[发明专利]一种IGBT模块散热结构及其高分子复合散热材料

说明书

本发明公开了一种IGBT模块散热结构及其高分子复合散热材料，从上到下包括芯片层、接合层、厚铜层、绝缘导热层和散热层，所述绝缘导热层形成在所述散热层上，所述绝缘导热层由高分子复合散热材料构成，所述厚铜层真空压合技术热压形成在所述绝缘导热层上，所述芯片层通过接合层焊接到厚铜层上。通过上述方式，本发明具备高的玻璃转移温度、优异的导热特性，其厚铜架构能承受大电流，于终端应用时可大幅提升产品模组的功能性，同时满足良好的导热与耐热特性。

技术领域

本发明涉及IGBT器件制造技术领域，特别是涉及一种IGBT模块散热结构及其高分子复合散热材料。

背景技术

全球电动车销售量逐年上升，2021年全球电动车销售量达到650万辆，较2020年增长109％，占整体乘用车销售量的9％，预估至2035年，全球电动车的保有量将至少达到1.32亿辆，电动车驱动原理主要是利用外部电源，将电力能源经由充电器储存于二次电池组中，除电池之外，当中最为关键的部分当属电动动力系统，而动力系统核心组件IGBT(绝缘栅双极电晶体，Insulated Gate Bipolar Transistor)约占整车成本的8～10％，是电动车成本占比仅次于电池的第二大核心零部件，现有IGBT中之基板主要以直接覆铜陶瓷基板(Direct Bonded Copper，DBC)为主流，但陶瓷基板制程良率低且受限于线路铜层厚度无法提升，因而无法承载大电流，对快速充电的发展将会受限，且于冷热冲击测试中DBC表现远低于一般基板。

充电技术发展为求能达到达成快速充电的目的，均纷纷往高电压、大电流的方式发展，电动车用IGBT模组的发展趋势使用厚铜线路设计降低高电流产生之能耗及温升已成为先进厂商的设计方向，电动车用IGBT模块，业界目前以DBC架构为主，因DBC架构发展已行之有年，目前业界众所皆知，增加铜厚可帮助散热进阶使操作电流大幅提升，而目前市面上之DBC基板或传统之散热铜基板皆有其制程限制，最高只能达到0.3mm，如图1所示为传统DBC架构的IGBT模块，从上到下依次为芯片01、焊料02、DBC架构03、焊料04和散热板05，其中DBC架构03由陶瓷基板031和覆其上下表面的铜板032组成，铜厚具有限制，小于0.3mm，两层接合层在制程种有良率不佳问题，并多一层截面热阻，传统散热基板材料只单一提供散热媒介的角色已无法满足新型态的市场需求。

基于以上缺陷和不足，有必要对现有的技术予以改进，设计出一种IGBT模块散热结构及其高分子复合散热材料。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种IGBT模块散热结构及其高分子复合散热材料，具备高的玻璃转移温度、优异的导热特性，其厚铜架构能承受大电流，于终端应用时可大幅提升产品模组的功能性，同时满足良好的导热与耐热特性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种IGBT模块散热结构及其高分子复合散热材料，该种IGBT模块散热结构从上到下包括芯片层、接合层、厚铜层、绝缘导热层和散热层，所述绝缘导热层形成在所述散热层上，所述绝缘导热层由高分子复合散热材料构成，所述厚铜层真空压合技术热压形成在所述绝缘导热层上，所述芯片层通过接合层焊接到厚铜层上。

优选的是，所述厚铜层的厚度为0.0035mm～8mm。

优选的是，所述厚铜层底部嵌入于所述绝缘导热层中。

优选的是，所述接合层采用无铅焊料。

优选的是，所述散热层采用铜片。

一种高分子复合散热材料，包括高分子复合层和导热填料，所述导热填料散布于所述高分子复合层中，所述导热填料的重量百分比介于50～95％。

优选的是，所述导热填料选自氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氮化硼。

优选的是，所述高分子复合层选用环氧树脂层、聚酰亚胺层、双马来酰亚胺-三嗪树脂层或其混和。