基于新型覆金屬陶瓷基板的功率模塊制造技術

本發明專利技術涉及一種基于新型覆金屬陶瓷基板的功率模塊，包括外殼和覆金屬陶瓷基板，覆金屬陶瓷基板的金屬層連接有半導體芯片及電極端子，電極端子穿過外殼并設置在外殼頂部，覆金屬陶瓷基板包括陶瓷板和復合在陶瓷板至少一面的金屬層，陶瓷板內設有至少一根散熱管，散熱管兩側的連接頭位于陶瓷板的外側，或散熱管的兩端與設置在陶瓷板上的連接頭連接，外殼的底部固定連接在陶瓷板上。本發明專利技術結構合理，體積小，散熱效率高，能提高功率模塊的壽命和可靠性，可廣泛應用于大功率電力半導體模塊、智能功率組件、汽車電子、太陽能電池板組件。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種基于新型覆金屬陶瓷基板的功率模塊，屬于半導體

技術介紹
半導體功率模塊主要包括底板、覆金屬陶瓷基板、半導體芯片、電極端子和殼體。通常功率模塊里有數個功率半導體芯片，如MOSFET或IGBT芯片以及二極管芯片被集成并被焊接于或被粘貼于覆金屬陶瓷基板的金屬層上，同時電極端子也焊接在覆金屬陶瓷基板的金屬層上并穿出殼體與外部設備連接，實現功率模塊的輸入和輸出，覆金屬陶瓷基板再焊接在銅底板上。在半導體功率模塊在工作過程中，半導體芯片所產生的熱量能通過銅底板迅速吸收。由于銅底板與鋁材相比比熱小，熱逃逸速度較慢，不能及時將模塊內的熱量散出，故需將功率模塊底部安裝在散熱器上進行散熱。覆金屬陶瓷基板是將金屬箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁(AL2Q3)陶瓷基片或氮 化鋁(ALN)陶瓷基片雙面上的特殊工藝板，使覆金屬陶瓷基板在保證良好導熱性能的同時還提供了相對于功率模塊底板的電氣絕緣，由于功率電子器件需要在-40°C至125°C的溫度循環環境下進行工作，因此目前的功率模塊的熱量是依靠與其連接的銅底板以及固定在銅底板下部的散熱器進行散熱。這種散熱結構存在以下問題1、由于功率模塊安裝在散熱器上，因此需要有導熱硅脂填充銅底板與散熱器之間的空隙，增加了熱阻，尤其芯片與散熱器的距離相對較遠，因此降低了散熱效果。2、覆金屬陶瓷基板上面分別焊接芯片等器件，而其底部與銅底板焊接，多次焊接后，覆金屬陶瓷基板往往會出現內凹的現象，而不能與銅底板形成良好、緊密的接觸，故會影響功率模塊在工作中的散熱效果，如果熱量長時間積累在功率模塊中不能及時散掉，會大大影響功率模塊的質量，甚至損壞功率模塊中的芯片，導致功率模塊損壞。3、當散熱器連接在銅底板的底部，而散熱器的高度較高，因此會增加功率器件的安裝高度，使其體積較大，對于一些狹小的安裝空間，則不能適用。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種結構合理，體積小，散熱效率高，能提高功率模塊的壽命和可靠性的基于新型覆金屬陶瓷基板的功率模塊。本專利技術為達到上述目的的技術方案是一種基于新型覆金屬陶瓷基板的功率模塊，包括外殼和覆金屬陶瓷基板，覆金屬陶瓷基板的金屬層連接有半導體芯片及電極端子，電極端子穿過外殼并設置在外殼頂部，其特征在于所述的覆金屬陶瓷基板包括陶瓷板和復合在陶瓷板至少一面的金屬層，陶瓷板內設有至少一根散熱管，散熱管兩側的連接頭位于陶瓷板的外側，或散熱管的兩端與設置在陶瓷板上的連接頭連接，外殼的底部固定連接在陶瓷板上。所述陶瓷板內固定有平行的三個以上的散熱管，或陶瓷板內固定有一個蛇形管或盤管，且散熱管的外壁上設有翅片并嵌接在陶瓷板內，陶瓷板的厚度控制在5 25mm。所述的連接頭的外周設有由外向內的兩個以上的環形錐面。所述外殼底部設有止口，外殼的止口設置在陶瓷板上部的周邊，陶瓷板通過密封膠與外殼固定連接。所述的陶瓷板底部通過緩沖墊設置在底座上，且底座上的四周設置至少兩個安裝孔。所述的底座上設有沉臺，緩沖墊設置在沉臺內。本專利技術采用上述技術方案后具有以下優點I、本專利技術在覆金屬陶瓷基板的陶瓷板內設有至少一個根散熱管以構成散熱機構，因此可通過連接頭與外部循環管路連接，向散熱管內通入可循環的冷卻介質，可將功率模塊工作中的熱量直接通過覆金屬陶瓷基板散出，使覆金屬陶瓷基板自身具有散熱功能，因此覆金屬陶瓷基板在原有功能基礎上增加了自身的散熱功能，從而可實現與芯片及各器件的互連及散熱一體化功能，結構緊湊、合理。 2、本專利技術在覆金屬陶瓷基板上集成了散熱管而具有散熱器的功能，可以為功率模塊省去下部常規散熱器的安裝，從而達功率模塊到減小整機體積，減輕整機重量，滿足了整機對功率模塊必須緊湊且重量輕的要求，節省安裝工序。3、本專利技術在散熱管兩側的連接頭位于陶瓷板的外側，或在陶瓷板上設有與散熱管接插的連接頭，方便覆金屬陶瓷基板與外部的循環管的對接。4、本專利技術與傳統功率模塊相比省略了底板，可以減少焊接次數，使簡化功率模塊加工工序，從而降低了模塊加工成本，提高了成品率。5、本專利技術將芯片通過一層很薄的金屬層直接與陶瓷板內置的散熱管相連，減小了芯片到散熱器之間的距離，從而減小了芯片到散熱器的熱阻，同時也因省去了底板，減少了焊接層和導熱硅脂層，大大降低了模塊的熱阻，徹底解決了覆金屬陶瓷基板變形與底板接觸不良而造成散熱效率不聞的問題，提聞了功率I旲塊的壽命和可罪性。6、本專利技術在陶瓷板的增加了緩沖墊，通過緩沖熱設置在底座上，因此能起到很好的緩沖效果，提高功率模塊的抗震動性能，能夠滿足汽車工業、風能等領域大量的沖擊和振動要求，可以廣泛應用于大功率電力半導體模塊、智能功率組件、汽車電子、太陽能電池板組件。附圖說明下面結合附圖對本專利技術的實施例作進一步的詳細描述。圖I是本專利技術的基于新型覆金屬陶瓷基板的功率模塊的結構示意圖。圖2是圖I的A-A剖視結構示意圖。圖3中本專利技術基于新型覆金屬陶瓷基板的功率模塊的爆炸結構示意圖。其中1-外殼，11-止口，2-電極端子，3-連接頭，4-循環管，5-底座，51-安裝孔，52-沉臺，6-緩沖墊，7-覆金屬陶瓷基板，71-陶瓷板，72-金屬層，8-散熱管，9-芯片。具體實施例方式見圖I 3所示，本專利技術基于新型覆金屬陶瓷基板的功率模塊，包括外殼I和覆金屬陶瓷基板7，覆金屬陶瓷基板7的金屬層72連接有半導體芯片9及電極端子2，電極端子2穿過外殼I并設置在外殼I頂部，通過電極端子2與外部設備連接，實現功率模塊的輸入和輸出。見圖I 3所示，本專利技術的覆金屬陶瓷基板7包括陶瓷板71和復合在陶瓷板71至少一面的金屬層72，金屬層72是在高溫下與陶瓷板71鍵合在一起，再根據需要刻蝕出各種互連圖形實現電連接，本專利技術金屬層72可設置在陶瓷板71的一面或上下兩面，陶瓷板71可以為氧化鋁陶瓷板、氮化鋁陶瓷板、氧化鉍陶瓷板、氮化硅陶瓷板、碳化硅陶瓷板的其中之一，而金屬層72則為金屬箔層，或由銅層或鋁層或銅鋁復合層等。見圖I 3所示，本專利技術的陶瓷板71內設有至少一根散熱管8，該陶瓷板71內可固定有平行的三個以上的散熱管8，或見圖1、2所示，陶瓷板71內固定有四個散熱管8，散熱管8的數量不限，可根據覆金屬陶瓷基板7的尺寸設置。本專利技術陶瓷板71內固定有一個蛇形管或盤管，同樣達到較好的散熱效果。本專利技術為達到最佳的散熱效果，散熱管8的外壁上設有翅片并嵌接在陶瓷板71內，通過翅片進一步增加散熱面積。見圖I 3所示，本專利技術散熱管8兩側的連接頭3位于陶瓷板71的外側，或散熱管8兩端與設置在陶瓷板71上的連接頭連接，可將外部的循環管4接在連接頭3上，將外部的冷卻介質通入散熱管8內，對覆金屬陶瓷基板7進行強制散熱。 見圖I 3所示，本專利技術為使循環管4能方便且快速安裝在連接頭3上，連接頭3由外向內設有兩上以上的環形錐面，也使循環管4連接后不易脫落，使用可靠。本專利技術陶瓷板71的厚度控制在5 25mm,如米用8mm、10mm、15mm、18mm或20mm等，該陶瓷板71的厚度還可更大,如采用30mm、40mm、50mm等,可根據功率模塊的大小以及安裝空間設定，使覆金屬陶瓷基板7既能滿足使用強度要求及焊接要求，又能內置散熱管。見圖I 3所示，本專利技術外殼I的底部固定連接在陶瓷板71上，該外殼I底部設有止口 11，外殼I的止口 11設置在陶瓷板71上部的周邊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于新型覆金屬陶瓷基板的功率模塊，包括外殼（1）和覆金屬陶瓷基板（7），覆金屬陶瓷基板（7）的金屬層（72）連接有半導體芯片（9）及電極端子（2），電極端子（2）穿過外殼（1）并設置在外殼（1）頂部，其特征在于：所述的覆金屬陶瓷基板（7）包括陶瓷板（71）和復合在陶瓷板（71）至少一面的金屬層（72），所述陶瓷板（71）內設有至少一根散熱管（8），散熱管（8）兩側的連接頭（3）位于陶瓷板（71）的外側，或散熱管（8）的兩端與設置在陶瓷板（71）上的連接頭（3）連接，外殼（1）的底部固定連接在陶瓷板（71）上。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：麻長勝，姚玉雙，張敏，聶世義，王曉寶，
申請(專利權)人：江蘇宏微科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：