[发明专利]功率组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够将来自功率设备的热高效散发到散热器的功率组件。

背景技术

近年来，半导体集成电路用在包括电子设备的广阔领域，并且对于那些要求特别大量电能的设备，采用其中安装有功率设备的功率组件。在这种功率组件中，为了将功率设备随着耗电而产生的大量热散发，采用一种多层散热结构，其由功率设备安装在其上的金属线路板、氮化铝等的陶瓷绝缘层、金属散热板和散热器组成。因而，在用于功率组件的常规散热结构中，氮化铝等的陶瓷绝缘层用在构成该组件的各层中的至少一层中。

图5示出了其中采取散热措施的常规功率组件的实例。功率组件500包括IGBT芯片54，它是功率设备，经第一焊料层55安装。在氮化铝绝缘材料58(绝缘材料)的上方表面和下方表面上设置有作为金属线路板的铝线路板57和铝板59。第一焊料层55连结到镀Ni层56，而镀Ni层56以覆盖铝线路板57的方式形成。形成镀Ni层是为了获得相对于焊料层的良好润湿性。镀Ni层60形成在铝板59的下方表面上。镀Ni层60经第二焊料层61和形成在第二焊料层61的下方表面上的镀Ni层62连结到散热板63。镀Ni层64形成在散热板63的下方表面上。镀Ni层64经第三焊料层或硅脂层65和镀Ni层66与散热器67热连结。散热器67将热散发到冷却水68或空气中。

作为功率设备的IGBT芯片54或铝线路板57产生的大量热依次传导通过第一焊料层55、镀Ni层56、作为金属线路板的铝线路板57、作为绝缘材料的氮化铝绝缘材料58、铝板59、镀Ni层60、第二焊料层61、镀Ni层62、散热板63、镀Ni层64、第三焊料层或硅脂层65、镀Ni层66和散热器67，由此将热最终散发到冷却水68或空气中。

因而，常规功率设备是由14级组成的标准安装结构，导致复杂制造工艺的问题。这导致最终产品成本上升。而且，成层部件的数目多。虽然例如为了小型化可以将焊料层厚度减少到几百个μm，但这3个焊料层本身散热不好，并且存在许多不同材料的粘结界面，干扰了散热。因此，带来的不便是功率设备产生的热不能被有效地导到散热器材料。此外，功率设备的常规安装结构复杂，可能导致组件本身的可靠性问题。

带有这种常规散热结构的功率设备的实例公开在专利申请(Kokai)No.2003-218298A中。

发明内容

鉴于常规功率设备的上述问题，即复杂的安装结构、高成本、差的散热和可靠性，本发明的目的是通过简化功率设备的安装结构来降低成本，并改善散热和可靠性。

本发明基于本发明人的发现：可以通过使用树脂基绝缘材料替代常规陶瓷绝缘材料来解决这些问题。

一方面，本发明提供了一种功率组件，包括：金属线路板；功率设备，其经焊料层设置在金属线路板的上方表面上；金属散热板，其设置在金属线路板的下方表面上；和散热器，其设置在金属散热板的下方表面上。该功率组件还包括设置在前述层中任何两层之间的树脂基绝缘层。

本发明的功率组件的基本形式如下：

(1)功率组件从上到下包括：功率设备；经焊料层设置在功率设备下方表面上的金属线路板；经树脂基绝缘层设置在金属线路板的下方表面上的金属散热板；和散热器，其经焊料或硅脂(优选镀Ni层设置在金属散热板的下方表面上且在散热器的上方表面上)设置在金属散热板的下方表面上。由此，该结构简化为9级结构。当使用陶瓷绝缘层时，需要焊料层以与另一层相粘结，并且需要在该焊料层上形成镀Ni层。但是，根据本发明，这种镀Ni层不再需要或需要的量小。此外，本发明要求至多两级焊料层，并且金属线路板可以由不昂贵的低电阻材料(例如铜或铝)构成。此外，金属线路板和金属散热板可以利用简单方法，例如热压粘合通过树脂基绝缘材料连结。因此，该组件的散热结构大大简化，从而可以实现成本降低和组件可靠性提高。

以上是本发明功率组件的基本形式。本发明还包括下面的变化方案(2)-(4)。

(2)基于前述常规结构，且其中陶瓷绝缘材料替换为树脂基绝缘材料的结构。具体地，功率组件从上到下包括：功率设备；经焊料层设置在功率设备下方表面上的金属线路板；经树脂基绝缘层设置在金属线路板的下方表面上的金属板；设置在金属板的下方表面上的金属散热板；和经焊料或硅脂层设置在金属散热板的下方表面上的散热器。

(3)以上基本结构的线路板和散热板合并的结构。具体地，功率组件从上到下包括：功率设备；经焊料层设置在功率设备的下方表面上的金属线路板/金属散热板；经树脂基绝缘层设置在金属线路板/金属散热板的下方表面上的金属板；和经焊料或硅脂层设置在金属板的下方表面上的散热器。