[發(fā)明專(zhuān)利]電力電子功率模塊散熱結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210054548.5
• 申請(qǐng)日: 2012-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102595859A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭清;翟超;汪濤;盛況;陳思哲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H05K7/20
• 分類(lèi)號(hào): H05K7/20;H05K1/02;B32B15/04;B32B15/20;B32B18/00
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及適合應(yīng)用于大功率電力半導(dǎo)體模塊、功率控制電路、智能功率組件和高頻開(kāi)關(guān)電源等，具體是涉及一種電力電子功率模塊散熱結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

雙面覆銅板（DBC）是指銅箔在高溫下直接鍵合到陶瓷基片，如氧化鋁或氮化鋁表面上的工藝方法。所制成的超薄復(fù)合基板具有優(yōu)良電絕緣性能，高導(dǎo)熱特性，優(yōu)異的軟釬焊性和高的附著強(qiáng)度，并可像印刷電路板一樣能刻蝕出各種圖形，具有很大的載流能力。因此，雙面覆銅板已成為大功率電力電子電路結(jié)構(gòu)技術(shù)和互連技術(shù)的基礎(chǔ)材料。

DBC的熱阻主要是由銅板之間的陶瓷構(gòu)成的，但是由于DBC上表面的熱源面積較小，導(dǎo)熱路徑受到限制，陶瓷面積利用率較低，導(dǎo)致DBC在實(shí)際應(yīng)用中熱阻較高。隨著對(duì)熱阻的要求越來(lái)越高，這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到了明顯的限制。鑒于此，本發(fā)明提出一種新的結(jié)構(gòu)，可以提高DBC中陶瓷面積的利用率，降低DBC的電阻，同時(shí)又不會(huì)增加過(guò)多銅的用量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有DBC結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中的不足，提供一種電力電子功率模塊散熱結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于DBC結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以提高DBC陶瓷面積利用率，和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，可以降低DBC的熱阻，增加其導(dǎo)熱能力，使DBC性能得到進(jìn)一步的改善。

金屬銅的熱導(dǎo)率是氧化鋁的10-20倍，是氮化鋁的2-4倍，并且為了保證絕緣性，DBC中陶瓷厚度要大于金屬層，由此可以看出在DBC中陶瓷的熱阻占整個(gè)DBC熱阻的絕大部分，而通常熱源的面積遠(yuǎn)小于DBC的面積，這樣熱流在傳遞過(guò)程中只通過(guò)部分DBC板，不能有效利用DBC進(jìn)行熱量的傳遞。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案是：

通過(guò)增加DBC上表面銅層厚度并削去多余部分來(lái)形成棱臺(tái)狀，以此改變熱流在DBC上表面銅層的流動(dòng)路徑，使得熱流到達(dá)陶瓷層時(shí)向四周擴(kuò)散的足夠多，與陶瓷有較大的接觸面積，提高了陶瓷的導(dǎo)熱面積，增加陶瓷面積的利用率，從而減少DBC的整體熱阻。并且將多余的銅削去，降低了成本。

一種電力電子功率模塊散熱結(jié)構(gòu)，由上之下依次為熱源、DBC上銅層、DBC陶瓷層和DBC下銅層，其中DBC陶瓷層熱導(dǎo)率為ρ1，銅的熱導(dǎo)率為ρ2，DBC陶瓷層長(zhǎng)度為L(zhǎng)3，熱源長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，DBC上銅層的厚度為h；DBC上銅層為棱臺(tái)狀，熱源下表面與棱臺(tái)斜面之間的鈍角a滿(mǎn)足????????????????????????????????????????????????；對(duì)于每處熱源均可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的棱臺(tái)狀DBC上銅層，假定需要用以導(dǎo)熱的DBC陶瓷層邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，則相應(yīng)的DBC上銅層下表面的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，再由需要使用的DBC陶瓷層長(zhǎng)度和熱源長(zhǎng)度計(jì)算出DBC上銅層的厚度。

優(yōu)選的，DBC上銅層厚度在0.1mm至5mm之間。

本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有以下顯著的技術(shù)效果：

提高DBC陶瓷利用率，整體上減少熱阻。

與其他減少熱阻的技術(shù)方案相比，成本較低，容易實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：?1-熱源、2-DBC上銅層、3-DBC陶瓷層、4-DBC下銅層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1

如圖1所示，由上之下依次為熱源1、DBC上銅層2、DBC陶瓷層3和DBC下銅層4，其中陶瓷熱導(dǎo)率為ρ1，銅的熱導(dǎo)率為ρ2，DBC陶瓷層3長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，熱源1長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，DBC上銅層2的厚度為h。熱流在層狀結(jié)構(gòu)中傳遞時(shí)其路徑與材料導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)，熱流在交界面?zhèn)鬟f的角度。根據(jù)銅的導(dǎo)熱系數(shù)和使用的陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)可以計(jì)算出熱流傳遞時(shí)的角度，再由需要使用的陶瓷長(zhǎng)度和熱源1長(zhǎng)度就能夠計(jì)算出DBC上銅層2的厚度，DBC上銅層2厚度在0.1mm至5mm之間。利用模具可以制作出需要的棱臺(tái)狀銅層，然后壓接在陶瓷上，形成DBC，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)DBC陶瓷層的100%應(yīng)用。

實(shí)施例2