本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體模塊，尤其是一種集成散熱器的功率模塊。

背景技術(shù)：

節(jié)能減排、低碳發(fā)展是世界性的問(wèn)題，各國(guó)都已意識(shí)到發(fā)展要與環(huán)境相協(xié)調(diào)。隨著綠色環(huán)保在國(guó)際上的確立與推進(jìn)，功率半導(dǎo)體的發(fā)展應(yīng)用前景更加廣闊，既符合我國(guó)的能源緊張的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀也是構(gòu)建和諧社會(huì)及可持續(xù)發(fā)展的要求。當(dāng)前半導(dǎo)體功率單元行業(yè)迅猛發(fā)展，功率密度不斷提高，功率模塊的性能及可靠性往往與散熱密切相關(guān)。傳統(tǒng)的功率模塊結(jié)構(gòu)主要包括外殼、絕緣基板、底板等，使用時(shí)在功率模塊底板的下表面涂導(dǎo)熱硅脂，然后將功率模塊安裝在散熱器上。

然而，導(dǎo)熱硅脂雖然較薄，但其熱導(dǎo)率低、熱阻大，而且導(dǎo)熱硅脂隨著服役時(shí)間的增加會(huì)逐漸變干，性能進(jìn)一步降低。傳統(tǒng)功率模塊結(jié)構(gòu)及安裝方式使得芯片到散熱器的熱阻較大、效率較低，無(wú)法滿足功率模塊小型化及高可靠度的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種能夠減小熱阻的集成散熱器的功率模塊。

技術(shù)方案：一種集成散熱器的功率模塊，包括絕緣基板，所述絕緣基板上設(shè)有芯片集合，所述絕緣基板下方設(shè)有散熱器基座，所述散熱器基座包括散熱介質(zhì)入口和散熱介質(zhì)出口，散熱介質(zhì)從散熱介質(zhì)入口進(jìn)入散熱器基座內(nèi)部并與絕緣基板的底部接觸，再通過(guò)散熱介質(zhì)出口流出。

進(jìn)一步的，所述絕緣基板的底部連接有焊接層，焊接層與散熱器基座之間設(shè)有分流板，所述分流板在散熱介質(zhì)入口和散熱介質(zhì)出口連線的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)有分流梁，分流板底部設(shè)有分流柵組，分流柵組將分流板分隔成多個(gè)分流區(qū)。

進(jìn)一步的，所述分流區(qū)的個(gè)數(shù)與絕緣基板的個(gè)數(shù)相同，每個(gè)絕緣基板的下方都對(duì)應(yīng)一個(gè)分流區(qū)。

進(jìn)一步的，所述分流柵組包括多列分流柵，多列分流柵與分流梁交叉后將每個(gè)分流區(qū)分隔成兩個(gè)散熱區(qū)，所述分流柵包括多個(gè)分流齒。。

進(jìn)一步的，所述焊接層在散熱區(qū)的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)有焊接散熱孔，焊接散熱孔的面積不小于散熱區(qū)的面積。

進(jìn)一步的，所述散熱器基座在散熱介質(zhì)入口和散熱介質(zhì)出口處均設(shè)有導(dǎo)流槽。

進(jìn)一步的，所述分流板底部設(shè)有與導(dǎo)流槽相應(yīng)的凹槽，導(dǎo)流槽與凹槽配合形成導(dǎo)流道。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)流槽末端連接有與導(dǎo)流槽垂直設(shè)置的散熱介質(zhì)緩沖槽。

進(jìn)一步的，所述散熱器基座與分流板之間設(shè)有密封條。

進(jìn)一步的，所述散熱器基座內(nèi)部設(shè)有凸臺(tái)，凸臺(tái)置于散熱區(qū)內(nèi)，凸臺(tái)的高度不超過(guò)分流板的厚度。

有益效果：本發(fā)明通過(guò)將功率模塊與散熱器集成一體化，省掉了導(dǎo)熱硅脂層；減少了傳熱路徑，散熱介質(zhì)可以直接與絕緣基板下方的金屬層進(jìn)行換熱，省去了傳熱路徑中安裝的二次焊接層、底板層、導(dǎo)熱硅脂層及散熱器，不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，還減小了功率模塊的熱阻，提高了功率模塊的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的爆炸圖；

圖3是散熱器基座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是裝配有凸臺(tái)的散熱器基座結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是分流板與散熱器基座的裝配示意圖；

圖6(a)、圖6(b)是散熱介質(zhì)流向示意圖；

圖7是功率模塊及散熱裝置底面示意圖；

圖8是安裝有分流板的功率模塊底面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)一個(gè)最佳實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1、圖2所示，一種集成散熱器的功率模塊，包括絕緣基板1，由于本發(fā)明功率模塊中集成了散熱裝置，在使用時(shí)功率模塊絕緣基板1下方由于散熱介質(zhì)壓力的存在，容易造成絕緣基板1變形及焊層疲勞。為了避免絕緣基板1變形及焊接層3的過(guò)早疲勞失效，絕緣基板1中的絕緣陶瓷層優(yōu)先選用厚度為0.63mm以上的Al₂O₃，或者AlN，或者Si₃N₄，并且對(duì)于較大面積的絕緣基板1，建議將絕緣基板1分區(qū)域焊接，即分流板4多設(shè)置分流梁41；所述絕緣基板1上設(shè)有芯片集合，芯片集合可以是Si基IGBT芯片、Si基FRD芯片，也可以是寬帶隙SiC-MOSFET芯片、SiC二極管芯片，或者是上述芯片的混合組合。絕緣基板1的底部焊接有焊接層3，芯片集合、絕緣基板1和焊接層3均安裝在外殼內(nèi)，所述絕緣基板1下方設(shè)有散熱器基座2，散熱器基座如圖3所示，為了減輕重量，散熱器基座2可以采用鋁合金材料；散熱器基座2與外殼相扣合，所述散熱器基座2包括散熱介質(zhì)入口21和散熱介質(zhì)出口22，圖中標(biāo)注的散熱介質(zhì)入口21和散熱介質(zhì)出口22是可以互換的，兩邊是相同的兩個(gè)孔，并不限制具體哪個(gè)是散熱介質(zhì)入口21哪個(gè)是散熱介質(zhì)出口22，具體以散熱介質(zhì)的流向而定；散熱介質(zhì) 入口21的外側(cè)和散熱介質(zhì)出口22的外側(cè)均安裝有導(dǎo)管7，用于接入和接出散熱介質(zhì)，散熱器基座2與外殼之間設(shè)有密封條5，散熱介質(zhì)從散熱介質(zhì)入口21進(jìn)入散熱器基座2內(nèi)部并與絕緣基板1的底部接觸，再通過(guò)散熱介質(zhì)出口22流出，散熱介質(zhì)可以直接與絕緣基板1下表面的金屬層進(jìn)行換熱，本實(shí)施例中的絕緣基板1為絕緣覆銅基板，其金屬層即為銅層。

焊接層3與散熱器基座2之間設(shè)有分流板4，分流板4與絕緣基板1通過(guò)焊接層3連接，為了便于絕緣基板1與分流板4的焊接，分流板4采用純銅或者采用鋁表面鍍鎳或者采用AlSiC表面鍍鎳；如圖8所示，分流板4在散熱介質(zhì)入口21和散熱介質(zhì)出口22連線的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)有分流梁41，分流板4底部設(shè)有分流柵42組，分流柵42組將分流板4分隔成多個(gè)分流區(qū)，分流區(qū)的個(gè)數(shù)與絕緣基板1的個(gè)數(shù)相同，每個(gè)絕緣基板1的下方都對(duì)應(yīng)一個(gè)分流區(qū)，分流柵42組包括多列分流柵42，多列分流柵42與分流梁41交叉后將每個(gè)分流區(qū)分隔成兩個(gè)散熱區(qū)，所述分流柵42包括多個(gè)分流齒。本實(shí)施例中有三個(gè)絕緣基板1，為了增強(qiáng)散熱效果，每個(gè)絕緣基板1對(duì)應(yīng)一個(gè)分流區(qū)和兩個(gè)散熱區(qū)。

絕緣基板1、分流板4與散熱器基座2相配合，共同組成液冷散熱器的流道。絕緣基板1下方的部分金屬層通過(guò)焊接層3與分流板4連接，分流板4的分流柵42和分流梁41對(duì)散熱介質(zhì)進(jìn)行分流，可以將芯片集合產(chǎn)生的熱量通過(guò)絕緣基板1、分流板4及時(shí)帶出。

分流柵42組包括多列分流柵42，所述分流柵42包括多個(gè)分流齒，每列分流柵42被分流梁41分割成上下兩部分，上下兩部分分流齒的個(gè)數(shù)可以相同，也可以根據(jù)其對(duì)應(yīng)的絕緣基板1局部熱度來(lái)調(diào)節(jié)上下部分的分流齒個(gè)數(shù)。

每列所述分流柵42包括4～12個(gè)分流齒，本實(shí)施例中分流齒為長(zhǎng)方體，也可以采用截面為倒梯形或者三角形的分流齒，或者是將分流齒之間的間隙設(shè)置呈圓弧形狀。

焊接層3在散熱區(qū)的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)有焊接散熱孔31，焊接散熱孔31的面積不小于散熱區(qū)的面積，焊接層3在本實(shí)施例中的作用是焊接絕緣基板1和分流板4，焊接區(qū)域大小及形狀可根據(jù)絕緣基板1的大小進(jìn)行設(shè)計(jì)，本實(shí)施例從圖中可知，焊接散熱孔31為三個(gè)日字型孔，實(shí)際操作中也可以根據(jù)絕緣基板1或者分流板4的形狀調(diào)整焊接層3的形狀，焊接層3還可以起到密封的作用；為了保證較好的焊接密封效果，以及減少芯片至分流板4的熱阻，建議采用錫膏真空工藝進(jìn)行焊接。。

散熱器基座2在散熱介質(zhì)入口21和散熱介質(zhì)出口22處均設(shè)有導(dǎo)流槽23。

分流板4底部設(shè)有與導(dǎo)流槽23相應(yīng)的凹槽43，導(dǎo)流槽23與凹槽43配合形成導(dǎo)流道，所述散熱介質(zhì)入口21和散熱介質(zhì)出口22均為圓形孔，因此為了與圓形孔相適配，導(dǎo)流槽23與凹槽43均為半圓柱形狀，導(dǎo)流槽23與凹槽43拼合形成圓柱形的導(dǎo)流道，若散熱介質(zhì)入口21和散熱介質(zhì)出口22不是圓形孔，導(dǎo)流槽23與凹槽43也可以根據(jù)散熱介質(zhì)入口21和散熱介質(zhì)出口22設(shè)置為其他形狀如長(zhǎng)方體或底面為橢圓的柱體。

導(dǎo)流槽23末端，即導(dǎo)流槽23不連接散熱介質(zhì)入口21或散熱介質(zhì)出口22的一端，連接有與導(dǎo)流槽23垂直設(shè)置的散熱介質(zhì)緩沖槽24，本實(shí)施例中散熱介質(zhì)緩沖槽24為長(zhǎng)方體形狀，也可以是半圓柱或截面為橢圓形的柱體等其他形狀，分流梁41的長(zhǎng)度不超過(guò)散熱介質(zhì)入口21處的散熱介質(zhì)緩沖槽24到散熱介質(zhì)出口22處的散熱介質(zhì)緩沖槽24之間的距離。

上述導(dǎo)流槽23、凹槽43和分流槽均具有緩沖作用，可防止散熱介質(zhì)短路，即散熱介質(zhì)從最短路徑流出，在流道內(nèi)的不均勻流動(dòng)影響了散熱均勻性；同時(shí)分流板4兩端的分流梁41也可以避免入口散熱介質(zhì)直接進(jìn)入流道，有利于流場(chǎng)的均勻性，從而保證具有良好的散熱效果。

散熱器基座2與分流板4之間設(shè)有密封條5，散熱器基座2的上邊緣內(nèi)側(cè)設(shè)有倒角，本實(shí)施例中的倒角為四分之一圓周形狀，分流板4與散熱器基座2相扣合的縫隙處也設(shè)有四分之一圓周形狀的倒角，散熱器基座2的倒角與分流板4的倒角之間設(shè)有密封條5，該密封條5可以是密封圈也可以是注入的密封粘結(jié)膠，密封條5被外殼壓住，將分流板4與散熱器基座2扣合的縫隙密封，確保散熱器內(nèi)部無(wú)散熱介質(zhì)外溢；焊接層3將分流板4與絕緣基板1焊接在一起，有效阻止散熱介質(zhì)流入芯片集合內(nèi)。

如圖4所示，所述散熱器基座2內(nèi)部設(shè)有凸臺(tái)6，凸臺(tái)6置于散熱區(qū)內(nèi)，凸臺(tái)6的高度不超過(guò)分流板4的厚度，靠近散熱介質(zhì)緩沖槽24的凸臺(tái)6其靠近散熱介質(zhì)緩沖槽24的側(cè)面是豎直設(shè)置的，其他的凸臺(tái)6為棱臺(tái)形狀，為便于加工及安裝，將凸臺(tái)6的底部的四個(gè)角切割掉一小塊三角形；

凸臺(tái)6的主要作用：一、防止散熱介質(zhì)短路，即散熱介質(zhì)從最近的路徑直接流出；二、使散熱介質(zhì)可以較好地與絕緣基板1下方的金屬層進(jìn)行接觸，增加局部流速、減少流動(dòng)邊界層厚度，從而實(shí)現(xiàn)較好的換熱效果。因此，凸臺(tái)6的高度決定散熱介質(zhì)的局部流速，可以用來(lái)減少散熱介質(zhì)的流動(dòng)邊界層厚度、增加局部對(duì)流換熱系數(shù)，凸臺(tái)6的高度大于分流板4分流柵42組的厚度，此時(shí)可有效避免散熱介質(zhì)的層流狀態(tài)。凸臺(tái)6的個(gè)數(shù)與散熱區(qū)的個(gè)數(shù)相同，都是由絕緣基板1的個(gè)數(shù)決定的；凸臺(tái)6與散熱器基座2為一體結(jié)構(gòu)；或在凸臺(tái)6內(nèi)設(shè)置螺孔，可 以通過(guò)螺栓將凸臺(tái)6固定在散熱器基座2內(nèi)部；或者將凸臺(tái)6通過(guò)粘結(jié)的方式固定在散熱器基座2內(nèi)部。

本發(fā)明的安裝方法：

首先，將凸臺(tái)6通過(guò)螺絲或粘結(jié)等方式固定在所述散熱器基座2內(nèi)部，使用螺絲固定時(shí)，所述散熱器基座2內(nèi)部的螺紋孔為盲孔；然后將絕緣基板1及通過(guò)焊接層3焊接在絕緣基板1下方的分流板4一并裝在散熱器基座2上。此時(shí)，分流板4、絕緣基板1、散熱器基座2、凸臺(tái)6組成完整的流道結(jié)構(gòu)。

散熱器基座2上邊緣內(nèi)側(cè)設(shè)有倒角，并且分流板4與散熱器基座2相扣合的縫隙處也設(shè)有倒角，扣合時(shí)其結(jié)合處形成槽，如圖5所示，在槽內(nèi)注入密封粘結(jié)膠或放置密封條5，密封后安裝外殼，利用螺絲將所述散熱器基座2、分流板4、外殼鎖緊在一起。最后，在散熱介質(zhì)入口21的外側(cè)和散熱介質(zhì)出口22的外側(cè)安裝導(dǎo)管，用于接入和接出散熱介質(zhì)，如圖6(a)、6(b)所示，功率模塊整體的背面如圖8所示。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“水平”、“豎直”、“上”、“下”、“寬度”、“正面”、“背面”、“底部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的設(shè)備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明省去了傳統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)的二次焊接層、底板層、導(dǎo)熱硅脂層及散熱器，不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，還減小了功率模塊的熱阻，提高了功率模塊的可靠性。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。