疊加型功率模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種疊加型功率模塊，屬于功率半導(dǎo)體模塊制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體功率模塊主要包括底板、覆金屬陶瓷基板、半導(dǎo)體芯片、電極端子和殼體。通常功率模塊里有數(shù)個(gè)功率半導(dǎo)體芯片，如MOSFET或IGBT芯片以及二極管芯片被集成并被焊接于或被粘貼于覆金屬陶瓷基板的金屬層上，同時(shí)電極端子也焊接在覆金屬陶瓷基板的金屬層上并穿出殼體與外部設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)功率模塊的輸入和輸出，覆金屬陶瓷基板再焊接在銅底板上。在半導(dǎo)體功率模塊在工作過程中，半導(dǎo)體芯片所產(chǎn)生的熱量能通過銅底板迅速吸收。由于銅底板與鋁材相比比熱小，熱逃逸速度較慢，不能及時(shí)將模塊內(nèi)的熱量散出，故需將功率模塊底部安裝在散熱器上進(jìn)行散熱。
[0003]覆金屬陶瓷基板是將金屬箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁(AL2Q3)陶瓷基片或氮化鋁(ALN)陶瓷基片雙面上的特殊工藝板，使覆金屬陶瓷基板在保證良好導(dǎo)熱性能的同時(shí)還提供了相對(duì)于功率模塊底板的電氣絕緣，由于功率電子器件需要在-40°C至125°C的溫度循環(huán)環(huán)境下進(jìn)行工作，因此目前覆金屬陶瓷基板的熱量是依靠與其連接的銅底板以及固定在銅底板下部的散熱器進(jìn)行散熱。這種散熱結(jié)構(gòu)存在以下問題:1、由于功率模塊安裝在散熱器上，因此需要有導(dǎo)熱硅脂填充銅底板與散熱器之間的空隙，增加了熱阻，尤其芯片與散熱器的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，因此降低了散熱效果。2、覆金屬陶瓷基板上面分別焊接芯片等器件，而其底部與銅底板焊接，多次焊接后，覆金屬陶瓷基板往往會(huì)出現(xiàn)內(nèi)凹的現(xiàn)象，而不能與銅底板形成良好、緊密的接觸，故會(huì)影響功率模塊在工作中的散熱效果，如果熱量長(zhǎng)時(shí)間積累在功率模塊中不能及時(shí)散掉，會(huì)大大影響功率模塊的質(zhì)量，甚至損壞功率模塊中的芯片，導(dǎo)致功率模塊損壞。3、當(dāng)散熱器連接在銅底板的底部，而散熱器的高度較高，因此會(huì)增加功率器件的安裝高度，使其體積較大，對(duì)于一些狹小的安裝空間，則不能適用。4、隨著技術(shù)的發(fā)展，用戶在使用時(shí)需要將多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的功率模塊進(jìn)行組合，需要設(shè)計(jì)較大尺寸散熱器分別放置功率模塊，不僅占用空間大，而且功率模塊的應(yīng)用受到很大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單，在各功率模塊疊放時(shí)，能將各功率模塊內(nèi)的冷卻腔體串聯(lián)的疊加型功率模塊。
[0005]本發(fā)明為達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是:一種疊加型功率模塊，其特征在于:包括基板和復(fù)合在基板上端面的金屬層，至少三個(gè)電極端子嵌接在基板，各電極端子的一端與金屬層連接、另一端伸出基板外側(cè)，所述基板內(nèi)設(shè)有冷卻腔體，第一管接頭和第二管接頭分別豎置并固定在基板的兩側(cè)，第一管接頭和第二管接頭與冷卻腔體相通，且第一管接頭的上端接口和下端接口以及第二管接頭的上端接口和下端接口分別伸出基板的上、下端面，第一管接頭的上端接口通過冷卻腔體與第二管接頭的下端接口相通，第一管接頭的下端接口及第二管接頭的上端接口安裝有可拆卸堵頭；或第二管接頭的上端接口通過冷卻腔體與第一管接頭的下端接口相通，第二管接頭的下端接口及第一管接頭的上端接口安裝有可拆卸堵頭。
[0006]本發(fā)明的基板內(nèi)設(shè)有用于冷卻液通過的冷卻腔體，分別固定在基板的上第一管接頭和第二管接頭伸出基板的上下端面并與冷卻腔體相通，因此方便各功率模塊從上至下依次疊放，由于基板一個(gè)管接頭的上端接口通過冷卻腔體與另一管接頭的下端接口相通，而其它的接口安裝有可拆拆卸堵頭，結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單，基板具有較好的通用性，當(dāng)連接管將相鄰兩基板同側(cè)的管接頭上、下兩端接口連接時(shí)，使各相鄰基板內(nèi)的冷卻腔體形成串聯(lián)流道，通過冷卻液強(qiáng)制對(duì)功率模熱塊在工作中所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散熱，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合下均無(wú)需配備專用散熱器，使功率模塊的應(yīng)用更加便捷靈活。本發(fā)明基板內(nèi)設(shè)有冷卻腔體，并通過第一管接頭和二接頭與相鄰功率模塊連接，通過冷卻液強(qiáng)制對(duì)各基板進(jìn)行冷卻，當(dāng)多個(gè)功率模塊疊放后，能省去下部大尺寸的散熱器，從而達(dá)多個(gè)功率模塊組裝后使體積最小，并減輕重量，滿足了整機(jī)對(duì)功率模塊必須緊湊且重量輕的要求。本發(fā)明基板將散熱器集成在一起，而電極端子是嵌接在基板上，無(wú)需對(duì)電極端子進(jìn)行熱焊接，且也無(wú)需外殼粘接，從而大大簡(jiǎn)化了功率模塊的生產(chǎn)工藝。本發(fā)明金屬層直接與基板連接，而基板內(nèi)置有冷卻腔體，能減小半導(dǎo)體芯片到散熱器之間的距離，從而減小了半導(dǎo)體芯片到散熱器的熱阻，同時(shí)也因省去導(dǎo)熱娃脂層，大大降低了功率|旲塊的熱阻提聞散熱效率，提聞了功率|旲塊的壽命和可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0007]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0008]圖1是本發(fā)明的疊加型功率模塊的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的疊加型功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3是圖2的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖4是本發(fā)明的疊加型功率模塊疊放時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。.
[0012]其中:1一基板，1-1 一凸起周邊，1-2—冷卻腔體，2—第一管接頭，3—支承件，4一電極端子，5一半導(dǎo)體芯片,6—金屬層,7—第二管接頭，8—連接管。
【具體實(shí)施方式】
[0013]見圖1?3所示，本發(fā)明的疊加型功率模塊，包括基板I和復(fù)合在基板I上端面的金屬層6，金屬層6上設(shè)有電路圖案，金屬層6根據(jù)需要蝕有各種互連圖形，各半導(dǎo)體芯片5焊接在金屬層6上以組成所需的電路。見圖1?3所示，發(fā)明的基板I上部具有凸起周邊1-1，至少三個(gè)電極端子4嵌接在基板I上，各電極端子4的一端與金屬層6連接、另一端伸出基板I外側(cè)，而基板I內(nèi)設(shè)有冷卻腔體1-2，本發(fā)明的基板I可采用陶瓷基板，第一管接頭2和第二管接頭7分別豎置并固定在基板I的兩側(cè)，第一管接頭2和第二管接頭7與冷卻腔體1-2相通，第一管接頭2的上端接口和下端接口以及第二管接頭7的上端接口和下端接口分別伸出基板I的上、下端面，可根據(jù)安裝需要將可拆卸堵頭的安裝接口處。
[0014]見圖1?3所示，本發(fā)明基板I上第一管接頭2的上端接口通過冷卻腔體1-2與第二管接頭7的下端接口相通，第一管接頭2的下端接口及第二管接頭7的上端接口安裝有可拆卸堵頭，可拆卸堵頭可采用螺紋塞或帽蓋等；或本發(fā)明基板I上第二管接頭7的上端接口通過冷卻腔體1-2與第一管接頭2的下端接口相通，第二管接頭7的下端接口及第一管接頭2的上端接口安裝有可拆卸堵頭。見圖4所示，當(dāng)三個(gè)功率模塊疊放時(shí)，頂部基板上的第一管接頭2的上端接口與外部管連接，底部基板其第二管接頭7的下端接口與外部管路連接，頂部基板第二管接頭7的下端接口通過連接管8與中間基板的第二管接頭的上端接口連接，中間基板上第一管接頭2的下端接口通過連接管8與底部基板的第一管接頭2的上端接口連接，使各基板I內(nèi)的冷卻腔體1-2形成串聯(lián)回路，通過外部冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱強(qiáng)制換。
[0015]見圖1?4所示，本發(fā)明為方便各功率模塊的疊放，基板I上端面或/和下端面設(shè)有至少兩支承件3，該支承件3設(shè)置在基板I的兩側(cè)或?qū)牵ㄟ^支承件3支承相鄰的功率模塊，支承件3上具有安裝孔，且安裝孔穿過基板I，螺栓穿過各功率模塊上的支承件3與鎖緊件連接，將多個(gè)功率模塊連接。
[0016]見圖1所示，本發(fā)明基板I內(nèi)的冷卻腔體1-2由三個(gè)以上相接并相通的U形管構(gòu)成，以擴(kuò)大冷卻面積，冷卻腔體1-2的兩端分別與第一管接頭2和第二管接頭7相通，且冷卻腔體1-2的兩端分別設(shè)置在基板I兩側(cè)或基板I對(duì)角處。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種疊加型功率模塊，其特征在于:包括基板(I)和復(fù)合在基板(I)上端面的金屬層(6)，至少三個(gè)電極端子(4)嵌接在基板(1)，各電極端子(4)的一端與金屬層(6)連接、另一端伸出基板(I)外側(cè)，所述基板(I)內(nèi)設(shè)有冷卻腔體(1-2)，第一管接頭(2)和第二管接頭(7)分別豎置并固定在基板(I)的兩側(cè)，第一管接頭(2)和第二管接頭(7)與冷卻腔體(1-2)相通，且第一管接頭(2)的上端接口和下端接口以及第二管接頭(7)的上端接口和下端接口分別伸出基板(I)的上、下端面，第一管接頭(2)的上端接口通過冷卻腔體(1-2)與第二管接頭(7)的下端接口相通，第一管接頭(2 )的下端接口及第二管接頭(7)的上端接口安裝有可拆卸堵頭；或第二管接頭(7)的上端接口通過冷卻腔體(1-2)與第一管接頭(2)的下端接口相通，第二管接頭(7)的下端接口及第一管接頭(2)的上端接口安裝有可拆卸堵頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊加型功率模塊，其特征在于:所述基板(I)內(nèi)的冷卻腔體(1-2)由三個(gè)以上首尾相接并相通的U形管構(gòu)成，冷卻腔體(1-2)的兩端分別與第一管接頭(2)和第二管接頭(7)相通，且冷卻腔體(1-2)的兩端分別設(shè)置在基板(I)兩側(cè)或基板(I)對(duì)角處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊加型功率模塊，其特征在于:所述基板(I)上端面或/和下端面設(shè)有至少兩支承件(3 )，支承件(3 )設(shè)置在基板(I)的兩側(cè)或?qū)恰?br>4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的疊加型功率模塊，其特征在于:所述的支承件(3)上設(shè)有安裝孔，且安裝孔穿過基板(I )，螺栓穿過各基板(I)及支承件與鎖緊件連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種疊加型功率模塊，包括基板和復(fù)合在基板上端面的金屬層，至少三個(gè)電極端子嵌接在基板，第一管接頭和第二管接頭分別豎置并固定在基板的兩側(cè)，第一管接頭和第二管接頭與基板內(nèi)的冷卻腔體相通，第一管接頭的上、下端接口以及第二管接頭的上、下端接口分別伸出基板的上、下端面，第一管接頭的上端接口通過冷卻腔體與第二管接頭的下端接口相通，第一管接頭的下端接口及第二管接頭的上端接口安裝有可拆卸堵頭；或第二管接頭的上端接口通過冷卻腔體與第一管接頭的下端接口相通，第二管接頭的下端接口及第一管接頭的上端接口安裝有可拆卸堵頭。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單，在各功率模塊疊放時(shí)，能將各功率模塊內(nèi)的冷卻腔體形成串聯(lián)。
【IPC分類】H01L23-473, H01L23-48
【公開號(hào)】CN104617064
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310539473
【發(fā)明人】麻長(zhǎng)勝, 王曉寶, 趙善麒
【申請(qǐng)人】江蘇宏微科技股份有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2013年11月4日