一种自动温度控制的IGBT模块封装结构制造技术

本发明专利技术公开了一种自动温度控制的IGBT模块封装结构，包括：由下至上依次设置的热沉、TIM、铜基板、焊料层和覆铜陶瓷基板；所述覆铜陶瓷基板上还设置有二极管和IGBT芯片；所述热沉、所述TIM、所述铜基板、所述焊料层和所述覆铜陶瓷基板内贯穿有微通道；所述覆铜陶瓷基板、所述铜基板、所述热沉以及所述微通道构成固

【技术实现步骤摘要】
一种自动温度控制的IGBT模块封装结构


[0001]本专利技术涉及电力电子芯片制造和封测
，特别是涉及一种自动温度控制的IGBT模块封装结构。

技术介绍

[0002]大功率IGBT器件作为能量转换和传输的核心器件之一，广泛应用于牵引、电动汽车、电力传输等领域；而随着IGBT模块集成度的不断提高、热流密度的不断增加，导致其所产生的热量进一步的集中，采用常规的热传导技术已经无法实现热量有效传导，耗散产生的热量严重威胁电子设备的运行可靠性。
[0003]电力电子器件的热管理指的是通过高效的散热技术和合理的结构设计实现器件的高散热性能。IGBT器件叠层结构相对复杂，热阻链较长，功率芯片散热和均热问题尤为突出，目前业界常用散热方式仍为IGBT模块、TIM（Thermal Interface Material，热界面材料）以及Heatsink（散热件）组合的方式，芯片传热路径长，受限于TIM极低热导率，如何实现高效的散热制约着大功率IGBT模块广泛的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种自动温度控制的IGBT模块封装结构，用以解决现有技术中IGBT模块TIM散热瓶颈问题，同时实现芯片温度精确控制和快速冷却。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种自动温度控制的IGBT模块封装结构，包括：由下至上依次设置的热沉、TIM、铜基板、焊料层和覆铜陶瓷基板；所述覆铜陶瓷基板上还设置有二极管和IGBT芯片；所述热沉、所述TIM、所述铜基板、所述焊料层和所述覆铜陶瓷基板内贯穿有微通道；所述覆铜陶瓷基板、所述铜基板、所述热沉以及所述微通道构成固
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液
‑
气三相散热系统。
[0006]可选地，所述IGBT芯片的栅极与所述二极管的阳极通过键合线连接；所述IGBT芯片的集电极以及所述二极管的阴极通过铜
‑
铜键合工艺贴装在所述覆铜陶瓷基板的上铜层。
[0007]可选地，所述铜基板通过所述焊料层与所述覆铜陶瓷基板的下铜层连接。
[0008]可选地，所述热沉通过所述TIM与所述铜基板连接。
[0009]可选地，所述IGBT芯片的底部设有交替对N
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P异质结，所述交替对N
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P异质结的底部设有铜凸点。
[0010]可选地，所述微通道的内部设有凹槽，所述凹槽内设有阵列毛细微结构。
[0011]可选地，所述微通道的内部充满相变材料。
[0012]可选地，所述焊料层由高导热率材料构成。
[0013]可选地，所述覆铜陶瓷基板由高导热率材料构成。
[0014]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的自动温度控制的IGBT模块封装结构中的微通道贯穿热沉、TIM、铜基
板、焊料层和覆铜陶瓷基板，更靠近热源IGBT芯片，减少了传热界面，更高效的将产生的热量耗散掉；且微通道不需要外加液泵推动，能解决现有技术中IGBT模块TIM散热瓶颈问题，同时实现芯片温度精确控制和快速冷却，从而提升器件可靠性及使用寿命。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术实施例提供的自动温度控制的IGBT模块封装结构的示意图；图2为本专利技术实施例提供的IGBT芯片中交替对N
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P异质结的示意图；图3为本专利技术实施例提供的IGBT芯片中铜凸点的示意图；图4为本专利技术实施例提供的微通道侧视图；图5为本专利技术实施例提供的阵列毛细微结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的微通道内相变材料流动示意图。
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]本专利技术的目的是提供一种自动温度控制的IGBT模块封装结构，用以解决现有技术中IGBT模块TIM散热瓶颈问题，同时实现芯片温度精确控制和快速冷却。
[0019]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0020]如图1所示，本专利技术提供的自动温度控制的IGBT模块封装结构，包括：由下至上依次设置的热沉109、TIM107、铜基板106、焊料层105和覆铜陶瓷基板104。所述覆铜陶瓷基板104上还设置有二极管103和IGBT芯片102。所述热沉109、所述TIM107、所述铜基板106、所述焊料层105和所述覆铜陶瓷基板104内贯穿有微通道108；所述覆铜陶瓷基板104、所述铜基板106、所述热沉109以及所述微通道108构成固
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液
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气三相散热系统。微通道108更靠近热源IGBT芯片102，减少了传热界面，更高效的将产生的热量耗散掉；且微通道108不需要外加液泵推动。微通道108的侧视图如图4所示。
[0021]作为一个具体的实施例，所述IGBT芯片102的栅极与所述二极管103的阳极通过键合线101连接；所述IGBT芯片102的集电极以及所述二极管103的阴极通过铜
‑
铜键合工艺贴装在所述覆铜陶瓷基板104的上铜层对应位置。铜基板106通过焊料层105与覆铜陶瓷基板104的下铜层连接；热沉109与铜基板106通过TIM107连接在一起。
[0022]作为一个具体的实施例，如图2
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3所示，所述IGBT芯片102的底部设有交替对N
‑
P异质结，构成半导体回路制冷。所述交替对N
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P异质结的底部设有铜凸点1021，该铜凸点1021通过铜
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铜键合工艺与覆铜陶瓷基板104相连。
[0023]作为一个具体的实施例，所述微通道108的内部设有凹槽，所述凹槽内设有阵列毛细微结构1081，如图5所示。但阵列毛细微结构1081的分布与形状不限于图5所示。阵列毛细微结构1081可放入微通道108的凹槽中，扩大接触面积提高微通道稳定性。如图6所示，微通道108内部充满相变材料，低温时相变材料为液态，高温时液态相变材料吸热变为气态，气态相变材料从高温端向低温端流动，在低温端凝结成液态，阵列毛细微结构区域液态相变材料在阵列毛细微结构1081的作用下被吸收到高温端，继续进行散热循环。
[0024]作为一个具体的实施例，焊料层105由高导热率材料构成，例如SAC305、纳米银、纳米铜或混合型的焊接材料。覆铜陶瓷基板104由高导热率材料构成，例如Al2O3、AlN、ZTA、SiN等。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，包括：由下至上依次设置的热沉、TIM、铜基板、焊料层和覆铜陶瓷基板；所述覆铜陶瓷基板上还设置有二极管和IGBT芯片；所述热沉、所述TIM、所述铜基板、所述焊料层和所述覆铜陶瓷基板内贯穿有微通道；所述覆铜陶瓷基板、所述铜基板、所述热沉以及所述微通道构成固
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液
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气三相散热系统。2.根据权利要求1所述的自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述IGBT芯片的栅极与所述二极管的阳极通过键合线连接；所述IGBT芯片的集电极以及所述二极管的阴极通过铜
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铜键合工艺贴装在所述覆铜陶瓷基板的上铜层。3.根据权利要求1所述的自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述铜基板通过所述焊料层与所述覆铜陶瓷基板的下铜层连接。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洋，孙亚萌，马坤，宋一凡，
申请(专利权)人：合肥阿基米德电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：