一種均熱板散熱基板功率模塊結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種設(shè)置有均熱板散熱結(jié)構(gòu)的功率模塊結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體功率模塊的設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]傳統(tǒng)的半導(dǎo)體功率模塊是芯片、覆銅陶瓷襯底(Direct Bonded Copper，DBC)、散熱基板通過釬焊接組裝到一起。半導(dǎo)體功率模塊在工作時(shí)，芯片會(huì)產(chǎn)生熱量，大部分熱量需要通過焊料—DBC—焊料—散熱基板—導(dǎo)熱脂—散熱器的傳遞散發(fā)。
[0003]傳統(tǒng)的半導(dǎo)體功率模塊在安裝前先在散熱基板表面涂覆一層導(dǎo)熱硅脂，再安裝在散熱器上；導(dǎo)熱硅脂的厚度一般在0.08mm~0.15mm之間，而導(dǎo)熱硅脂的熱阻比銅制的散熱基板熱阻大。所以要實(shí)現(xiàn)高效的熱量傳遞就需要傳遞熱量的介質(zhì)具有比較小的熱阻。
[0004]而一般情況下，這種熱量傳遞模式中熱阻最高的是導(dǎo)熱硅脂，又受散熱基板與散熱器表面平整度不平的影響，尤其在大功率模塊應(yīng)用中模塊需要散發(fā)大量的熱量，由于短板效應(yīng)，導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱效率成為了其中的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有功率模塊在應(yīng)用中散熱效率不高的問題，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，散熱效率高，工作穩(wěn)定性好，能延長(zhǎng)功率模塊使用壽命的均熱板散熱基板功率模塊結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來(lái)完成的，一種均熱板散熱基板功率模塊結(jié)構(gòu)，它包括一具備散熱系統(tǒng)的均熱板散熱基板，所述的均熱板散熱系統(tǒng)由均熱板散熱基板內(nèi)部具有微細(xì)結(jié)構(gòu)的真空腔體以及一定數(shù)量與之相連的散熱鰭片構(gòu)成，所述的真空腔體中有一定數(shù)量的、用于支撐腔體上下面的支撐塊，真空腔體中注入有適量的散熱介質(zhì)；
所述的均熱板散熱基板上通過焊料焊接有覆銅陶瓷襯底，覆銅陶瓷襯底是由絕緣陶瓷層上下兩面燒結(jié)銅層組成，上面銅層通過焊料焊接有功率器件，功率器件通過導(dǎo)線連接，形成電路結(jié)構(gòu)，覆銅陶瓷襯底下面銅層通過焊料焊接于均熱板散熱基板上。
[0007]作為優(yōu)選:均熱板散熱基板是用銅合金、鋁合金制成的金屬平板，其內(nèi)部真空腔體中的微細(xì)結(jié)構(gòu)是用金屬粉末燒結(jié)或用金屬網(wǎng)填充而成，或使用腔體內(nèi)壁表面溝槽構(gòu)成;所述均熱板散熱基板的表面電鍍有有良好可焊接活性和抗氧化性的Cu，Ni，Au，Sn金屬層；
所述功率器件包括IGBT芯片、二極管芯片、電阻、晶閘管芯片、端子，功率器件間通過導(dǎo)線連接構(gòu)成電路;導(dǎo)線可以是鋁線、銅線、鋁箔、銅箔、銅橋;功率端子伸出絕緣外殼并與外部電路連接。
[0008]作為進(jìn)一步優(yōu)選:所述的絕緣外殼裝配在功率模塊上方并通過密封膠和緊固件固定在均熱板散熱基板上形成有效密封，絕緣外殼內(nèi)的功率器件中注入絕緣膠質(zhì)并使其固化，功率模塊內(nèi)部電路通過伸出絕緣外殼的端子與功率模塊外的電路連接;所述緊固件是卡環(huán)、螺絲和鉚釘?shù)囊环N;所述的絕緣膠質(zhì)是硅膠、硅橡膠和環(huán)氧樹脂膠中的一種。
[0009]本發(fā)明主要是利用功率模塊工作時(shí)產(chǎn)生熱量，散熱基板中的腔體中靠近熱源端的液態(tài)散熱介質(zhì)吸收大量熱量氣化，散熱介質(zhì)蒸汽通過壓力差到達(dá)散熱端，在腔體散熱端蒸汽熱量散發(fā)重新凝結(jié)為液態(tài)，液態(tài)的散熱介質(zhì)通過在腔體微細(xì)結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)力回到腔體的熱源端，從而形成一個(gè)散熱循環(huán)。
[0010]本發(fā)明為了得到更高的導(dǎo)熱效率，摒除傳統(tǒng)的散熱基板以及導(dǎo)熱硅脂的應(yīng)用，使覆銅陶瓷襯底與散熱器直接通過焊料連接，使散熱器成為模塊的散熱基板，其散熱路徑為:焊料—DBC—焊料—均熱板散熱基板，減短了散熱路徑，使功率模塊具備更高的散熱效率。
[0011]本發(fā)明具有更高效的散熱結(jié)構(gòu)，熱量可快速傳遞、發(fā)散，從而提高功率模塊的可靠性，延長(zhǎng)功率模塊的使用壽命。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的均熱板散熱模塊斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的介紹，圖1所示，本發(fā)明所述的一種均熱板散熱基板功率模塊結(jié)構(gòu)，它包括一具備散熱系統(tǒng)的均熱板散熱基板，所述的均熱板散熱系統(tǒng)由均熱板散熱基板內(nèi)部具有微細(xì)結(jié)構(gòu)13的真空腔體11以及一定數(shù)量與之相連的散熱鰭片17構(gòu)成，所述的真空腔體中有一定數(shù)量的、用于支撐腔體上下面的支撐塊14，真空腔體中注入有適量的散熱介質(zhì)12;
所述的均熱板散熱基板上通過焊料焊接有覆銅陶瓷襯底，覆銅陶瓷襯底是由絕緣陶瓷層31上下兩面燒結(jié)銅層組成，上面銅層32通過焊料焊接有功率器件，功率器件通過導(dǎo)線24連接，形成電路結(jié)構(gòu)，覆銅陶瓷襯底下面銅層33通過焊料焊接于均熱板散熱基板上。
[0014]圖中所示，本發(fā)明所述的均熱板散熱基板是用銅合金、鋁合金制成的金屬平板，其內(nèi)部真空腔體中的微細(xì)結(jié)構(gòu)是用金屬粉末燒結(jié)或用金屬網(wǎng)填充而成，或使用腔體內(nèi)壁表面溝槽構(gòu)成;所述均熱板散熱基板的表面電鍍有有良好可焊接活性和抗氧化性的Cu，Ni，Au，Sn金屬層；
所述功率器件包括IGBT芯片、二極管芯片、電阻、晶閘管芯片、端子，功率器件間通過導(dǎo)線連接構(gòu)成電路;導(dǎo)線可以是鋁線、銅線、鋁箔、銅箔、銅橋;功率端子伸出絕緣外殼并與外部電路連接。
[0015]本發(fā)明所述的絕緣外殼4裝配在功率模塊上方并通過密封膠6和緊固件7固定在均熱板散熱基板I上形成有效密封，絕緣外殼4內(nèi)的功率器件中注入絕緣膠質(zhì)5并使其固化，功率模塊內(nèi)部電路通過伸出絕緣外殼的端子與功率模塊外的電路連接;所述緊固件7是卡環(huán)、螺絲和鉚釘?shù)囊环N;所述的絕緣膠質(zhì)是硅膠、硅橡膠和環(huán)氧樹脂膠中的一種。
[0016]功率模塊工作時(shí)芯片產(chǎn)生大量熱量，大部分熱量通過焊料—DBC—焊料—散熱基板的傳導(dǎo)路徑傳遞出去。當(dāng)熱量傳遞到散熱基板超過一定量時(shí)，散熱基板中的均熱板散熱結(jié)構(gòu)開始工作。其中的導(dǎo)熱介質(zhì)在熱源端通過氣化吸收大量熱量，汽態(tài)導(dǎo)熱介質(zhì)由于壓力差運(yùn)動(dòng)至下表面的冷卻端釋放熱量并凝結(jié)為液態(tài)，液態(tài)導(dǎo)熱介質(zhì)在腔體中微細(xì)結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)力作用下回到熱源端，導(dǎo)熱介質(zhì)在冷卻端釋放的熱量由與之連接的鰭片向模塊外界散發(fā)。
[0017]實(shí)施例:圖1所示，本發(fā)明是在覆銅陶瓷襯底的絕緣陶瓷層31兩面燒結(jié)有銅層，分為上銅層32和下銅層33。芯片21、端子22等功率器件通過焊料23焊接于覆銅陶瓷襯底的上銅層上32，芯片21、端子22通過導(dǎo)線24和上銅層32構(gòu)成電路。覆銅陶瓷襯底的下銅層33通過焊料24焊接于均熱板散熱基板的上表面16。均熱板散熱基板I中存在一個(gè)真空腔11，真空腔中存在著微細(xì)結(jié)構(gòu)13和若干支撐柱14，并注入適量散熱介質(zhì)12。均熱板散熱基板的下表面15有若干數(shù)量的散熱鰭片17。絕緣外殼4通過密封膠6裝配于模塊外部，并可通過緊固部件7固定于均熱板散熱基板上。外殼中注入適量的絕緣膠質(zhì)5，并使其固化。端子22伸出絕緣外殼4，可與外部電路連接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種均熱板散熱基板功率模塊結(jié)構(gòu)，它包括一具備均熱散熱系統(tǒng)的均熱板散熱基板，其特征在于所述的均熱板散熱系統(tǒng)由均熱板散熱基板內(nèi)部具有微細(xì)結(jié)構(gòu)(13)的真空腔體(11)以及一定數(shù)量與之相連的散熱鰭片(17)構(gòu)成，所述的真空腔體(11)中有一定數(shù)量的、用于支撐腔體上下面的支撐塊(14)，真空腔體中注入有適量的散熱介質(zhì)(12); 所述的均熱板散熱基板上通過焊料焊接有覆銅陶瓷襯底，覆銅陶瓷襯底是由絕緣陶瓷層(31)上下兩面燒結(jié)銅層組成，上面銅層(32)通過焊料焊接有功率器件，功率器件通過導(dǎo)線(24)連接并形成電路結(jié)構(gòu)，覆銅陶瓷襯底下面銅層(33)通過焊料焊接于均熱板散熱基板上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均熱板散熱基板功率模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于均熱板散熱基板是用銅合金、鋁合金制成的金屬平板，其內(nèi)部真空腔體(11)中的微細(xì)結(jié)構(gòu)是用金屬粉末燒結(jié)或用金屬網(wǎng)填充而成，或使用腔體內(nèi)壁表面溝槽構(gòu)成;所述均熱板散熱基板的表面電鍍有有良好可焊接活性和抗氧化性的Cu，Ni ,Au，Sn金屬層； 所述功率器件包括IGBT芯片、二極管芯片、電阻、晶閘管芯片、端子，功率器件間通過導(dǎo)線連接構(gòu)成電路;導(dǎo)線可以是鋁線、銅線、鋁箔、銅箔、銅橋;功率端子伸出絕緣外殼并與外部電路連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的均熱板散熱基板功率模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的絕緣外殼(4)裝配在功率模塊上方并通過密封膠(6)和緊固件(7)固定在均熱板散熱基板(I)上形成有效密封，絕緣外殼(4)內(nèi)的功率器件中注入絕緣膠質(zhì)(5 )并使其固化，功率模塊內(nèi)部電路通過伸出絕緣外殼的端子與功率模塊外的電路連接;所述緊固件(7)是卡環(huán)、螺絲和鉚釘?shù)囊环N;所述的絕緣膠質(zhì)是硅膠、硅橡膠和環(huán)氧樹脂膠中的一種。
【專利摘要】一種均熱板散熱基板功率模塊結(jié)構(gòu)，它包括一具備均熱散熱系統(tǒng)的均熱板散熱基板，所述的均熱板散熱系統(tǒng)由均熱板散熱基板內(nèi)部具有微細(xì)結(jié)構(gòu)的真空腔體以及一定數(shù)量與之相連的散熱鰭片構(gòu)成，所述的真空腔體中有一定數(shù)量的、用于支撐腔體上下面的支撐塊，真空腔體中注入有適量的散熱介質(zhì)；所述的均熱板散熱基板上通過焊料焊接有覆銅陶瓷襯底，覆銅陶瓷襯底是由絕緣陶瓷層上下兩面燒結(jié)銅層組成，上面銅層通過焊料焊接有功率器件，功率器件通過導(dǎo)線連接，形成電路結(jié)構(gòu)，覆銅陶瓷襯底下面銅層通過焊料焊接于均熱板散熱基板上；本發(fā)明的功率模塊具有散熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01L23/427, H01L23/367
【公開號(hào)】CN105655307
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】李君
【申請(qǐng)人】上海道之科技有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2016年3月9日