本實(shí)用新型發(fā)射極引出端8-1和柵極引出端8-2上分別設(shè)有連接孔，而印制電路板3上設(shè)有對(duì)應(yīng)的安裝孔，導(dǎo)電件將發(fā)射極引出端8-1和柵極引出端8-2固定在印制電路板3，導(dǎo)電件可采用金屬固緊件或鉚釘?shù)?，將上覆金屬陶瓷基?其發(fā)射極引出端8-1和柵極引出端8-2與印制電路板3可靠連接，也方便通過(guò)焊料將上覆金屬陶瓷基板8其發(fā)射極引出端8-1和柵極引出端8-2與印制電路板3可靠連接，將半導(dǎo)體芯片6的發(fā)射極和柵極引至印制電路板3上。
[0014]見(jiàn)圖1、2所示，本實(shí)用新型印制電路板3上設(shè)有對(duì)應(yīng)的兩個(gè)電極座10和一個(gè)端子座12，將半導(dǎo)體芯片的發(fā)射極和集電極引至兩電極座10上，而柵極引至端子座12，通過(guò)兩個(gè)電極座10和端子座12與外部的電路連接。
[0015]見(jiàn)圖1、2所示，本實(shí)用新型外殼4安裝在銅基板2上，可通過(guò)緊固件安裝在銅基板2上，外殼4上設(shè)有內(nèi)止口并與銅基板2周邊相配，方便對(duì)外殼4的定位，外殼4罩在上覆金屬陶瓷基板8，電極座10和端子座12的頂部設(shè)置在外殼4上，將電極座10和端子座12引至外殼4，外殼4上設(shè)有上散熱器9穿出的窗口 4-1，使上散熱器9穿出，使上散熱器9與外部空氣接觸。本實(shí)用新型通過(guò)上下兩散熱器對(duì)半導(dǎo)體芯片6進(jìn)行散熱，提高散熱效果。
【權(quán)利要求】
1.一種雙面散熱的功率模塊，包括銅基板(2)、覆金屬陶瓷基板和半導(dǎo)體芯片(6)，其特征在于:所述的覆金屬陶瓷基板包括上覆金屬陶瓷基板(8)和下覆金屬陶瓷基板(5)，下覆金屬陶瓷基板(5)固定在銅基板(2)，銅基板(2)與下散熱器(I)固定連接，半導(dǎo)體芯片(6)設(shè)置在上覆金屬陶瓷基板(8)和下覆金屬陶瓷基板(5)之間，且半導(dǎo)體芯片(6)的集電極與下覆金屬陶瓷基板(5)連接、發(fā)射極和柵極分別與上覆金屬陶瓷基板(8)上的發(fā)射極區(qū)和柵極區(qū)連接，上散熱器(9)固定在上覆金屬陶瓷基板(8)的頂部并穿出外殼(4)，中空的印制電路板(3)安裝在銅基板(2)上，上覆金屬陶瓷基板(8)其發(fā)射極引出端(8-1)和柵極引出端(8-2)分別與印制電路板(3)連接，下覆金屬陶瓷基板(5)的集電極區(qū)與印制電路板(3 )連接，印制電路板(3 )設(shè)有對(duì)應(yīng)的兩個(gè)電極座(10 )和一個(gè)端子座(12 )，外殼(4)安裝在銅基板(2)上，電極座(10)和端子座(12)的頂部設(shè)置在外殼(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱的功率模塊，其特征在于:所述的半導(dǎo)體芯片(6)的發(fā)射極和柵極分別通過(guò)鉬片(7)與上覆金屬陶瓷基板(8)上的發(fā)射極區(qū)和柵極區(qū)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱的功率模塊，其特征在于:所述的印制電路板(3)包括絕緣層和覆在絕緣層兩面的金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面散熱的功率模塊，其特征在于:所述發(fā)射極引出端(8-1)和柵極引出端(8-2)上分別設(shè)有連接孔，印制電路板(3)上設(shè)有對(duì)應(yīng)的安裝孔，導(dǎo)電件將發(fā)射極引出端(8-1)和柵極引出端(8-2)固定在印制電路板(3)。
【文檔編號(hào)】H01L23/367GK203607387SQ201320808418
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】張銀, 王曉寶, 趙善麒 申請(qǐng)人:江蘇宏微科技股份有限公司