[发明专利]一种半导体功率器件的散热封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体功率器件的散热封装结构，属于半导体散热技术领域。 

 背景技术

温度过高会影响包括IGBT模块在内的大多半导体器件的使用性能，甚至造成功率器件的不可逆转的损坏，影响元器件的正常使用。10℃法则表明，当器件温度降低10℃，器件的可靠性将增长一倍。因此，从提高半导体器件的使用可靠性的角度出发，如何对半导体器件进行散热已经成为各国研究的热点。

以IGBT元件为例，目前世界上的IGBT元件通常在封装后通过风冷或水冷进行散热。传统水冷散热器，水冷腔体的水冷板壁与功率器件基板通过导热硅脂连接，由于导热硅脂的导热系数较低，且在涂抹时易产生气泡等，从而形成了较大热阻且极易造成局部温度过高，进而导致功率元件的整体散热效果较差。 

中国专利文献CN202977400U公开了一种功率半导体模块冷却装置，其具有冷却器，冷却器具有壳体，壳体具有冷却液进口和冷却液出口，壳体的顶壁上通过螺纹安装有必要数量的IPM。该种结构的冷却装置，通过螺纹连接IPM与冷却器的壳体，冷却液无法对功率器件直接散热，散热效果依然不佳。 

如今，随着大规模集成电路的发展，功率器件的功率大大提高，大规模集成电路和IGBT等所需冷却的面热通量已经达到了轻水炉反应堆的炉心热通量的量级，上述传统水冷散热器的散热效果已经无法满足功率器件高效率以及小尺寸的需求。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种集成化的散热效果较佳的用于半导体功率器件的散热封装结构。 

为此，本发明提供一种半导体功率器件的散热封装结构，包括散热壳体，所述散热壳体包括用于向其内部导入冷却液的冷却液进口和用于将冷却液导出的冷却液出口以及将所述散热壳体密封的盖板，所述盖板的内壁上设置若干个被安装于所述散热壳体内部的散热组件，所述散热组件彼此之间相互配合形成分别与冷却液进口和冷却液出口连通的流体通道，所述盖板同时为半导体功率器件的基板。 

所述盖板的内部设置真空腔体，所述真空腔体的内部装有液态相变介质。 

所述真空腔体的靠近半导体功率器件热量传来方向的面上成型有若干个便于所述液态相变介质均匀分布的毛细结构。 

所述毛细结构的截面形状为三角形、梯形或矩形中的一种。 

所述散热组件为垂直于所述盖板内壁的正多边形柱状散热片。 

所述散热组件为多边形柱状，且其截面积向着远离半导体功率器件热量传来方向逐渐减小。 

所述散热壳体的所述盖板上设置有N列所述散热组件，相邻两列的所述散热组件交错排布以形成波浪形的流体通道，其中，N为不小于2的整数且为2的倍数。 

所述波浪形的流体通道包括若干个波峰以及位于相邻波峰之间的波谷。 

所述盖板采用AlSiC制成。 

所述散热壳体的边缘设置密封凹槽，所述密封凹槽内设置密封圈，所述盖板的边缘与所述密封凹槽内的所述密封圈配合以实现密封固定。 

本发明提供的半导体散热封装结构具有以下优点： 

1.本发明提供的半导体功率器件的散热封装结构，具有盛装冷却液的散热壳体，散热壳体的盖板的内壁设置散热组件进而形成流体通道，同时，盖板的另一侧成为半导体功率器件的基板，即，本发明中散热封装结构与半导体功率器件形成为一体，结构非常紧凑，更为重要的是，一体封装的形式避免了低导热系数硅胶产生的热阻，散热组件位于所述盖板（即基板）的另一侧，来自于功率器件的热量可以得到直接的散失，同时在散热组件的扰流作用下大大提高了半导体功率器件的散热效果。

2.本发明提供的半导体功率器件的散热封装结构，所述盖板的内部设置真空腔体，所述真空腔体的内部装有液态相变介质。所述真空腔体内注入液态相变介质，可以将半导体功率器件中核心较大的发热量通过蒸发及冷凝过程快速传导至基板（即散热壳体的盖板），封装入散热组件的一面，确保液态相变介质的蒸发过程均匀进行，热量得到快速均匀传导，从而有利于将来自于半导体功率器件的热量快速转移到散热壳体的冷却液中，进一步提高散热效率和效果。