[發(fā)明專利]疊加組裝式功率模塊

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• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN104617085A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 麻長勝;王曉寶;趙善麒
• 申請（專利權）人: 江蘇宏微科技股份有限公司
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07;H01L23/473;H01L23/367
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 賈海芬

技術領域

本發(fā)明涉及一種疊加組裝式功率模塊，屬于功率模塊技術領域。

背景技術

半導體功率模塊主要包括底板、覆金屬陶瓷基板、半導體芯片、電極端子和殼體，數(shù)個半導體芯片，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備連接，實現(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。在半導體功率模塊在工作過程中，半導體芯片所產(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行散熱。

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熱性能的同時還提供了相對于功率模塊底板的電氣絕緣，由于功率電子器件需要在-40℃至125℃的溫度循環(huán)環(huán)境下進行工作，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行散熱。這種散熱結構存在以下問題：1、由于功率模塊安裝在散熱器上，因此需要有導熱硅脂填充銅底板與散熱器之間的空隙，增加了熱阻，尤其半導體芯片與散熱器的距離相對較遠，因此降低了散熱效果。2、覆金屬陶瓷基板上面分別焊接半導體芯片，其底部與銅底板焊接，多次焊接后，覆金屬陶瓷基板往往會出現(xiàn)內(nèi)凹的現(xiàn)象，而不能與銅底板形成良好、緊密的接觸，故會影響功率模塊在工作中的散熱效果，如果熱量長時間積累在功率模塊中不能及時散掉，會大大影響功率模塊的質(zhì)量，甚至損壞功率模塊中的芯片，導致功率模塊損壞。3、當散熱器連接在銅底板的底部，而散熱器的高度較高，因此會增加功率器件的安裝高度，使其體積較大，對于一些狹小的安裝空間，則不能適用。4、隨著技術的發(fā)展，用戶在使用時需要將多個標準的功率模塊進行組合，需要設計較大尺寸散熱器分別放置各功率模塊，由于占用空間大，因此在應用時受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種結構合理、簡單，通用性好，各功率模塊具有獨立的散熱單元并能疊放，能降低制造成本的疊加組裝式功率模塊。

本發(fā)明為達到上述目的的技術方案是：一種疊加組裝式功率模塊，其特征在于：包括至少三個功率模塊，所述各功率模塊包括基板，金屬層復合在基板上，且基板的外周邊設有凸起環(huán)邊，基板的上端面或/和下端面設有至少兩個支承件，至少三個電極端子嵌接在基板的一側或兩側，電極端子的一端與金屬層連接、另一端伸出基板的外側；所述的基板內(nèi)設有用于冷卻液通過的冷卻腔體，兩個管接頭豎置并固定在凸起環(huán)邊的兩側，兩個管接頭與冷卻腔體相通，在各功率模塊從下至上依次疊放時，各相鄰上部和下部的基板內(nèi)的一側的兩管接頭通過連接管連接相通、另一側的兩管接頭不相通，將各相鄰上部和下部的基板其冷卻腔體連通并形成串聯(lián)流道，頂部的基板上的一個管接頭用于與外部管路連接，最下部的基板的一個管接頭也用于與外部管路連接。

本發(fā)明采用上技術方案后具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明各功率模塊的基板內(nèi)設有用于冷卻液通過的冷卻腔體，兩個管接頭豎置并固定在基板位于凸起環(huán)邊的兩側，使兩個管接頭與冷卻腔體相通，當各功率模塊從上至下依次疊放，各相鄰上部和下部的基板其同一側的管接頭通過連接管連接相通另一側上、下兩管接頭不相通，各基板上的兩管接頭與冷卻腔體形成橫Z字形的流道，將各相鄰上部和下部的基板的冷卻腔體連通并形成串聯(lián)流道，通過頂部的基板和最底部的基板上的一個管接頭分別與外部管路連接，將冷卻液引入，并強制對所有的基板進行冷卻，即而對功率模熱塊工作中所產(chǎn)生的熱量進行強制散熱，結構合理、簡單，本發(fā)明的基板具有較好的通用性，在不同的應用場合下均無需配備專用散熱器，使功率模塊的應用更加便捷靈活。

2、本發(fā)明各相鄰基板通過管接頭和連接管，將與各功率模塊其基板內(nèi)的冷卻腔體形成串聯(lián)流道，通過冷卻液強制對各基板進行冷卻，當多個功率模塊疊放后，能省去下部大尺寸的散熱器，從而達到多個功率模塊組裝后體積最小，并減輕重量，滿足整機對功率模塊必須緊湊且重量輕的要求。

3、本發(fā)明將基板與散熱器集成在一起，電極端子是嵌接在基板上，無需對電極端子進行熱焊接，而且基板外周的凸起環(huán)邊可使基板直接作為殼體，從而大大簡化了功率模塊的生產(chǎn)工藝，結構緊湊、合理，降低制造成本。本發(fā)明將金屬層直接與基板連接，而基板內(nèi)置有冷卻腔體，能減小半導體芯片到散熱源之間的距離，從而減小了半導體芯片到散熱源之間熱阻，同時也因省去導熱硅脂層，大大降低了功率模塊的熱阻提高散熱效率，提高了功率模塊的壽命和可靠性。