[發(fā)明專(zhuān)利]一種新型的功率模塊

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210569282.8
• 申請(qǐng)日: 2012-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103021977A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳思哲;盛況;汪濤;郭清;謝剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L23/473
• 分類(lèi)號(hào): H01L23/473
• 代理公司: 浙江杭州金通專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 吳輝輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率模塊。

背景技術(shù)

以絕緣柵雙極型晶體管和金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管為主的功率模塊，具有輸出功率大并且發(fā)熱量大等特點(diǎn)，有必要進(jìn)行冷卻，以確保它們的可靠運(yùn)行。模塊的散熱條件對(duì)模塊的特性起著至關(guān)重要的作用，常規(guī)的自然冷卻效率較低，而強(qiáng)制風(fēng)冷及水冷需要額外的裝置，成本較高。目前，對(duì)于功率模塊散熱能力的改善主要從改變模塊組成材料類(lèi)型以及改變模塊各層材料厚度入手，對(duì)模塊自身結(jié)構(gòu)的改變較少。同時(shí)，模塊的設(shè)計(jì)通常與模塊的使用截然分開(kāi)。

對(duì)于常規(guī)的功率器件模塊，模塊的散熱通常是通過(guò)在模塊底部涂抹導(dǎo)熱硅脂，并貼敷到風(fēng)冷或者水冷散熱器上實(shí)現(xiàn)的。但實(shí)際操作中，由于導(dǎo)熱硅脂的厚度不同以及散熱器大小差異，不同散熱條件的功率模塊具有的電學(xué)特性以及可靠性差別很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新型的功率模塊，提高了功率模塊的散熱效率并消除散熱能力差異。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種新型的功率模塊，包括外殼、襯底、基板、芯片，襯底連接散熱器，芯片與基板固定連接，基板與襯底固定連接，功率模塊內(nèi)部具有冷卻介質(zhì)流經(jīng)回路。本發(fā)明在功率模塊內(nèi)部構(gòu)造出冷卻通道，將水冷技術(shù)引入功率模塊本身，使得冷卻介質(zhì)直接作用于功率模塊本身，規(guī)避了中間材料對(duì)功率模塊散熱性能的影響。

進(jìn)一步地，冷卻介質(zhì)流經(jīng)回路包括散熱通道、冷卻介質(zhì)入口、冷卻介質(zhì)出口，散熱通道、冷卻介質(zhì)入口、冷卻介質(zhì)出口設(shè)置在襯底內(nèi)部并與襯底一體成型。作為直接與散熱器相接觸的部分，功率模塊的襯底對(duì)功率模塊的散熱至關(guān)重要，在模塊襯底中引入水冷通道將對(duì)功率模塊的散熱集成到底部通過(guò)水冷方式進(jìn)行散熱，可以避免采取不同散熱器帶來(lái)的特性差異，保證模塊工作的穩(wěn)定性。?

進(jìn)一步地，冷卻介質(zhì)入口設(shè)置入口閥門(mén),冷卻介質(zhì)出口設(shè)置出口閥門(mén)。

進(jìn)一步地，所述功率模塊為IGBT功率模塊或者M(jìn)OSFET功率模塊。

作為優(yōu)選，散熱通道呈Z形分布在襯底內(nèi)部。

作為優(yōu)選，散熱通道呈S形分布在襯底內(nèi)部。

作為優(yōu)選，散熱通道呈波浪形分布在襯底內(nèi)部。

Z形、S形或者波浪形的散熱通道使得冷卻介質(zhì)回路均勻地分布在襯底內(nèi)部，保證了功率模塊散熱的均勻性。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明將功率模塊的散熱集成到功率模塊底部，通過(guò)水冷的散熱方式進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了直接對(duì)功率模塊內(nèi)部進(jìn)行散熱處理，規(guī)避了各種散熱中間介質(zhì)，可以避免采取不同散熱器帶來(lái)的特性差異，提高了散熱效率，保證模塊工作的穩(wěn)定性。

2、在模塊襯底中引入水冷通道提高了模塊的散熱效率，由于模塊的發(fā)熱功率與電流的平方成正比，因此增加散熱效率可以提高模塊的電流導(dǎo)通能力，進(jìn)而提高模塊的功率密度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所提供的功率模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的功率模塊襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的功率模塊襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例3的功率模塊襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1—外殼，2—襯底，3—基板，4—芯片，5—散熱通道，6—冷卻介質(zhì)入口，7—冷卻介質(zhì)出口，8—入口閥門(mén)，9—出口閥門(mén)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，參照附圖1、2。

如圖1所示，本發(fā)明的IGBT功率模塊或者M(jìn)OSFET功率模塊包括外殼1、襯底2、基板3、芯片4，襯底2連接散熱器，芯片4與基板3通過(guò)錫焊連接，基板3與襯底4通過(guò)錫焊固定連接，外殼1罩在襯底4上。襯底4內(nèi)部具有散熱通道5以及與散熱通道5相連通的冷卻介質(zhì)入口6和冷卻介質(zhì)出口7，冷卻介質(zhì)入口6、冷卻介質(zhì)出口7、散熱通道5構(gòu)成了冷卻介質(zhì)流經(jīng)回路；冷卻介質(zhì)入口6和冷卻介質(zhì)出口7分別設(shè)置入口閥門(mén)8和出口閥門(mén)9。

如圖2所示，散熱通道5呈Z形分布在襯底4內(nèi)部。制造過(guò)程中，通過(guò)一體加工成型的方式，在襯底4的內(nèi)部加工出冷卻介質(zhì)流經(jīng)回路。

使用時(shí)，將外部的冷卻介質(zhì)接入冷卻介質(zhì)入口6，流經(jīng)散熱通道5，從冷卻介質(zhì)出口7流出，完成對(duì)功率模塊的散熱過(guò)程。

本實(shí)施例中，散熱通道5可以是一個(gè)或多個(gè)Z形通道，根據(jù)功率模塊的大小和散熱需要進(jìn)行選擇。

實(shí)施例2，參照附圖1、3。