一種功率模塊及其制造方法技術

本申請提供一種功率模塊及其制造方法，功率模塊包括：基板、至少一個功率器件及有機散熱機構。基板具有上表面和下表面。有機散熱機構包括多個有機散熱凸起部，有機散熱機構位于基板的上表面一側或基板的下表面一側，以將功率器件產生的熱量傳導至外界。由于有機散熱機構可加工出更高的表面積，因此，能夠大幅降低其和環境之間的換熱熱阻，進而提高其與環境交換的散熱性能。因此，本申請能夠在保證功率模塊正常散熱的前提下，降低有機散熱機構自身高度，減小占用空間，在實現功率模塊小型化方面具有重要意義。

【技術實現步驟摘要】

本申請與功率模塊有關，特別涉及具有散熱機構的功率模塊。
技術介紹
高效率、高功率密度及高可靠性一直是業界對功率模塊，特別是電源變換器的要求。高效率意味著減少能耗，利于節能減排、保護環境，并減少使用成本。高功率密度則意味著體積小、重量輕，減少運輸成本和空間需求，從而減少建設成本。高可靠性意味著更長的使用壽命以及維護成本。但這三個被業界追求的指標都和良好的熱管理息息相關。首先，在較低的工作溫度下，功率模塊如金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET)的通態損耗會降低，這樣有利于系統效率的提升。其次，在很多場合下，功率器件的熱量直接影響其功率密度。以電源變化器為例，因為電源變化器是用于處理功率轉換的系統，通常半導體器件是損耗比較多的器件，因此，半導體器件是決定電源變化器效率的重要因素之一。而半導體器件能夠耐受的溫度是有一定限制的，超過這一限制，器件將喪失工作能力或者性能急劇惡化，因此，一個可以將半導體芯片的溫度控制在可接受范圍內的高效的散熱系統就顯得至關重要。再次，半導體器件的壽命和溫度息息相關，更低的工作溫度可以有效延長器件的使用壽命，在電子領域通常有這樣的工程經驗，即溫度每上升10度其壽命就會降低一半。由上可知，一個良好的熱管理對于提高器件的轉換效率，功率密度以及可靠性均至關重要。目前，以一個采用DBC(DirectBondedCopper,直接敷銅陶瓷基板)作為基板的半導體器件為例，如圖1所示，功率器件(chip)1通過芯片鍵合材料(diebondingmaterial)被安裝至基板2之上，并通過芯片鍵合材料實現和基板的走線(trace)(未示出)之間的電性、機械以及熱連接。在功率器件1的上表面，將需要保護的區域使用封料(moldingcomponent)包覆，以便起到機械，防塵，防潮，絕緣保護的功用。由于功率器件1的熱量主要經由其下表面及部分曝露在外側的基板2傳遞，形成向外傳熱的較優通道，因此，通常在功率器件1的下表面安裝一個散熱器3。散熱器3由使用熱導率較高的材料制成，例如銅的熱導率高于300W/m.K。為了保證功率器件1的下表面和散熱器3表面具有良好的熱傳導路徑，在兩個表面之間通常會設置導熱界面材料，如導熱硅脂4(grease)，該導熱硅脂4可以有效填充功率器件1與散熱器3之間存在的縫隙，從而實現比空氣更好的熱傳導效果。另外，為了用戶安裝散熱器，需設置彈簧夾片(clip)5實現功率器件1和散熱器3之間的機械固定。然而，目前的散熱器具有以下缺陷：1.由于散熱器通常是如銅等金屬由擠壓成型形成，重量大，加工困難，難以加工的較短、較密，比表面積難以做得非常大，因此，比較適合體積、高度大的模塊，不利于產品的小型化。并且，由于散熱器的鰭片較長，因此容易與其他電子元件接觸，造成短路。2.功率元件與散熱器通過彈簧夾片結合，由于彈簧夾片的使用導致器件的空間利用率變得極低，不符合我們對功率密度的要求。并且，為了可靠的固定連接，功率模塊通常設計成具有較厚的封料，以及功率器件本身有較高的表面平整度，以允許承受較大應力，由此增加了整體厚度，也增加了設計成本和模具成本。3.典型的熱界面材料，如硅脂，在長期高溫服役過程中會有一些劣化，如小分子材料揮發導致的導熱能力降低。再次，模塊在工作過程中由于內部發熱的交替變化，或者外部環境的改變，由于材料在不同溫度下會發生膨脹或收縮，亦即會引起功率器件以及散熱器尺寸的改變，相對應會牽扯硅脂移動，甚至會將硅脂推出半導體器件的外面，由此引起熱性能的急劇惡化。因此，需要一種具有散熱機構的功率模塊，使得功率模塊具有更加高效及高功率密度。在所述
技術介紹
部分公開的上述信息僅用于加強對本申請的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。
技術實現思路
為解決上述現有技術存在的問題，本申請公開了一種功率模塊及其制造方法，提高功率模塊的散熱機構的散熱性能，并能降低散熱機構所需空間高度，利于產品的小型化。本申請的其他方面和優點將部分地在下面的描述中闡述，并且部分地將從描述中變得顯然，或者可以通過本申請的實踐而習得。根據本申請的一個方面，提供一種功率模塊，其包括：基板、至少一個功率器件及有機散熱機構。基板具有上表面和下表面；至少一個功率器件，鍵合至基板的上表面；有機散熱機構包括多個有機散熱凸起部，所述有機散熱機構位于基板的上表面一側或基板的下表面一側，以將功率器件產生的熱量傳導至外界。根據本申請的另一方面，提供一種功率模塊的制造方法，其中，包括：提供一基板，該基板具有上表面和下表面；提供至少一個功率器件；將至少一個功率器件鍵合至基板的上表面；提供有機散熱機構，其包括多個有機散熱凸起部，有機散熱機構位于基板的上表面一側或基板的下表面一側，以將功率器件產生的熱量傳導至外界。附圖說明通過參照附圖詳細描述其示例實施方式，本申請的上述和其它特征及優點將變得更加明顯。圖1示出現有的功率模塊的示意圖。圖2示出散熱路徑上的熱阻及溫度分布圖。圖3為根據第一實施例的功率模塊的示意圖。圖4A、4B分別示出了根據第一實施例與現有的功率模塊的對比示意圖。圖5為根據第一實施例的功率模塊的有機散熱機構的示意圖。圖6為根據第二實施例的功率模塊的示意圖。圖7為根據第三實施例的功率模塊的示意圖。圖8為根據第四實施例的功率模塊的示意圖。圖9為根據第五實施例的功率模塊的示意圖。具體實施方式現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本申請將全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。在圖中，為了清晰，夸大了區域和層的厚度。在圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。所描述的特征、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細節從而給出對本申請的實施方式的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本申請的技術方案而沒有所述特定細節中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組元、材料等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構、材料或者操作以避免模糊本申請的各方面。首先說明功率模塊的散熱情況。以在風冷系統里本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種功率模塊，包括：基板，具有一上表面和一下表面；至少一個功率器件，鍵合至基板的上表面；及有機散熱機構，包括多個有機散熱凸起部，所述有機散熱機構位于基板的上表面一側或基板的下表面一側，以將功率器件產生的熱量傳導至外界。

【技術特征摘要】
1.一種功率模塊，包括：
基板，具有一上表面和一下表面；
至少一個功率器件，鍵合至基板的上表面；及
有機散熱機構，包括多個有機散熱凸起部，所述有機散熱機構位于基板的上表
面一側或基板的下表面一側，以將功率器件產生的熱量傳導至外界。
2.如權利要求1所述的功率模塊，其中，功率器件與基板的外部通過塑封結
構包覆，有機散熱機構設置于基板的下表面，功率器件產生的熱量依次透過基板和
有機散熱機構傳導至外界。
3.如權利要求1所述的功率模塊，其中，功率器件與基板的外部通過塑封結構
包覆，有機散熱機構設置于塑封結構的表面，功率器件產生的熱量依次透過塑封結
構和有機散熱機構傳導至外界。
4.如權利要求1所述的功率模塊，其中，有機散熱凸起部為凸點、圓柱或鰭片。
5.如權利要求4所述的功率模塊，其中，有機散熱凸起部為均勻或非均勻分布。
6.如權利要求5所述的功率模塊，其中，有機散熱機構設有多排有機散熱凸起
部，相鄰兩排有機散熱凸起部交錯或對齊分布。
7.如權利要求1所述的功率模塊，其中，有機散熱凸起部包括有機導熱材料，
有機導熱材料的熱導率在0.2w/m.K至20w/m.K之間。
8.如權利要求1所述的功率模塊，其中，有機散熱凸起部包括有機導熱材料，
該有機導熱材料是以有機材料作為基體且摻雜高熱導率顆粒的填充材料。
9.如權利要求8所述的功率模塊，其中，有機材料為環氧樹脂、丙烯酸或有機
硅，所述高熱導率顆粒為電性絕緣的三氧化二鋁陶瓷、二氧化硅、氮化鋁陶瓷、
石墨顆粒或金屬氧化物顆粒。
10.根據權利要求8所述的功率模塊，其中，所述高熱導率顆粒為電性導
電的金屬顆粒。
11.如權利要求1所述的功率模塊，其中，有機散熱凸起部通過絲網或鋼絲印
刷工藝、壓印工藝、噴涂或種植工藝形成。
12.如權利要求1所述的功率模塊，其中，基板的下表面采用導熱膠粘貼一
均溫塊，該均溫塊由具有高熱導率的材料制成，有機散熱機構設置于均溫塊的

\t迎風面。
13.如權利要求1所述的功率模塊，其中，有機散熱機構還包括散熱器，其
通過導熱膠粘貼在基板的下表面，有機散熱凸起部形成在金屬散熱部的下表
面。
14.如權利要求13所述的功率模塊，其中，該散熱器包括多個散熱鰭片，所
述有機散熱凸起部設置于所述散熱鰭片的表面。
15.如權利要求1所述的功率模塊，其中，有機散熱機構還包括平面層，其
設置在基板與所述有機散熱凸起部之間，所述平面層的制成材料與所述有機散
熱凸起部的制成材料不同。

【專利技術屬性】
技術研發人員：洪守玉，陳彥霖，趙振清，
申請(專利權)人：臺達電子工業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣;71