[實用新型]一種半導(dǎo)體功率模塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020150142.3
• 申請日: 2010-03-29
• 公開（公告）號: CN201667332U
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林勇釗;林信平;陳永恒
• 申請（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種半導(dǎo)體功率模塊。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體功率模塊(例如：IGBT功率模塊)的性能會由于半導(dǎo)體元件通電產(chǎn)生的熱量而受到影響，因而，通常將安裝有半導(dǎo)體元件的覆金屬陶瓷基板固定于散熱器(或散熱板)上，并通過散熱器來進行有效散熱。當半導(dǎo)體元件工作時，由半導(dǎo)體元件發(fā)出的熱傳遞至散熱器的過程中，覆金屬陶瓷基板和散熱器的溫度變高，產(chǎn)生熱膨脹；當半導(dǎo)體元件停止發(fā)熱時，覆金屬陶瓷基板和散熱器中的溫度降低至室溫，產(chǎn)生冷收縮。如果將覆金屬陶瓷基板直接安裝在散熱器上，在冷熱循環(huán)過程中，由于覆金屬陶瓷基板(包括：陶瓷基板、正面金屬板和背面金屬板等部分)以及散熱器的線性熱膨脹系數(shù)的差異會產(chǎn)生熱應(yīng)力，并導(dǎo)致散熱器、覆金屬陶瓷基板發(fā)生變形或者在兩者的結(jié)合界面處產(chǎn)生分裂，因而需要在散熱器與覆金屬陶瓷基板之間設(shè)置具有兩者中間的線膨脹率的應(yīng)力緩沖層。

目前常見的半導(dǎo)體功率模塊在產(chǎn)生熱量的元件下方依次鋪設(shè)雙面覆金屬陶瓷基板、應(yīng)力緩沖層和散熱器。其中，應(yīng)力緩沖層選擇線膨脹系數(shù)在陶瓷基板和散熱器之間、且散熱良好的材料，例如：氧化鋁覆銅基板(或者氮化鋁覆銅基板)和鋁制散熱器之間的應(yīng)力緩沖層通常選用鉬銅合金。然而，鉬銅合金的價格昂貴且密度比較大，這樣增加了模塊的成本和重量，同時，在鉬銅合金層和散熱器的連接上需要采用導(dǎo)熱硅脂，導(dǎo)熱硅脂的熱導(dǎo)率低(熱導(dǎo)率為3W/mK左右)，因而會大大降低了模塊整體的散熱能力。

中國公開號為CN101341592A的實用新型專利申請公開了一種半導(dǎo)體模塊，包括：陶瓷基板、接合于基板正表面的正面金屬板、接合于背表面的背面金屬板、和接合于該背面金屬板的散熱器。所述背面金屬板具有面對散熱器的接合表面。接合表面包括接合區(qū)和非接合區(qū)。該非接合區(qū)包括沿背面金屬板的厚度方向延伸的凹陷。背面金屬板的接合區(qū)的面積占背面金屬板的接合表面的總面積的65％～85％。該技術(shù)方案省去了陶瓷基板和散熱器之間的應(yīng)力緩沖層，而是在背面金屬板的結(jié)合表面上設(shè)置與散熱器直接接觸的結(jié)合區(qū)，并通過設(shè)置具有特定形狀和尺寸凹陷的非結(jié)合區(qū)，來實現(xiàn)陶瓷基板與散熱器之間的應(yīng)力匹配，但是這種半導(dǎo)體模塊在實現(xiàn)熱應(yīng)力匹配的同時，卻減少了熱傳導(dǎo)的有效面積，難以實現(xiàn)熱傳導(dǎo)的最大化。

實用新型內(nèi)容

本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體功率模塊難以同時兼具良好的散熱性能和熱應(yīng)力緩和性能的技術(shù)問題。

本實用新型提供了一種半導(dǎo)體功率模塊，包括：

散熱器；

覆金屬陶瓷基板，安裝于所述散熱器上，包括：具有正表面和背表面的陶瓷基板、設(shè)于所述陶瓷基板正表面的正面金屬板、以及設(shè)于所述陶瓷基板背表面的背面金屬板；

半導(dǎo)體元件，焊接于所述正面金屬板上；

殼體，內(nèi)置并密封所述半導(dǎo)體元件；

其中，所述散熱器朝向背面金屬板的一端設(shè)有冷卻槽，所述背面金屬板固定于散熱器上并密封所述冷卻槽。

優(yōu)選地，所述散熱器上設(shè)有與所述背面金屬板相適配的下凹結(jié)構(gòu)，所述冷卻槽設(shè)于下凹結(jié)構(gòu)的下方，所述背面金屬板安裝于下凹結(jié)構(gòu)內(nèi)并密封所述冷卻槽的槽口。

優(yōu)選地，所述散熱器與所述背面金屬板相接觸的端面設(shè)為結(jié)合面，所述結(jié)合面設(shè)有冷卻區(qū)和結(jié)合區(qū)；所述冷卻區(qū)由所述冷卻槽的槽口形成，冷卻區(qū)的面積占所述結(jié)合面總面積的35～70％。

優(yōu)選地，所述結(jié)合區(qū)設(shè)于所述冷卻區(qū)的周緣，其與背面金屬板之間設(shè)有連接層；所述背面金屬板與結(jié)合區(qū)通過連接層相連接并相應(yīng)的密封所述冷卻區(qū)。

優(yōu)選地，所述冷卻槽的進、出水端分別設(shè)有進、出水管，所述進、出水管的設(shè)置高度低于所述冷卻槽的設(shè)置高度。

優(yōu)選地，所述冷卻槽為彎折槽，其進、出水端朝向散熱器的同一側(cè)，其橫截面呈圓弧形、方形或者U形。

優(yōu)選地，所述背面金屬板的長寬尺寸大于所述陶瓷基板以及正面金屬板。

優(yōu)選地，所述陶瓷基板是厚度為0.1～1.5mm的氧化鋁陶瓷板或者厚度為0.3～1.5mm的氮化鋁陶瓷板；所述正面金屬板是厚度為0.3～0.6mm的鋁板或鋁合金板；所述背面金屬板是厚度為1～3mm的鋁合金板。

優(yōu)選地，所述殼體固定于背面金屬板上，殼體內(nèi)置所述陶瓷基板、正面金屬板以及半導(dǎo)體元件，并且殼體內(nèi)的空隙部分灌封有導(dǎo)熱體。

優(yōu)選地，所述背面金屬板超出陶瓷基板的部分設(shè)置固定部，所述固定部上設(shè)有固定孔，所述殼體的外緣相應(yīng)的設(shè)有通孔，所述散熱器上相應(yīng)的設(shè)有安裝孔；通過固定件依次連接所述通孔、固定孔以及安裝孔，所述殼體、背面金屬板固定于所述散熱器上。