功率器件内置且双面散热的功率模组及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种功率器件内置且双面散热的功率模组及其制备方法，该功率模组包括：第一基板，包括第一有机绝缘基材、内嵌于其中的第一电绝缘散热体、形成于其外侧的第一金属层和形成于其内侧的图案化第二金属层；第二基板，包括第二有机绝缘基材以及内嵌于其中的第二电绝缘散热体；第二基板的外侧形成有与第二电绝缘散热体的一侧热连接的第三金属层，第二电绝缘散热体的另一侧形成有与其热连接的第四金属层；第四金属层形成有凹陷的功率器件容纳空间，功率器件设置在该容纳空间内；优选地，位于功率器件两个相对表面的电极分别与第二金属层和第四金属层电连接，第四金属层与第二金属层电连接。本发明专利技术的功率模组具有良好的散热性能，易于制备且良品率高。

【技术实现步骤摘要】
功率器件内置且双面散热的功率模组及其制备方法
本专利技术涉及一种功率模组及其制备方法；更具体地讲，是涉及一种内嵌有功率器件且双面散热的功率模组及其制备方法。
技术介绍
诸如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、晶闸管、GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)、BJT(双极结型晶体管)或UJT(单结晶体管)等的功率电子器件广泛应用在各种电子/电力设备上。随着电子/电力产品向轻型化、小型化方向发展，对其中功率电子器件的各种性能提出了更高的要求，例如要求IGBT芯片承受更高的电流等，但是随着承载电流的增加，功率器件工作时产生的热量也不断增加，如果不能及时将功率器件所产生的热量散发，将严重影响功率器件及产品中其他电子器件的工作。因此，小型化且具有高散热能力的功率模组已经成为业界共同追求的目标。中国专利申请CN201110222484.0公开了一种免引线键合IGBT模块，其包括基板、焊接在基板上的衬板、以及焊接在衬板上的功率半导体芯片和集电极端子，还包括免引线电极引出板；该免引线电极引出板为复合母排或多层印制电路板，设置在功率半导体芯片上面，用于实现功率半导体芯片的电极互连及引出，并为模块提供电流及散热通路；功率半导体芯片电极通过免引线电极引出板上的连接端子互连，连接介质为银。中国专利申请CN201621294680.3提供一种双面散热功率模块，其中，IGBT模块焊接在第一散热板和第二散热板之间，第二散热板上排列设置与IGBT模块连接的正极功率端子、负极功率端子以及交流功率端子，IGBT模块与正极功率端子和交流功率端子形成第一电流回路，IGBT模块与负极功率端子和交流功率端子形成第二电流回路，交流功率端子位于正极功率端子和负极功率端子之间。中国专利申请CN201780000036.1公开了一种IGBT模组，包括散热基板，该散热基板内嵌埋有第一陶瓷散热体，且其表面上设有第一线路层，IGBT芯片的第一侧贴装在第一线路层上；其中，IGBT芯片的第二侧设有导热金属板，且第一线路层的一侧设有带第一通孔的第一散热板，IGBT芯片及导热金属板位于第一通孔内，第一散热板远离IGBT芯片的一侧设有第二线路层，且第二线路层设置在导热金属板的一侧；第二线路层远离IGBT的一侧上设有第二陶瓷散热体以及带第二通孔的第二散热板，第二陶瓷散热体位于第二通孔内，第二散热板上还设有第三线路层；第一散热板与散热基板之间、第一散热板与第二散热板之间均填充有机绝缘介质。该专利申请所公开技术方案的缺点在于，IGBT模组在制备过程中需要采用热压步骤，若热压工艺控制不当，则热压步骤所施加的压力可能会被直接传递至IGBT芯片，容易导致IGBT芯片损坏情形的发生，使得该IGBT模组制备良品率较低。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种具有良好散热能力且可有效防止制备过程中功率器件因热压压力而损坏的功率模组。本专利技术的第二目的是提供一种制备具有双面散热结构功率模组的方法，该方法可有效防止制备过程中功率器件因热压压力而损坏。为了实现上述的第一目的，本专利技术的第一方面提供了一种功率器件内置且双面散热的功率模组，包括：第一基板，包括第一有机绝缘基材以及内嵌于第一有机绝缘基材的第一电绝缘散热体；第一基板的外侧形成有与第一电绝缘散热体的一侧热连接的第一金属层，内侧形成有与第一电绝缘散热体的另一侧热连接且图案化的第二金属层；第二基板，包括第二有机绝缘基材以及内嵌于第二有机绝缘基材的第二电绝缘散热体，第一电绝缘散热体和第二电绝缘散热体在第一基板的厚度方向上重叠设置；第二基板的外侧形成有与第二电绝缘散热体的一侧热连接的第三金属层，二电绝缘散热体的另一侧形成有与其热连接的第四金属层；其中，第四金属层形成有凹陷的功率器件容纳空间，功率器件设置在该容纳空间内。由以上技术方案可见，功率器件设置在第四金属层的容纳空间内，且功率器件在第一基板厚度方向上的两侧分别设置有电绝缘散热体，由此使得在制备该功率模组的热压步骤中，功率器件的两侧被刚性部件所保护，热压压力基本上不会或者只有很小的热压压力传递到功率器件，可以有效防止制备过程中功率器件因热压压力而损坏，极大地提高产品制备良率。另外，功率器件的两侧的第一电绝缘散热体、第二电绝缘散热体可以实现对功率器件的双面散热，使得功率模组具有极佳的散热性能。优选地，功率器件的两个相对表面分别设置有电极，位于功率器件其中一个表面的电极与第二金属层电连接，位于功率器件其中另一个表面的电极与第四金属层电连接；第四金属层与第二金属层电连接。可选择地，功率器件的多个电极形成在其同一侧的表面上，且该多个电极与第二金属层电连接；功率器件相对于多个电极的另一侧表面与第四金属层热连接。根据本专利技术的一种具体实施方式，第四金属层内嵌于第二有机绝缘介质层，这对于促进功率模组的小型化是特别有利的。本专利技术中，第一电绝缘散热体和第二电绝缘散热体可以为陶瓷，例如氮化铝、氮化镓、碳化硅、氮化硅、氧化铍、氧化铝等，并优选为氮化硅。其中氮化硅陶瓷具有即使在较大的温差条件下进行快速地冷热循环也不容易开裂的优点，具有极佳的热稳定性。本专利技术中，第一电绝缘散热体和第二电绝缘散热体的厚度分别优选控制为0.2毫米至0.5毫米，更优选为0.2毫米至0.4毫米。第一电绝缘散热体和第二电绝缘散热体的可以具有任意形状的横截面，例如圆形、多边形、椭圆形等规则或其他非规则形状。本专利技术中，第四金属层的厚度可以控制为0.2毫米至0.5毫米，以便于形成功率器件容纳空间，并承载较大电流(例如可达几百安培)并提高其热传导能力。另外，第一金属层、第二金属层和第三金属层的厚度同样可以控制为0.2毫米至0.5毫米，以便于承载较大电流并提高其热传导能力。其中，各个金属层的厚度可以相同或不同。本专利技术的功率模组适合于封装在其两个相对表面分别设置有电极的功率器件，尤其是承载较大电流(例如可达几百安培)的功率器件。举例来说，该功率器件可以为IGBT或MOSFET。为了实现上述的第二目的，本专利技术的另一方面提供了一种功率模组的制备方法，包括：提供第一基板，该第一基板包括第一有机绝缘基材以及内嵌于第一有机绝缘基材的第一电绝缘散热体；第一基板的一个表面侧形成有与第一电绝缘散热体的一侧热连接的第一金属层，相对的另一表面侧形成有与第一电绝缘散热体的另一侧热连接且图案化的第二金属层；提供散热组件，该散热组件包括第二电绝缘散热体、与第二电绝缘散热体的一侧热连接的第二散热金属层、以及与第二电绝缘散热体的另一侧热连接的第四金属层，第四金属层形成有凹陷的功率器件容纳空间；将散热组件和功率器件焊接到第二金属层上，且使得散热组件和第一电绝缘散热体在第一基板的厚度方向上重叠设置；其中，功率器件放置在功率器件容纳空间内，功率器件的两个相对表面分别设置有电极；在位于功率器件其中一个表面的电极与第二金属层之间建立电连接；优选地，在位于功率器件其中另一个表面的电极与第四金属层之间建立电连接，在第四金属层与第二金属层之间建立电连接；在第一基板上依次层叠具有第二贯穿窗口的第二有机绝缘基材和设置在第二有机绝缘基材上的第二基材金属层，第二有机绝缘基材包括在第一基板和第二基材金属层之间依次交替设置的半固化片和有机绝缘介质层；其中，散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率器件内置且双面散热的功率模组，包括：第一基板，包括第一有机绝缘基材以及内嵌于所述第一有机绝缘基材的第一电绝缘散热体；所述第一基板的外侧形成有与所述第一电绝缘散热体的一侧热连接的第一金属层，内侧形成有与所述第一电绝缘散热体的另一侧热连接且图案化的第二金属层；第二基板，包括第二有机绝缘基材以及内嵌于所述第二有机绝缘基材的第二电绝缘散热体，所述第一电绝缘散热体和所述第二电绝缘散热体在所述第一基板的厚度方向上重叠设置；所述第二基板的外侧形成有与所述第二电绝缘散热体的一侧热连接的第三金属层，所述第二电绝缘散热体的另一侧形成有与其热连接的第四金属层；其中，所述第四金属层形成有凹陷的功率器件容纳空间，功率器件设置在所述容纳空间内；优选地，所述功率器件的两个相对表面分别设置有电极，位于所述功率器件其中一个表面的电极与所述第二金属层电连接，位于所述功率器件其中另一个表面的电极与所述第四金属层电连接；所述第四金属层与所述第二金属层电连接。

【技术特征摘要】
1.一种功率器件内置且双面散热的功率模组，包括：第一基板，包括第一有机绝缘基材以及内嵌于所述第一有机绝缘基材的第一电绝缘散热体；所述第一基板的外侧形成有与所述第一电绝缘散热体的一侧热连接的第一金属层，内侧形成有与所述第一电绝缘散热体的另一侧热连接且图案化的第二金属层；第二基板，包括第二有机绝缘基材以及内嵌于所述第二有机绝缘基材的第二电绝缘散热体，所述第一电绝缘散热体和所述第二电绝缘散热体在所述第一基板的厚度方向上重叠设置；所述第二基板的外侧形成有与所述第二电绝缘散热体的一侧热连接的第三金属层，所述第二电绝缘散热体的另一侧形成有与其热连接的第四金属层；其中，所述第四金属层形成有凹陷的功率器件容纳空间，功率器件设置在所述容纳空间内；优选地，所述功率器件的两个相对表面分别设置有电极，位于所述功率器件其中一个表面的电极与所述第二金属层电连接，位于所述功率器件其中另一个表面的电极与所述第四金属层电连接；所述第四金属层与所述第二金属层电连接。2.如权利要求1所述的功率模组，其中，所述第四金属层内嵌于所述第二有机绝缘介质层。3.如权利要求1所述的功率模组，其中，所述第一电绝缘散热体和第二电绝缘散热体为陶瓷。4.如权利要求3所述的功率模组，其中，所述的陶瓷为氮化硅、氮化铝或氧化铝陶瓷。5.如权利要求1所述的功率模组，其中，所述功率器件为晶闸管、IGBT、MOSFET、GTO、GTR或BJT。6.如权利要求1所述的功率模组，其中，所述第一电绝缘散热体和第二电绝缘散热体的厚度分别控制为0.2毫米至0.5毫米；所述第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层的厚度分别控制为0.2毫米至0.5毫米。7.一种功率模组的制备方法，包括：提供第一基板，所述第一基板包括第一有机绝缘基材以及内嵌于所述第一有机绝缘基材的第一电绝缘散热体；所述第一基板的一个表面侧形成有与所述第一电绝缘散热体的一侧热连接的第一金属层，相对的另一个表面侧形成有与所述第一电绝缘散热体的另一侧热连接且图案化的第二金属层；提供散热组件，所述散热组件包括第二电绝缘散热体、与所述第二电绝缘散热体的一侧热连接的第二散热金属层、以及与所述第二电绝缘散热体的另一侧热连接的第四金属层，所述第四金属层形成有凹陷的功率器件容纳空间；将所述散热组件和功率器件焊接到所述第二金属层上，且使得所述散热组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟健，梁可为，陈爱兵，高卫东，
申请(专利权)人：乐健科技珠海有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44