[發明專利]功率組件

無效

• 申請號: 200710096419.1
• 申請日: 2007-04-13
• 公開（公告）號: CN101068009A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 渥美貴司;鵜飼順三;江藤賢二;中村賢治;臺座攝人;P·A·梅洛尼;A·N·斯拉姆;K·D·羅伯茨;D·L·舒頓
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社;納幕爾杜邦公司
• 主分類號: H01L23/36
• 分類號: H01L23/36;H01L23/373
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 林柏楠;張耀宏

技術領域

本發明涉及一種能夠將來自功率設備的熱高效散發到散熱器的功率組件。

背景技術

近年來，半導體集成電路用在包括電子設備的廣闊領域，并且對于那些要求特別大量電能的設備，采用其中安裝有功率設備的功率組件。在這種功率組件中，為了將功率設備隨著耗電而產生的大量熱散發，采用一種多層散熱結構，其由功率設備安裝在其上的金屬線路板、氮化鋁等的陶瓷絕緣層、金屬散熱板和散熱器組成。因而，在用于功率組件的常規散熱結構中，氮化鋁等的陶瓷絕緣層用在構成該組件的各層中的至少一層中。

圖5示出了其中采取散熱措施的常規功率組件的實例。功率組件500包括IGBT芯片54，它是功率設備，經第一焊料層55安裝。在氮化鋁絕緣材料58(絕緣材料)的上方表面和下方表面上設置有作為金屬線路板的鋁線路板57和鋁板59。第一焊料層55連結到鍍Ni層56，而鍍Ni層56以覆蓋鋁線路板57的方式形成。形成鍍Ni層是為了獲得相對于焊料層的良好潤濕性。鍍Ni層60形成在鋁板59的下方表面上。鍍Ni層60經第二焊料層61和形成在第二焊料層61的下方表面上的鍍Ni層62連結到散熱板63。鍍Ni層64形成在散熱板63的下方表面上。鍍Ni層64經第三焊料層或硅脂層65和鍍Ni層66與散熱器67熱連結。散熱器67將熱散發到冷卻水68或空氣中。

作為功率設備的IGBT芯片54或鋁線路板57產生的大量熱依次傳導通過第一焊料層55、鍍Ni層56、作為金屬線路板的鋁線路板57、作為絕緣材料的氮化鋁絕緣材料58、鋁板59、鍍Ni層60、第二焊料層61、鍍Ni層62、散熱板63、鍍Ni層64、第三焊料層或硅脂層65、鍍Ni層66和散熱器67，由此將熱最終散發到冷卻水68或空氣中。

因而，常規功率設備是由14級組成的標準安裝結構，導致復雜制造工藝的問題。這導致最終產品成本上升。而且，成層部件的數目多。雖然例如為了小型化可以將焊料層厚度減少到幾百個μm，但這3個焊料層本身散熱不好，并且存在許多不同材料的粘結界面，干擾了散熱。因此，帶來的不便是功率設備產生的熱不能被有效地導到散熱器材料。此外，功率設備的常規安裝結構復雜，可能導致組件本身的可靠性問題。

帶有這種常規散熱結構的功率設備的實例公開在專利申請(Kokai)No.2003-218298A中。

發明內容

鑒于常規功率設備的上述問題，即復雜的安裝結構、高成本、差的散熱和可靠性，本發明的目的是通過簡化功率設備的安裝結構來降低成本，并改善散熱和可靠性。

本發明基于本發明人的發現：可以通過使用樹脂基絕緣材料替代常規陶瓷絕緣材料來解決這些問題。

一方面，本發明提供了一種功率組件，包括：金屬線路板；功率設備，其經焊料層設置在金屬線路板的上方表面上；金屬散熱板，其設置在金屬線路板的下方表面上；和散熱器，其設置在金屬散熱板的下方表面上。該功率組件還包括設置在前述層中任何兩層之間的樹脂基絕緣層。

本發明的功率組件的基本形式如下：

(1)功率組件從上到下包括：功率設備；經焊料層設置在功率設備下方表面上的金屬線路板；經樹脂基絕緣層設置在金屬線路板的下方表面上的金屬散熱板；和散熱器，其經焊料或硅脂(優選鍍Ni層設置在金屬散熱板的下方表面上且在散熱器的上方表面上)設置在金屬散熱板的下方表面上。由此，該結構簡化為9級結構。當使用陶瓷絕緣層時，需要焊料層以與另一層相粘結，并且需要在該焊料層上形成鍍Ni層。但是，根據本發明，這種鍍Ni層不再需要或需要的量小。此外，本發明要求至多兩級焊料層，并且金屬線路板可以由不昂貴的低電阻材料(例如銅或鋁)構成。此外，金屬線路板和金屬散熱板可以利用簡單方法，例如熱壓粘合通過樹脂基絕緣材料連結。因此，該組件的散熱結構大大簡化，從而可以實現成本降低和組件可靠性提高。

以上是本發明功率組件的基本形式。本發明還包括下面的變化方案(2)-(4)。

(2)基于前述常規結構，且其中陶瓷絕緣材料替換為樹脂基絕緣材料的結構。具體地，功率組件從上到下包括：功率設備；經焊料層設置在功率設備下方表面上的金屬線路板；經樹脂基絕緣層設置在金屬線路板的下方表面上的金屬板；設置在金屬板的下方表面上的金屬散熱板；和經焊料或硅脂層設置在金屬散熱板的下方表面上的散熱器。

(3)以上基本結構的線路板和散熱板合并的結構。具體地，功率組件從上到下包括：功率設備；經焊料層設置在功率設備的下方表面上的金屬線路板/金屬散熱板；經樹脂基絕緣層設置在金屬線路板/金屬散熱板的下方表面上的金屬板；和經焊料或硅脂層設置在金屬板的下方表面上的散熱器。