具有散热结构的电力电子器件IGBT模块及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有散热结构的电力电子器件IGBT模块及制备方法，属于电力电子制造和封测技术领域。所述具有散热结构的电力电子器件IGBT模块包括：键合线、IGBT芯片、FRD芯片、焊料层、DBC基板、导热脂层、散热结构以及微泵；所述散热结构包括两面加工有AlSiC介质层的微流道铜基板。所述AlSiC介质层通过激光冲击强化的制造工艺加工到微流道铜基板的两侧，使得本发明专利技术所述散热结构具有较低的热膨胀系数、高强的热传导系数和廉价的成本，可以高效的将模块产生的热量耗散，实现快速降温。本发明专利技术解决了现有IGBT模块散热系统重量大、制作成本高且散热性能弱的问题，能够有效缓解散热器散热不均衡问题，从而提升器件可靠性及使用寿命。从而提升器件可靠性及使用寿命。从而提升器件可靠性及使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
具有散热结构的电力电子器件IGBT模块及制备方法


[0001]本专利技术涉及电力电子制造和封测
，特别是涉及一种具有散热结构的电力电子器件IGBT模块及制备方法。

技术介绍

[0002]随着后摩尔时代的到来，电子元器件的封装技术由传统的二维封装向2.5维（2.5D）或更高级别的三维（3D）封装方向发展。3D封装技术虽然提高了电子元器件运行速度、实现了电子设备的小型化和多功能化，但是也导致器件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。在现代电子元器件中，有相当一部分功率转化为热的形式，耗散产生的热量严重威胁电子设备的运行可靠性。
[0003]由于功率器件的高散热性，热管理在功率封装设计中是一个更为关键的方面。“热管理”的问题已经成为阻碍现代电子元器件发展的首要问题之一。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。而随着IGBT模块集成度的不断提高、热流密度的不断增加，如何实现高效的散热制约着大功率IGBT模块广泛的应用。因此，确有必要对现有散热技术进行改进以解决现有技术之不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种具有散热结构的电力电子器件IGBT模块及制备方法，以解决现有技术中IGBT模块散热系统重量大、制作成本高且散热性能弱的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种具有散热结构的电力电子器件IGBT模块，包括：键合线、IGBT芯片、FRD芯片、焊料层、DBC基板、导热脂层、散热结构以及微泵；所述散热结构包括两面加工有AlSiC介质层的微流道铜基板；所述FRD芯片通过所述键合线与所述IGBT芯片相连接；所述FRD芯片以及所述IGBT芯片通过所述焊料层连接到所述DBC基板上表面；所述散热结构通过所述导热脂层直接连接到所述DBC基板下表面；所述微流道铜基板内部预制有微流道，所述微流道通过所述微泵驱动。
[0006]可选地，所述焊料层由高导热率材料构成；所述高导热率材料包括SAC305、纳米银、纳米铜或混合型的焊接材料。
[0007]可选地，所述DBC基板包括陶瓷层以及设置在所述陶瓷层两面的上铜层和下铜层；所述FRD芯片以及所述IGBT芯片通过所述焊料层连接到所述上铜层；所述散热结构通过所述导热脂层连接到所述下铜层；所述陶瓷层由高导热率材料构成，所述高导热率材料包括Al2O3、AlN、ZTA、SiN。
[0008]可选地，所述微流道的形状包括扇形、矩形。
[0009]可选地，所述AlSiC介质层的厚度为1毫米。
[0010]一种具有散热结构的电力电子器件IGBT模块的制备方法，所述制备方法包括：
准备铜基板；对所述铜基板进行微纳加工，在所述铜基板中预制好散热微流道，形成微流道铜基板；通过激光冲击强化工艺在所述微流道铜基板两面加工AlSiC介质层，形成散热结构；将键合线、IGBT芯片、FRD芯片、焊料层、DBC基板、导热脂层、所述散热结构以及微泵通过封装测试工艺进行封装，使得所述FRD芯片通过所述键合线与所述IGBT芯片相连接，所述FRD芯片以及所述IGBT芯片通过所述焊料层连接到所述DBC基板上表面，所述散热结构通过所述导热脂层直接连接到所述DBC基板下表面，所述微流道通过所述微泵驱动，形成所述具有散热结构的电力电子器件IGBT模块。
[0011]可选地，所述微纳加工包括湿法刻蚀、反应离子刻蚀、微铣加工和激光烧蚀技术。
[0012]可选地，所述通过激光冲击强化工艺在所述微流道铜基板两面加工AlSiC介质层，形成散热结构，具体包括：将铝粉和SiC粉放置在所述微流道铜基板两面，通过激光冲击强化工艺在所述微流道铜基板两面加工出AlSiC介质层，形成所述散热结构；所述铝粉和SiC粉的比例为1 ：1。
[0013]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：本专利技术提供了一种具有散热结构的电力电子器件IGBT模块及制备方法，所述具有散热结构的电力电子器件IGBT模块包括：键合线、IGBT芯片、FRD芯片、焊料层、DBC基板、导热脂层、散热结构以及微泵；所述散热结构包括两面加工有AlSiC介质层的微流道铜基板。所述AlSiC介质层通过激光冲击强化（Laser Shock Peening，LSP）的制造工艺加工到微流道铜基板的两侧，使得本专利技术所述散热结构具有较低的热膨胀系数（coefficient of thermal expansion，CTE）、高强的热传导系数和廉价的成本，可以高效的将模块产生的热量耗散，实现快速降温。本专利技术解决了现有IGBT模块散热系统重量大、制作成本高且散热性能弱的问题，能够有效缓解散热器散热不均衡问题，从而提升器件可靠性及使用寿命。
[0014]此外，本专利技术具有散热结构的电力电子器件IGBT模块的焊料层以及DBC基板的陶瓷层均采用高导热率材料，能够进一步提高散热性能。
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具有散热结构的电力电子器件IGBT模块的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的具有散热结构的电力电子器件IGBT模块的制备方法的示意图；图3为本专利技术实施例提供的电力电子器件IGBT模块的散热结构中铜基板预制扇形微流道的结构俯视图；图4为本专利技术实施例提供的铜基板预制扇形微流道的仿真效果图；
符号说明：键合线1、IGBT芯片2、焊料层3、上铜层4、陶瓷层5、导热脂层6、AlSiC介质层7、微流道铜基板8、微流道9、微泵10、FRD芯片11、下铜层12、微流道入口13、微流道出口14。
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具有散热结构的电力电子器件IGBT模块及制备方法，以解决现有技术中IGBT模块散热系统重量大、制作成本高且散热性能弱的问题。
[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]图1为本专利技术实施例提供的具有散热结构的电力电子器件IGBT模块的结构示意图。参见图1，所述具有散热结构的电力电子器件IGBT模块包括：键合线1、IGBT芯片2、FRD芯片11、焊料层3、DBC基板、导热脂层6、散热结构以及微泵10。其中，所述DBC（Direct Bonding Copper）基板包括陶瓷层5以及设置在所述陶瓷层5两面的上铜层4和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有散热结构的电力电子器件IGBT模块，其特征在于，包括：键合线、IGBT芯片、FRD芯片、焊料层、DBC基板、导热脂层、散热结构以及微泵；所述散热结构包括两面加工有AlSiC介质层的微流道铜基板；所述AlSiC介质层通过激光冲击强化工艺在所述微流道铜基板两面加工制得；所述FRD芯片通过所述键合线与所述IGBT芯片相连接；所述FRD芯片以及所述IGBT芯片通过所述焊料层连接到所述DBC基板上表面；所述散热结构通过所述导热脂层直接连接到所述DBC基板下表面；所述微流道铜基板内部预制有微流道，所述微流道通过所述微泵驱动。2.根据权利要求1所述的具有散热结构的电力电子器件IGBT模块，其特征在于，所述焊料层由高导热率材料构成；所述高导热率材料包括SAC305、纳米银或纳米铜。3.根据权利要求1所述的具有散热结构的电力电子器件IGBT模块，其特征在于，所述DBC基板包括陶瓷层以及设置在所述陶瓷层两面的上铜层和下铜层；所述FRD芯片以及所述IGBT芯片通过所述焊料层连接到所述上铜层；所述散热结构通过所述导热脂层连接到所述下铜层；所述陶瓷层由高导热率材料构成，所述高导热率材料包括Al2O3、AlN、ZTA、SiN。4.根据权利要求1所述的具有散热结构的电力电子器件IGBT模块，其特征在于，所述微流道的形状包括扇形、矩形。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙亚萌，马坤，宋一凡，周洋，
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：