[实用新型]半导体功率模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体功率模块及其散热方法，属于半导体模块制造领域。

背景技术

半导体功率模块广泛用于通讯、工业、医疗、家用电器、照明、交通运输、半导体生产设备、军事和航空等领域。主要应用产品类别有各种变频器、斩波器及各种开关电源。如厚膜陶瓷片焊接式半导体功率模块、覆金属陶瓷基板焊接式半导体功率模块、非绝缘式焊接半导体功率模块、压接式半导体功率模块等，均为标准外形尺寸和非标准外形尺寸半导体模块产品，这些半导体模块产品均有一个底板，该底板即可作为固定各半导体芯片或覆金属陶瓷基板、电极以及灌注弹性保护胶和环氧树脂等的载体，而且有时又可作为半导体功率模块的一个导电体。为便于半导体芯片及电极的连接，目前半导体模块的底座均采用铜底板，以利用铜材质的可焊性。众所周知，铜材质与铝材质相比，具有热熔大、比热小、吸热快的特点。半导体功率模块在工作过程中，半导体芯片产生的热量能通过铜底板迅速吸收，但铜底板与铝材相比比热小，热逃逸速度较慢，不能及时将模块内的热量散出，故需将模块安装在散热器上进行散热。但半导体模块安装在散热器上需要有导热硅脂填充模块与散热器之间的空隙，不仅增加了热阻，而且也降低了散热能力。因此在同体积的条件下，无法进一步增加半导体模块的工作容量。另一方面半导体功率模块的底板厚度是随半导体模块底板面积的增大而增厚，增加底板厚度主要解决焊接过程中热应力变形和安装强度要求，因此半导体模块生产数量巨大，需要大量的铜材，而铜材价格不断上涨，使得半导体模块成本也不断增加。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种吸热和散热迅速，且体积小，能增加半导体模块工作容量，降低制造成本的半导体功率模块及其散热方法。

本实用新型为达到上述目的的技术方案是：一种半导体功率模块，包括底板、覆金属陶瓷基板、半导体芯片、导电连接件、电极以及壳体，覆金属陶瓷基板连接在底板上，半导体芯片连接在覆金属陶瓷基板或底板上，导电连接件连接半导体芯片和覆金属陶瓷基板，电极与导电连接件或与覆金属陶瓷基板连接，壳体连接在底板上，其特征在于：所述的底板由铜基层和固相复合在铜基层下部的铝基层构成，且铝基层厚度是铜基层厚度的0.5倍以上。

本实用新型半导体功率模块的底板采用铜基层和固相复合在铜基层下部的铝基层构成的铜铝复合板，能集铜材和铝材在换热方面的优点，由于铜的导热系数为1386KJ/(M.H.K)，比热为93卡/(千克×℃)，而铝的导热系数为735KJ/(M.H.K)，比热为217卡/(千克×℃)，本实用新型不仅可利用铜基层的可焊性作为与半导体芯片和覆金属陶瓷基板的焊接载体，而且铜的导热系数是铝的1.9倍，故底板上部的铜基层能瞬间吸收半导体芯片的热量，铜基层通过两金属原子间结合的铜铝层将热量传递给下部的铝基层，且热量的传递过程中铜铝界面没有热阻增加，而铝的比热是铜的2.3倍，铝基层能迅速将铜基层所吸收的热量散发，起到快速散热作用，有效地降低了半导体芯片在长期工作中的热应力，提高了半导体芯片工作可靠性。本实用新型采用铜铝固相复合底板，因半导体芯片与散热器之间的热阻更小，散热效率大大提高，故在相同半导体模块工作容量，能减小半导体模块体积。而且同样体积的铜其重量是铝的3倍，也大大减少模块的重量，降低成本。可广泛地应用于厚膜陶瓷片焊接式半导体功率模块、DBC基板焊接式半导体功率模块、非绝缘式焊接半导体功率模块、压接式半导体功率模块等。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的详细描述。

图1是具有二极管芯片的半导体功率模块结构示意图。

图2是具有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的半导体功率模块结构示意图。

图3是图2去掉壳体的俯视结构示意图。

图4是焊接式晶闸管芯片的半导体功率模块结构示意图。

图5是具有快恢复二极管(FRD)芯片的半导体功率模块示意图。

图6是图5的俯视结构示意图。

其中：1-底板、2-壳体，3-半导体芯片，4-导电连接件，5-覆金属陶瓷基板，6-电极。

具体实施方式