[发明专利]重力循环蒸发冷却半导体功率器件封装

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率器件封装领域，具体涉及了一种重力循环蒸发冷却半导体功率器件封装。

背景技术

以半导体功率器件、微电子和计算机技术为基础的现代电力电子技术是节能减排、开发绿色能源的核心和关键。而半导体功率器件得电特性和热特性又是核心的核心、关键的关键。一方面半导体功率器件的应用为人类节约了大量的能源，另方面其工作过程中无法避免的热效应而导致失效又是各类变换器损坏的主要原因。大部分半导体功率器件优化的工作温度为50℃以下，很多器件在75℃以上时就很容易失效。因此，一方面要降低器件的损耗，例如发展高速度低导通压降器件、软开关等技术，同时要改善器件的散热性能，缺一不可。

功率器件的散热主要有风冷却，水冷却和蒸发冷却三种方式。近年来随着功率密的增加，高效能的蒸发冷却越来越引起人们的重视，进行了大量的研究。如中国专利200320102854.8和CN1851908A各自公开了涉及半导体功率器件蒸发冷却装置，由用于安装器件的蒸发冷却散热器和冷凝器组成，功率半导体器件即电力电子器件用于散发热量的底座安装在蒸发冷却散热器的外侧板。半导体功率器件的封装主要有两种模式，即单管芯与金属传热底板直接键合的塑封单管和多管芯通过陶瓷等绝缘与金属传热底板接触的功率模块。由于半导体功率器件发热有很高的功率密度，器件与散热器的接触状况，即接触面的平整度和压力大小对热阻有很大的影响。模块热量由管芯到散热器至少经过两个绝缘体与金属的结合界面，一个金属间的压合界面，不考虑电绝缘也要经过一个金属间的压合界面，这不仅大大的增加了热阻，而且带来了很大的工艺不确定性。有文献统计指出，装配问题所致导热不良引起的功率器件失效为占总失效率的50％以上。

印刷电路板装配由于其多方面的优越性使其成为电子产品具有绝对优势的生产方式。各种电力电子变换器的主回路中的半导体功率器件及其散热装置成为印刷电路板装配的最大障碍。传统机电设备的端子连线装配方式不仅不利于大批量的工业生产，并且由于功率模块和滤波电容间寄生电感大，使得模块容易受过电压冲击。中国专利CN2409612Y公开了一种半导体功率器件的热管散热装置，较好地解决器件的散热，却使之更加不利于印制板装配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重力循环蒸发冷却技术方案，使半导体功率器件的封装不但具有更好的热传导特性，且适于印制板装配。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案如下：

一种重力循环蒸发冷却半导体功率器件封装，其特征在于所述半导体功率器件封装包括板状金属安装平台，所述板状金属安装平台的上面一体化配置管状金属，与所述板状金属安装平台构成蒸发室，半导体功率器件管芯焊装于所述板状金属安装平台的下表面，用树脂或塑料将由所述安装平台和半导体功率器件管芯引出的输出和控制引线固定于封装的下面。蒸发室由导热性能好的金属制成，优选铜或铜合金。

所述管状金属伸出包封料的上表面，并在上端配置软管接头。选用具有良好电绝缘性能的冷媒，通过与之相容的塑料软管实现功率器件的电绝缘。

有时几个半导体功率器件间，例如单相整流桥的4个二极管，三相桥的6个二极管，桥臂的两只IGBT，有紧密的电联系，适宜一体封装。所述半导体功率器件封装则包括多个上面一体化配置有管状金属的板状金属安装平台，每个所述金属安装平台下面都焊装半导体功率器件管芯，所有的所述管状金属腔体由电绝缘的密封通道连接，在封装的上表面或上部配置有与所述密封通道的最高点相通的输出管道。由于封装本身解决了管芯的绝缘问题，所述输出管道外端可设置软管或铜管接头。

常用的冷煤汽化潜热可达每克200-300卡，具有很强的热传递能力，一根不是很粗的管道，优选的为4-12mm，当功率器件的发热量不是很大时即可以满足汽泡上行和液体下行的要求。功率器件的发热量很大时，可分别设置汽体上行和液体下行管道。

整个冷却系统还应包括有冷凝器，冷凝器应高于所有的蒸发室，当冷凝器与蒸发器距离较远时，系统还应设置汽液分离室。汽液分离室应尽量靠近蒸发室，以使由蒸发室上行的汽泡或汽水两相流分离形成干汽，很小的压力即可达到很高的速度，以至于接近声速极限。

本发明的有益效果

本发明技术方案采用重力循环蒸发冷却原理进行散热设计的半导体功率器件封装，在结构上，本发明的技术方案的蒸发冷却装置采用蒸发室在器件的内部，半导体管芯直接焊装在蒸发室上，实现了最好的热传递。器件进一步小型化，结构上更利于电子产品的印制板装配。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：