本實用新型涉及一種雙面直接冷卻散熱結(jié)構(gòu)的功率模塊，屬于功率模塊技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

功率半導(dǎo)體模塊是一種標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸和非標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸模塊產(chǎn)品。功率半導(dǎo)體模塊應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，大電流，大功率，必須做到散熱快、熱阻小、安裝便捷、體積小。

隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在對功率模塊的功率密度和可靠性能的要求在逐年提高，而現(xiàn)有的功率模塊的結(jié)構(gòu)存在一個較大瓶頸是：功率器件的功率越來越高，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)生的熱量也越來越大，如半導(dǎo)體芯片的熱量不及時散出，會嚴(yán)重影響功率模塊的工作性能。而目前功率模塊大都采用單面與散熱器連接，而單面無法實現(xiàn)快速散熱。再則由于半導(dǎo)體芯片采用鋁絲鍵合，不僅會影響到使用的可靠性，而且無法進(jìn)一步減少寄生電感，會影響開關(guān)損耗，限制了開關(guān)頻率的提高，因此應(yīng)用到大功率電機(jī)需求就非常困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理，有效減少寄生電感，提高模塊的可靠性，并能大大提高散熱效率的一種雙面直接冷卻散熱結(jié)構(gòu)的功率模塊。

本實用新型為達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是：一種雙面直接冷卻散熱結(jié)構(gòu)的功率模塊，其特征在于：包括上罩殼、下罩殼和至少一組功率模塊單元，所述的功率模塊單元包括上層DBC基板、下層DBC基板、多個第一半導(dǎo)體芯片、多個第二半導(dǎo)體芯片以及信號端和電極，各第一半導(dǎo)體芯片、各第二半導(dǎo)體芯片以及信號端和電極焊接固定在下層DBC基板上，各第一半導(dǎo)體芯片的門極通過鋁絲鍵合引出，各第一半導(dǎo)體芯片和各第二半導(dǎo)體芯片以及下層DBC基板上表面的鉬片與上層DBC基板焊接形成電路的連接，上層DBC基板與下層 DBC基板的四周邊通過絕緣材料塑封形成固定外殼，且信號端及電極端伸出固定外殼的兩側(cè)，上層DBC基板的底板上的凹凸面及下層DBC基板的底板上的凹凸面位于固定外殼的上下兩端面，具有空腔的上罩殼和具有空腔的下罩殼密封固定在固定外殼上并形成介質(zhì)流道，上罩殼或/和下罩殼的兩端設(shè)有孔，固定外殼上的電極和信號端位于上罩殼和下罩殼的外側(cè)。

本實用新型功率模塊單元采用上層DBC基板和下層DBC基板結(jié)構(gòu)，將第一半導(dǎo)體芯片、第二半導(dǎo)體芯片以及電極及信號端焊接在下DBC基板上，第一半導(dǎo)體芯片的門極通過鋁絲鍵合引出，第一半導(dǎo)體芯片和第二半導(dǎo)體芯片以及下層DBC基板上表面的鉬片與上層DBC 基板焊接固定形成電路的連接，通過鉬片經(jīng)納米銀焊接取代鋁絲鍵合，能有效減少寄生電感，提高模塊的可靠性，同時節(jié)省成本，簡化了加工工序。本實用新型上層DBC基板與下層DBC基板的四周邊通過絕緣材料塑封形成固定外殼，通過對上層DBC基板與下層DBC 基板進(jìn)行塑封而進(jìn)行組裝密封，做到電氣隔離和保護(hù)作用，并通過上層DBC基板的底板及下層DBC基板的底板具有凹凸表面在有限位的空間內(nèi)增加散熱面積，而與功率模塊單元密封固定的上罩殼和下罩殼所形成介質(zhì)流道內(nèi)，因此能將功率模塊單元的上下兩個散熱面直接與冷卻介質(zhì)充分接觸，實現(xiàn)雙面冷卻散熱，比傳統(tǒng)的散熱方法，能成倍提升散熱速度，大大提高散熱效率，保證功率模塊高效可靠的長時間使用，提高功率模塊的使用壽命。本實用新型將功率模塊單元是固封在上罩殼和下罩殼內(nèi)，使功率模塊單元直接放置在介質(zhì)流道內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制水冷或風(fēng)冷，能有效減少熱阻，方便安裝。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1是本實用新型一種雙面直接冷卻散熱結(jié)構(gòu)的功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本圖1的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型功率模塊單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3的后視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實用新型下層DBC基板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本實用新型上層DBC基板的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1—上罩殼，2—固定外殼，3—信號端，3-1—門極信號端，3-2—熱敏信號端， 3-4—集電極信號，4—公共極，5—下罩殼，5-1—孔，6—發(fā)射極，7—上層DBC基板，7-1 —凹凸面，8—下層DBC基板，8-1—凹凸面，8-2—門極信號引出部分，8-3—熱敏信號引出部分，8-4—發(fā)射極信號引出部分，9—鉬片，10—鋁絲，11—第一半導(dǎo)體芯片，12—第二半導(dǎo)體芯片，13—集電極。

具體實施方式

見圖1～6所示，本實用新型的一種雙面直接冷卻散熱結(jié)構(gòu)的功率模塊，包括上罩殼 1、下罩殼5和至少一組功率模塊單元，本實用新型上罩殼1和下罩殼5之間密封固定有 2～10組功率模塊單元，可根據(jù)功率而進(jìn)行設(shè)定。

見圖3～6所示，本實用新型功率模塊單元包括上層DBC基板7、下層DBC基板8、多個第一半導(dǎo)體芯片11、多個第二半導(dǎo)體芯片12以及信號端3和電極，見圖3～6所示，本實用新型各第一半導(dǎo)體芯片11、各第二半導(dǎo)體芯片12以及信號端和電極焊接固定在下層DBC基板8上，本實用新型的第一半導(dǎo)體芯片11可采用MOS管、IGBT或晶閘管，而第二半導(dǎo)體芯片12可采用二級管芯片或FRED芯片，下層DBC基板8表面具有印刷版圖，下層DBC基板8上表面涂覆有納米銀焊膏，將各第一半導(dǎo)體芯片11、各第二半導(dǎo)體芯片12 以及信號端3和電極經(jīng)過真空爐焊接固定在下層DBC基板8各自的區(qū)域，第一半導(dǎo)體芯片 11的門極通過鋁絲10鍵合引出，各第一半導(dǎo)體芯片11和各第二半導(dǎo)體芯片12以及下層 DBC基板8表面的鉬片9與上層DBC基板7焊接并形成電路的連接，能實現(xiàn)各第一半導(dǎo)體芯片11、各第二半導(dǎo)體芯片12以及電極間的電路連接，同時也能對鍵合的鋁絲10進(jìn)行保護(hù)，本實用新型采用鉬片9進(jìn)行納米銀焊接取代鍵合，能減少寄生電感。

見圖1～6所示，本實用新型的信號端3包括門極信號端3-1、熱敏信號端3-2及集電極信號端3-4，各第一半導(dǎo)體芯片11的門極通過鋁絲10鍵合在下層DBC基板8的門極信號引出部分8-2，門極信號端3-1焊接在下層DBC基板8的門極信號引出部分8-2，熱敏信號端3-2和集電極信號端3-4焊接在下層DBC基板8對應(yīng)的熱敏信號引出部分8-3 和發(fā)射極信號引出部分8-4，電極包括公共極4、集電極13和發(fā)射極6并焊接在下層DBC 基板8對應(yīng)的電極區(qū)域處。

見圖5所示，本實用新型下層DBC基板8上表面及各第一半導(dǎo)體芯片11、各第二半導(dǎo)體芯片12頂面印刷有納米銀焊膏，上層DBC基板7的表面也印刷有納米銀焊膏，下層 DBC基板8上表面及各第一半導(dǎo)體芯片11、各第二半導(dǎo)體芯片12頂面印刷有納米銀焊膏并與各自的鉬片9一面焊接，上層DBC基板7表面通過印刷的納米銀焊膏與鉬片9的另一面焊接固定，可將上層DBC基板7與下層DBC基板8在真空爐與鉬片9進(jìn)行焊接，節(jié)省成本，簡化了加工工序。

見圖1～3所示，本實用新型上層DBC基板7與下層DBC基板8的四周邊通過絕緣材料塑封形成固定外殼2，且信號端3及電極伸出固定外殼2的兩側(cè)，通過絕緣材料對上層 DBC基板7與下層DBC基板8進(jìn)行塑封工藝對電氣隔離作用。見圖1～4所示，本實用新型上層DBC基板7的底板上的凹凸面7-1及下層DBC基板8的底板的凹凸面8-1位于固定外殼2的上下兩端面，上層DBC基板7的底板和下層DBC基板8的底板均為銅底板或鋁底板，通過銅底板或鋁底板迅速將上層DBC基板7和下層DBC基板8上的熱量導(dǎo)出，具有空腔的上罩殼1和具有空腔的下罩殼5密封固定在固定外殼2上并形成介質(zhì)流道，功率模塊單元可用防水密封膠對結(jié)合間隙密封，不需要開定位孔，制作方便。

見圖1、2所示，本實用新型上罩殼1或/和下罩殼5的兩端設(shè)有孔5-1，見圖1所示，下罩殼5兩端板與上罩殼1固定，下罩殼5的兩端設(shè)有孔5-1，或上罩殼1的兩端板與下罩殼5固定，在上罩殼1的兩端設(shè)有孔，通過該孔與外部的冷卻介質(zhì)相通，將冷卻介質(zhì)引入介質(zhì)流道內(nèi)，因此可進(jìn)行強(qiáng)制水冷或風(fēng)冷，通過流過介質(zhì)流道的冷卻介質(zhì)對上層DBC 基板7和下層DBC基板8直接進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，使功率模塊單元能充分與冷卻介質(zhì)接觸，同時通過上層DBC基板7上的凹凸面7-1及下層DBC基板8上的凹凸面8-1來增加散熱面積，能進(jìn)一步提高散熱效率，位于各電極端和信號端3的固定外殼2兩端位于上罩殼1和下罩殼5的外側(cè)，以實現(xiàn)與外部電路的連接。