带有热管系统的功率模块技术方案

带有热管系统的功率模块，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；它具有结构合理，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等特点。

【技术实现步骤摘要】

本技术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

技术介绍
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(D1DE)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(Direct BondedCopper，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(Soft soldering)、银楽烧结(Ag paste sintering)、扩散焊接(diffus1n soldering)、超声波焊接(Ultrasonic welding)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I W/(mK)，远小于铜的约380 W/(mK)或铝的约220 W/(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5X10 5 m2K/ff 一20X 10 5 m2K/W，约占整个模块热阻的20%。
技术实现思路
本技术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。本技术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:夕卜壳，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(DirectBonded Copper, DBC，或称直接覆铜工艺)，或其它合适的工艺。 本技术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是本技术所述带有热管系统的功率模块的俯视结构示意图。图2是本技术所述热管系统的俯视结构示意图。图3是本技术所述热管的横截面结构示意图。图4是本技术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】下面将结合附图对本技术作详细的介绍:图1-4所示，本技术所述的一种功率模块100，它主要包括:外壳401，键合引线402，半导体芯片404，金属化陶瓷衬底403，第一焊接层，第二焊接层，热管系统200，所述的半导体芯片404通过所述第一焊接层连接在所述金属化陶瓷衬底403上；所述金属化陶瓷衬底403通过所述第二焊接层连接到热管系统200的基板201上面，功率模块100工作时产生的热能通过基板201被所述热管系统200有效吸收并扩散掉。所述的热管系统200由基板201，设置在基板201中的热管300，伸出在基板201外的热管上相连的绝热板202和散热板203组成，所述基板201通过密封胶并通过设置的安装孔用卡环固定在外壳401上。 所述的金属化陶瓷衬底403上通过键合引线402键合连通半导体芯片404、金属化陶瓷衬底403和引出端子的电气连接线，在所述金属化陶瓷衬底403的上方灌封有保护半导体芯片404的硅胶。所述的金属化陶瓷衬底403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(Direct Bonded Copper，DBC，或称直接覆铜工艺)，或其它合适的工艺。实施例:图1示出了带有热管系统的功率模块100的一个实施例的俯视图。模块100是一种整合了热管系统200和功率模块400的新型功率模块。图2示出了热管系统200的俯视图。热管系统200包括热管300，基板201，绝热板202，散热板203，基板上的安装孔204等部件。图3示出了一个热管300的横截面视图。热管300包括热管管壳301，蒸汽302，液体303，吸液芯304，蒸汽通道305等部件。图4示出了一个隐去了热管系统200后的功率模块400的俯视图。功率模块400包括外壳401，键合引线402，陶瓷衬底403，半导体芯片404等部件。实施例模块100的工艺可以按如下主要步骤实现:a半导体芯片404可通过钎焊、银浆烧结或扩散焊接等方式连接到陶瓷衬底403上。b连接了半导体芯片404的陶瓷衬底403可通过第二步钎焊或弹簧压接等技术，实现陶瓷衬底403与热管系统200的有效连接。如果选用钎焊技术，则需要加热，热管内可先不充液，以防热管爆裂。如果选用弹簧压接等不需要加热的技术，热管内可先充液。c连接了陶瓷衬底403后，在热管基板201上点密封胶，并通过安装孔204用卡环405把外壳401固定在热管系统200上。d使用超声波键合的技术，把键合引线402键合到功率模块400内部，实现半导体芯片404、陶瓷衬底403和引出端子等的电气连通。e超声波键合后，在功率模块400的内部灌充硅胶并固化，以保护芯片，提高介电强度。然后盖上盖，打标或贴标签。f如步骤b使用钎焊技术，则模块100整体需要先抽真空，再充工作液体303，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有热管系统的功率模块，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，其特征在于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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡少华，金晓行，
申请(专利权)人：嘉兴斯达微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33