[發(fā)明專利]一種集成散熱器的功率模塊及其制作方法

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• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111696936A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱珍華;邱嘉龍;劉亞坤
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江天毅半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;H01L23/367;H01L21/48;H01L21/52
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本發(fā)明公開一種集成散熱器的功率模塊及其制作方法，集成散熱器的功率模塊包括：芯片，用于布置芯片的DBC板（覆銅陶瓷基板），上表面設(shè)有銅區(qū)的散熱器，以及將芯片、DBC封裝到散熱器的封裝外殼。所述DBC板（覆銅陶瓷基板）通過焊接或燒結(jié)等方式與散熱器上表面的銅區(qū)形成緊密的金屬連接，從而整體形成一個集成散熱器的功率模塊。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有功率模塊散熱效率低，安裝難度大，連接可靠性差等技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及一種集成散熱器的功率模塊及其制作方法。

背景技術(shù)

功率模塊是功率電力電子器件按一定的功能組合再灌封成一個模塊，廣泛應(yīng)用于變頻器、開關(guān)電源、交流電機(jī)等領(lǐng)域。一種典型的功率模塊封裝結(jié)構(gòu)如附圖1所示，功率模塊100主要由芯片1、DBC板4(包括：正面覆銅層40，陶瓷絕緣層41及背面覆銅層42)、封裝外殼5、端子6等幾個部分組成。其中芯片1焊接在正面覆銅層40上，通過引線2鍵合實(shí)現(xiàn)芯片1和正面覆銅層40表面金屬電路層的電氣連接。端子6通過焊接與正面覆銅層40連接，將模塊內(nèi)部的電極引出，為外部電路提供連接接口。封裝外殼5安裝后，通常在其內(nèi)部注入硅膠，以實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部的電氣絕緣，并保護(hù)元件免受外部環(huán)境干擾侵蝕。

功率模塊通常會在高電流、高電壓下進(jìn)行頻繁的開斷，伴隨會產(chǎn)生成大量的熱，若不及時有效進(jìn)行散熱，模塊安全性及性能壽命都大打折扣。目前的做法是連接體積較大的散熱器進(jìn)行散熱。如附圖2和附圖3所示，功率模塊100在安裝時，通常在散熱器8或模塊DBC板4的背面印刷導(dǎo)熱硅脂7，并通過螺釘9將功率模塊100緊固在散熱器8上。導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)一般是0.8-4W/(m·K)，是空氣導(dǎo)熱率的32-160倍，使用導(dǎo)熱硅脂填充功率模塊與散熱器之間的空隙，一定程度上提高了導(dǎo)熱效果。

但是相對于銅鋁等基材200-400 W/(m·K)的熱導(dǎo)率，導(dǎo)熱硅脂仍是熱的不良導(dǎo)體。同時為減少功率模塊100與散熱器8之間的接觸熱阻，導(dǎo)熱硅脂7要盡可能均勻盡可能薄，這對安裝印刷工藝提出了很高的要求。并且在實(shí)際應(yīng)用過程中，隨著工作時長增加及環(huán)境溫度影響，導(dǎo)熱硅脂7中的油脂會析出，硅脂老化變干，從而導(dǎo)致功率模塊100與散熱器8的接觸界面存在空洞，接觸熱阻隨之大幅度增加，散熱性能變差，影響功率模塊100正常工作。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種集成散熱器的功率模塊及其制作方法，解決現(xiàn)有功率模塊散熱效率低，安裝難度大，與散熱器連接可靠性差等技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種集成散熱器的功率模塊及其制作方法，集成散熱器的功率模塊包括：芯片，用于布置芯片的DBC板（覆銅陶瓷基板），上表面設(shè)有銅區(qū)的散熱器，以及將芯片、DBC封裝到散熱器的封裝外殼。所述DBC板（覆銅陶瓷基板）通過焊接或燒結(jié)等方式與散熱器上表面的銅區(qū)形成緊密的金屬連接，從而整體形成一個集成散熱器的功率模塊。

優(yōu)選的所述上表面設(shè)有銅區(qū)的散熱器可通過多種工藝制成，具體可為噴銅、嵌銅、鍍銅，從而實(shí)現(xiàn)在鋁制散熱器上形成有一定厚度的銅區(qū)。

優(yōu)選的所述上表面設(shè)有銅區(qū)的散熱器，銅區(qū)面積比與之連接DBC背面覆銅層的面積大。

優(yōu)選的，所述芯片通過焊接或燒結(jié)方式連接在所述正面覆銅層上，并通過引線實(shí)現(xiàn)所述芯片與所述正面覆銅層的互連。

優(yōu)選的，所述端子一端連接至所述正面覆銅層上，另一端引出至封裝外殼的外部，以提供與外部電路的接口，所述封裝外殼固定于所述散熱器的上表面。

優(yōu)選的，所述封裝外殼的內(nèi)部填充有絕緣灌封膠，以實(shí)現(xiàn)所述功率模塊內(nèi)部的電氣絕緣，并保護(hù)所述功率模塊免受濕氣和污染侵蝕。

本發(fā)明還另外具體提供了一種上述一種集成散熱器的功率模塊制作方法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，一種功率模塊制作方法，包括以下步驟：

1)成型一上表面設(shè)有銅區(qū)的散熱器；