[發明專利]半導體模塊、電控設備

在審

• 申請號: 202210253103.3
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114823564A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 孟祥飛
• 申請（專利權）人: 華為數字能源技術有限公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L23/427;H01L23/473;H01L25/07;H01L25/16
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

本申請實施例提供一種半導體模塊，以及具有半導體模塊的電控設備。涉及半導體散熱技術領域。主要用于提高一種能夠提升芯片散熱效果的半導體模塊。該半導體模塊包括：第一芯片和第一基板，第一芯片設置在第一基板上，另外，該半導體模塊還包括散熱器和至少一個第一導熱棒，第一導熱棒的一端與第一基板固定連接，另一端與散熱體固定連接；并且，散熱器內具有冷卻介質，且該冷卻介質為絕緣的冷卻介質。通過散熱器和導熱棒，以及冷卻介質可以實現對芯片的散熱，且熱阻較小，散熱效果較好。

技術領域

本申請涉及半導體散熱技術領域，尤其涉及一種半導體模塊，以及具有半導體模塊的電控設備。

背景技術

半導體模塊是將多個芯片按一定的電路結構封裝在一起的半導體器件，比如，絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)模塊，在一個IGBT模塊中，將多個功率芯被集成到同一塊基板上。

隨著計算機領域的技術發展，高度集成化的大功耗芯片越來越多地被應用在半導體模塊中。因此，芯片運行過程中產生的熱量越來越多，導致對芯片散熱的需求也越來越高。

圖1給出了現有的一種包含散熱結構的IGBT模塊。在圖1的IGBT模塊中，僅示例性的示出了兩個芯片。具體的，每一個芯片01通過焊接層02形成在散熱板03上，散熱基板03再通過另一焊接層04設置在基板05上。

目前，圖1中的基板05通常采用銅基板，散熱板03通常采用直接覆銅基板(directbonding copper，DBC)或者活性金屬釬焊基板(active metal brazing，AMB)。以直接覆銅基板為例，見圖1，直接覆銅基板包括第一銅層031和第二銅層033，以及陶瓷層032，陶瓷層032形成在堆疊的第一銅層031和第二銅層033之間。該第一銅層031可以被稱為焊盤，也就是芯片01通過焊接層02焊接在焊盤上，還有，該陶瓷層032不僅負責熱傳導作用，即就是將芯片01散發的熱量傳導至第二銅層033和基板05上，實現對芯片的驅熱降溫。另外，為了實現兩個芯片01之間的電氣隔離，采用絕緣材料的陶瓷層032還兼顧有絕緣電氣隔離作用。

然而，圖1中作為導熱介質的陶瓷層032相比金屬，熱導率低，熱阻較大，導熱效果較差，比如，在一些實現結構中，陶瓷層032占據整個IGBT模塊散熱熱阻的50％以上。因此，采用圖1所示的散熱結構時，散熱效果有限，不能有效的對芯片進行熱量擴散，尤其是對于功率較大的芯片，散熱效果很不理想。

發明內容

本申請提供一種半導體模塊，以及具有半導體模塊的電控設備。主要目的提供一種能夠降低熱阻、提升芯片散熱效果的半導體模塊。

為達到上述目的，本申請的實施例采用如下技術方案：

一方面，本申請提供了一種半導體模塊。該半導體模塊可以被應用在大功率的電控設備中，比如，可以被應用在汽車(電動汽車)、家用電器(電磁爐)等設備中。

該半導體模塊包括：第一芯片和第一基板，第一芯片設置在第一基板上，另外，該半導體模塊還包括散熱器和至少一個第一導熱棒，第一導熱棒的一端與第一基板固定連接，另一端與散熱器固定連接；并且，散熱器內具有絕緣的冷卻介質。

在本申請給出的半導體模塊中，除包括第一芯片和承載第一芯片的第一基板之外，還包括了與第一基板固定連接的第一導熱棒，以及，還包括了與第一導熱棒固定連接的散熱器。這樣的話，作為發熱源的第一芯片散發的熱量會傳導至第一基板，并通過第一導熱棒傳導至散熱器，并且，由于在散熱器內具有冷卻介質，進而，傳導至散熱器的熱量可以通過冷卻介質擴散掉，實現對發熱源芯片的驅熱降溫。

基于上述對發熱源芯片的散熱路徑可以看出，芯片的熱量可以通過第一基板和第一導熱棒，與冷卻介質直接進行熱交換，這樣利用冷卻介質進行散熱的散熱結構，熱導率較高，熱阻較小，降低了這個半導體模塊的散熱熱阻，可以有效的提升整個模塊的散熱效果，比如，在一些可實現的結構中，散熱效率相比現有的散熱結構至少可以提升40％。