[實用新型]帶有熱管系統的功率模塊

有效

• 申請號: 201520287126.1
• 申請日: 2015-05-06
• 公開（公告）號: CN204834605U
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發明（設計）人: 胡少華;金曉行
• 申請（專利權）人: 嘉興斯達微電子有限公司
• 主分類號: H01L23/427
• 分類號: H01L23/427;H01L23/373;H01L23/15
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 翁霽明

技術領域

本實用新型涉及的是一種帶有熱管系統的功率模塊，屬于半導體功率模塊的封裝技術領域。

背景技術

功率模塊是在功率電子電路上使用的半導體封裝體，比如，封裝了絕緣柵雙極晶體管（IGBT）芯片，或金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）芯片的模塊。一些模塊也封裝有半導體二極管（DIODE）芯片以提供過壓保護。以上功率半導體芯片具有一系列電壓和電流等級，以適應不同的場合或行業應用。

一般地，除芯片之外，功率模塊還包括直接鍵合銅陶瓷襯底（DirectBondedCopper，DBC），基板，功率端子等部件。這些部件可通過焊接實現連接，焊接方法包括軟釬焊（Softsoldering）、銀漿燒結（Agpastesintering）、擴散焊接（diffusionsoldering）、超聲波焊接（Ultrasonicwelding）等，如芯片-DBC、DBC-端子、DBC-基板之間的焊接。

對于功率模塊來說，其散熱能力十分重要，關系到模塊的可靠性和使用壽命。半導體芯片開關和工作過程中，有各種損耗，這些損耗轉化成熱能，需要通過散熱通道及時有效擴散掉。

目前的解決方法是印刷一定厚度的導熱硅脂到模塊基板與散熱器之間，充當傳熱介質。由于導熱硅脂的導熱系數約為1W/(mK)，遠小于銅的約380W/(mK)或鋁的約220W/(mK)。所以導熱硅脂是整體熱阻的主要貢獻者，為了盡量減少整體熱阻，工程師們盡量減少導熱硅脂的厚度，極力控制模塊基板和散熱器的平整度。但受制于原材料狀況和工藝條件，最薄的導熱硅脂厚度仍然可達50微米，熱阻高達5×10^-5m²K/W—20×10^-5m²K/W，約占整個模塊熱阻的20%。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種結構合理，制作工藝簡單，能夠提高散熱效果，并提高生產效率，減少整機體積，降低成本，提高模塊的可靠性和使用壽命的帶有熱管系統的功率模塊。

本實用新型的目的是通過如下技術方案來完成的，一種功率模塊，它主要包括：外殼，鍵合引線，半導體芯片，金屬化陶瓷襯底，第一焊接層，第二焊接層，熱管系統，所述的半導體芯片通過所述第一焊接層連接在所述金屬化陶瓷襯底上；所述金屬化陶瓷襯底通過所述第二焊接層連接到熱管系統的基板上面，功率模塊工作時產生的熱能通過基板被所述熱管系統有效吸收并擴散掉。

所述的熱管系統由基板，設置在基板中的熱管，伸出在基板外的熱管上相連的絕熱板和散熱板組成，所述基板通過密封膠并通過設置的安裝孔用卡環固定在外殼上。

所述的金屬化陶瓷襯底上通過鍵合引線鍵合有聯通半導體芯片、金屬化陶瓷襯底和引出端子的電氣連接線，在所述金屬化陶瓷襯底的上方灌封有保護二極管芯片的硅膠。

所述的金屬化陶瓷襯底由第一銅表面、陶瓷層和第二銅表面通過金屬化陶瓷工藝制成，其中所述金屬化陶瓷工藝包括活性金屬釬焊（AMB）工藝，直接鍵合銅工藝（DirectBondedCopper，DBC，或稱直接覆銅工藝），或其它合適的工藝。

本實用新型把功率模塊中的直接鍵合銅陶瓷襯底（DBC）直接焊接到帶有熱管系統的基板上，省去了普通基板、導熱硅脂和散熱器等部件，極大地提高散熱效果，并提高生產效率，減少整機體積，降低成本。焊接到帶有熱管系統的基板，焊料層的熱阻可大幅減少，其熱阻約占整個模塊的5%。

功率模塊的散熱問題影響著模塊的可靠性和使用壽命，隨著模塊的功率密度逐步提高，芯片的結溫也將逐步提高，所以迫切需要減少模塊的整體熱阻，提高散熱能力。使用帶有熱管系統的基板模塊，可極大地提高散熱效果，提高模塊的可靠性和使用壽命，并提高生產效率，或減少整機體積，降低成本。

與標準封裝工藝的功率模塊不同，這種新型的帶有熱管系統的功率模塊的封裝技術特點在于把直接鍵合銅陶瓷襯底（DBC）焊接到帶有熱管系統的基板上，整合性、緊湊性高，可省掉普通基板、導熱硅脂和散熱器等部件。

使用帶熱管系統的基板封裝的功率模塊，不使用熱阻較大的導熱硅脂，消除了熱阻的這一個瓶頸，所以能有效降低整個模塊的熱阻，提高了功率模塊的散熱能力。

附圖說明

圖1是本實用新型所述帶有熱管系統的功率模塊的俯視結構示意圖。

圖2是本實用新型所述熱管系統的俯視結構示意圖。

圖3是本實用新型所述熱管的橫截面結構示意圖。

圖4是本實用新型所述隱去了熱管系統后的功率模塊的俯視結構示意圖。

具體實施方式