基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)，它包括芯片、鉬片、門極和外殼組件，所述外殼組件包括外殼和電極銅塊，所述電極銅塊的周側(cè)設(shè)置用來(lái)導(dǎo)熱絕緣的散熱體組件，所述散熱體組件呈包裹狀圍繞在電極銅塊的周側(cè)。本發(fā)明專利技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、成本低廉、制作方便、散熱效果好、散熱速度快、安全可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)
本專利技術(shù)主要涉及到功率器件領(lǐng)域，特指一種基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
功率器件在應(yīng)用中的很多場(chǎng)合都要用到水冷散熱的安裝結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的壓接式功率器件(如晶閘管)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括芯片1、鑰片2、門極4、外殼組件等部分，其中外殼組件主要由陶瓷外殼5和電極銅塊3構(gòu)成。芯片I作為發(fā)熱源，其產(chǎn)生的熱量通過(guò)電極銅塊3傳遞到外部的水冷散熱器實(shí)現(xiàn)器件的散熱。同時(shí)，電極銅塊3還負(fù)責(zé)承受器件使用安裝時(shí)的壓裝力。如圖2所示，為典型功率器件的串聯(lián)壓裝結(jié)構(gòu)，功率器件6的周側(cè)壓裝有水冷散熱器7。這種結(jié)構(gòu)中，使用的功率器件越多，水冷散熱器的數(shù)量也隨著增加，這樣會(huì)造成整個(gè)裝置的體積過(guò)于龐大。同時(shí)由于采用了外部散熱方式，水冷散熱器離熱源(芯片)的距離較遠(yuǎn)，這種結(jié)構(gòu)存在較大的體積熱阻和接觸熱阻，從而使得散熱能力受到較大的限制。水冷散熱器需要和功率器件一起承受較大的安裝壓力，而由于其內(nèi)部布置有水流通道，抗壓強(qiáng)度較低，長(zhǎng)期使用過(guò)程中可能會(huì)由于散熱器變形而降低整個(gè)裝置的壽命。傳統(tǒng)的功率器件水冷壓裝結(jié)構(gòu)采用去離子水作為冷卻水，這是因?yàn)槿ルx子水本身不導(dǎo)電，不會(huì)將器件兩端電極上的電流傳導(dǎo)到水中而帶來(lái)危險(xiǎn)。但去離子水的制備需要專用設(shè)備，這會(huì)造成功率裝置的運(yùn)行成本升高。有從業(yè)者采用了一種水電隔離的壓裝結(jié)構(gòu)，如圖3所示，通過(guò)采用導(dǎo)熱絕緣隔板8將功率器件6的電極和水冷散熱器7隔離，再采用連接母排9將各器件的電極連接起來(lái)。這種方案可以采用普通冷卻水，但是很顯然將會(huì)造成上述的問(wèn)題更加嚴(yán)重。有從業(yè)者，進(jìn)一步提供了一種優(yōu)化后的的壓接式功率器件(如晶閘管)的典型結(jié)構(gòu)，如圖4所示，這種結(jié)構(gòu)在電極銅塊3上設(shè)計(jì)了冷卻水道10，相當(dāng)于將功率器件6和水冷散熱器7集成在了一起。這種結(jié)構(gòu)能夠降低功率器件6應(yīng)用時(shí)的熱阻，提高器件的通流能力。但是，它仍然不能完全有效解決前述的各種問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、成本低廉、制作方便、散熱效果好、散熱速度快、安全可靠性好的基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案: 一種基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)，它包括芯片、鑰片、門極和外殼組件，所述外殼組件包括外殼和電極銅塊，所述電極銅塊的周側(cè)設(shè)置用來(lái)導(dǎo)熱絕緣的導(dǎo)熱絕緣散熱體組件，所述導(dǎo)熱絕緣散熱體組件呈包裹狀圍繞在電極銅塊的周側(cè)。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn): 所述導(dǎo)熱絕緣散熱體組件從外至內(nèi)一直延伸至芯片附近。所述導(dǎo)熱絕緣散熱體組件通過(guò)焊接方式與電極銅塊連接成為一個(gè)整體。所述導(dǎo)熱絕緣散熱體組件采用導(dǎo)熱絕緣材料制成。所述導(dǎo)熱絕緣材料為AlN或Al2O3。所述導(dǎo)熱絕緣散熱體組件為水冷式散熱體組件，所述導(dǎo)熱絕緣散熱體組件的內(nèi)部布置有供冷卻介質(zhì)通入的冷卻水道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于: (I)本專利技術(shù)的基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、成本低廉、制作方便，采用內(nèi)冷卻方式，冷卻結(jié)構(gòu)離熱源更近，散熱面積更大，散熱速度更好，因此能夠大大提高功率器件的散熱能力，進(jìn)而可進(jìn)一步提升其工作時(shí)的通流能力。(2)本專利技術(shù)的基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)，采用周邊散熱方式，散熱體組件不再承受安裝壓力，不會(huì)發(fā)生散熱器變形失效的問(wèn)題，因此提升了功率器件或其應(yīng)用裝置的強(qiáng)度，從而可延長(zhǎng)整個(gè)應(yīng)用裝置的使用壽命和安全可靠性。(3)本專利技術(shù)的基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)，采用了導(dǎo)熱絕緣材料制作散熱體組件，優(yōu)化了上述功率器件在水冷散熱應(yīng)用中的水電隔離結(jié)構(gòu)，從而使整個(gè)應(yīng)用裝置結(jié)構(gòu)更加緊湊合理。【附圖說(shuō)明】圖1是現(xiàn)有典型平板型功率器件(晶閘管)的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是典型平板型功率器件的水冷壓裝結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是現(xiàn)有采用了水電隔離方案的功率器件水冷壓裝結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4是現(xiàn)有集成了水冷散熱的平板型功率器件(晶閘管)封裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本專利技術(shù)的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖例說(shuō)明: 1、芯片；2、鑰片；3、電極銅塊；4、門極；5、外殼；6、功率器件；7、水冷散熱器；8、導(dǎo)熱絕緣隔板；9、連接母排；10、冷卻水道；11、導(dǎo)熱絕緣散熱體組件。【具體實(shí)施方式】以下將結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖5所示，為本專利技術(shù)的基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)，本實(shí)例中以晶閘管為例，其他的例如整流管、壓接型IGBT、IGCT、GT0等均是基于同樣的原理。它包括芯片1、鑰片2、門極4和外殼組件，外殼組件包括陶瓷的外殼5和電極銅塊3，芯片I作為發(fā)熱源，其產(chǎn)生的熱量通過(guò)電極銅塊3傳遞，同時(shí)電極銅塊3還負(fù)責(zé)承受器件使用安裝時(shí)的壓裝力。本專利技術(shù)在電極銅塊3的周側(cè)設(shè)置用來(lái)導(dǎo)熱絕緣的導(dǎo)熱絕緣散熱體組件11，導(dǎo)熱絕緣散熱體組件11呈包裹狀圍繞在電極銅塊3的周側(cè)，且該導(dǎo)熱絕緣散熱體組件11從外至內(nèi)一直延伸至芯片I附近，并和電極銅塊3通過(guò)焊接方式(如釬焊等)連接成為一個(gè)整體。導(dǎo)熱絕緣散熱體組件11采用導(dǎo)熱絕緣材料(例如A1N、A1203等)制成，因此可以方便地實(shí)現(xiàn)水電隔離。本實(shí)施例中，導(dǎo)熱絕緣散熱體組件11進(jìn)一步還可以為水冷式散熱體組件，即根據(jù)實(shí)際需要在導(dǎo)熱絕緣散熱體組件11的內(nèi)部布置有冷卻水道10，供冷卻介質(zhì)通入，形成多重、強(qiáng)效冷卻。由上述結(jié)構(gòu)可知，本專利技術(shù)為內(nèi)部冷卻的方式，冷卻水離芯片I (熱源)的距離很近，能夠較大幅度的提高冷卻速度。對(duì)于電極銅塊3而言，本專利技術(shù)屬于周邊冷卻的方式，整個(gè)散熱面積更大，導(dǎo)熱絕緣散熱體組件11不再承受安裝壓力，從而大大提高了其使用壽命和整個(gè)功率器件的穩(wěn)定性。以上僅是本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式，本專利技術(shù)的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本專利技術(shù)思路下的技術(shù)方案均屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本專利技術(shù)原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)，它包括芯片（1）、鉬片（2）、門極（4）和外殼組件，所述外殼組件包括外殼（5）和電極銅塊（3），其特征在于，所述電極銅塊（3）的周側(cè)設(shè)置用來(lái)導(dǎo)熱絕緣的導(dǎo)熱絕緣散熱體組件（11），所述導(dǎo)熱絕緣散熱體組件（11）呈包裹狀圍繞在電極銅塊（3）的周側(cè)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)，它包括芯片(I)、鑰片(2)、門極(4)和外殼組件，所述外殼組件包括外殼(5)和電極銅塊(3)，其特征在于，所述電極銅塊(3)的周側(cè)設(shè)置用來(lái)導(dǎo)熱絕緣的導(dǎo)熱絕緣散熱體組件(11)，所述導(dǎo)熱絕緣散熱體組件(11)呈包裹狀圍繞在電極銅塊(3)的周側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)熱絕緣散熱體組件(11)從外至內(nèi)一直延伸至芯片(I)附近。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)冷卻散熱的平板型功率器件封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)熱絕緣散...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李繼魯，方杰，常桂欽，賀新強(qiáng)，曾雄，彭明宇，彭勇殿，顏驥，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：