[实用新型]带有热管系统的功率模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种带有热管系统的功率模块，属于半导体功率模块的封装技术领域。

背景技术

功率模块是在功率电子电路上使用的半导体封装体，比如，封装了绝缘栅双极晶体管（IGBT）芯片，或金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）芯片的模块。一些模块也封装有半导体二极管（DIODE）芯片以提供过压保护。以上功率半导体芯片具有一系列电压和电流等级，以适应不同的场合或行业应用。

一般地，除芯片之外，功率模块还包括直接键合铜陶瓷衬底（DirectBondedCopper，DBC），基板，功率端子等部件。这些部件可通过焊接实现连接，焊接方法包括软钎焊（Softsoldering）、银浆烧结（Agpastesintering）、扩散焊接（diffusionsoldering）、超声波焊接（Ultrasonicwelding）等，如芯片-DBC、DBC-端子、DBC-基板之间的焊接。

对于功率模块来说，其散热能力十分重要，关系到模块的可靠性和使用寿命。半导体芯片开关和工作过程中，有各种损耗，这些损耗转化成热能，需要通过散热通道及时有效扩散掉。

目前的解决方法是印刷一定厚度的导热硅脂到模块基板与散热器之间，充当传热介质。由于导热硅脂的导热系数约为1W/(mK)，远小于铜的约380W/(mK)或铝的约220W/(mK)。所以导热硅脂是整体热阻的主要贡献者，为了尽量减少整体热阻，工程师们尽量减少导热硅脂的厚度，极力控制模块基板和散热器的平整度。但受制于原材料状况和工艺条件，最薄的导热硅脂厚度仍然可达50微米，热阻高达5×10^-5m²K/W—20×10^-5m²K/W，约占整个模块热阻的20%。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构合理，制作工艺简单，能够提高散热效果，并提高生产效率，减少整机体积，降低成本，提高模块的可靠性和使用寿命的带有热管系统的功率模块。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，一种功率模块，它主要包括：外壳，键合引线，半导体芯片，金属化陶瓷衬底，第一焊接层，第二焊接层，热管系统，所述的半导体芯片通过所述第一焊接层连接在所述金属化陶瓷衬底上；所述金属化陶瓷衬底通过所述第二焊接层连接到热管系统的基板上面，功率模块工作时产生的热能通过基板被所述热管系统有效吸收并扩散掉。

所述的热管系统由基板，设置在基板中的热管，伸出在基板外的热管上相连的绝热板和散热板组成，所述基板通过密封胶并通过设置的安装孔用卡环固定在外壳上。

所述的金属化陶瓷衬底上通过键合引线键合有联通半导体芯片、金属化陶瓷衬底和引出端子的电气连接线，在所述金属化陶瓷衬底的上方灌封有保护二极管芯片的硅胶。

所述的金属化陶瓷衬底由第一铜表面、陶瓷层和第二铜表面通过金属化陶瓷工艺制成，其中所述金属化陶瓷工艺包括活性金属钎焊（AMB）工艺，直接键合铜工艺（DirectBondedCopper，DBC，或称直接覆铜工艺），或其它合适的工艺。

本实用新型把功率模块中的直接键合铜陶瓷衬底（DBC）直接焊接到带有热管系统的基板上，省去了普通基板、导热硅脂和散热器等部件，极大地提高散热效果，并提高生产效率，减少整机体积，降低成本。焊接到带有热管系统的基板，焊料层的热阻可大幅减少，其热阻约占整个模块的5%。

功率模块的散热问题影响着模块的可靠性和使用寿命，随着模块的功率密度逐步提高，芯片的结温也将逐步提高，所以迫切需要减少模块的整体热阻，提高散热能力。使用带有热管系统的基板模块，可极大地提高散热效果，提高模块的可靠性和使用寿命，并提高生产效率，或减少整机体积，降低成本。

与标准封装工艺的功率模块不同，这种新型的带有热管系统的功率模块的封装技术特点在于把直接键合铜陶瓷衬底（DBC）焊接到带有热管系统的基板上，整合性、紧凑性高，可省掉普通基板、导热硅脂和散热器等部件。

使用带热管系统的基板封装的功率模块，不使用热阻较大的导热硅脂，消除了热阻的这一个瓶颈，所以能有效降低整个模块的热阻，提高了功率模块的散热能力。

附图说明

图1是本实用新型所述带有热管系统的功率模块的俯视结构示意图。

图2是本实用新型所述热管系统的俯视结构示意图。

图3是本实用新型所述热管的横截面结构示意图。

图4是本实用新型所述隐去了热管系统后的功率模块的俯视结构示意图。

具体实施方式