一种基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构，包括芯片、与芯片上表面焊接固定的均温板以及与芯片下表面焊接固定的上铜层；所述的均温板包括互相垂直固定的下壳板和上壳板，所述的下壳板和上壳板均设有水平间隔布置的多个散热块；其中，下壳板中，部分散热块的端面与对应的芯片的上表面焊接固定；上壳板中，散热块之间的间隔区域通过水冷壳板密封后形成水冷通道，水冷通道设有冷却液进水口和冷却液出水口。本发明专利技术采用3D双面异形均温板，可有效增大均温板的散热面积，实现有限空间内大功率器件的散热需求；同时，通过设置水冷通道，可实现芯片热量快速被冷却液带走，进一步减小热阻，提升散热能力。提升散热能力。提升散热能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构


[0001]本专利技术属于功率器件领域，尤其是涉及一种基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构。

技术介绍

[0002]随着技术的发展，对功率器件的性能要求越来越高。功率器件在工作过程中芯片本身的温度会不断的上升，从而影响芯片过流能力。
[0003]为解决因芯片温度上升而影响功率器件性能的问题，需要对芯片进行散热。现有功率器件中的冷却结构一般分为单面冷却和双面冷却结构。
[0004]功率器件的单面冷却结构一般是将芯片设置在均温板(导热块)上。如公开号为CN214176010U的中国专利文献公开了一种功率器件包括：壳体、绝缘基板、第一导电层、导热块和芯片，所述壳体内具有容置空间；绝缘基板设置于所述壳体内的容置空间中；第一导电层覆盖所述绝缘基板的第一表面；导热块设置于所述第一导电层上；芯片设置于所述导热块上。该功率器件中由于具有导热块，芯片设置于该导热块上，提升了芯片纵向散热面积，能够更好的引导和释放芯片因高速开通、关断而产生的热量，从而提升器件的电流输出能力。
[0005]功率器件(单个或多个芯片)双面冷却主要通过多层导热材料与界面材料一层层的向散热终端传递器件热量，使芯片的两个面都实现冷却。如公开号为CN110707057A的中国专利文献公开了一种功率器件的封装结构，包括芯片、导电层、陶瓷基板和散热器；芯片的两面对称设有导电层、陶瓷基板和散热器，导电层、陶瓷基板和散热器沿远离芯片的方向依次排列；陶瓷基板包括中间基板和金属覆层，中间基板的两面均覆设有金属覆层；中间基板上设有通孔，通孔的两端均设有石墨烯垫片，石墨烯垫片与金属覆层连接。
[0006]对于现有的单面冷却结构，均温板的功率器件散热方案中，均温板上下壳板均为平板，主要缺陷在于，均温板散热能力受其面积和厚度限制，平板式均温板无法满足有限空间内高热流密度下功率器件散热需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构，采用3D双面异形均温板，可有效增大均温板的散热面积，实现有限空间内大功率器件的散热需求。
[0008]本专利技术根据均温板与芯片的相互位置关系，可分为两种布置方式。
[0009]第一种布置方式为：
[0010]一种基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构，包括芯片、与芯片上表面焊接固定的均温板以及与芯片下表面焊接固定的上铜层；
[0011]所述的均温板包括互相垂直固定的下壳板和上壳板，所述的下壳板和上壳板均设有水平间隔布置的多个散热块；
[0012]其中，下壳板中，部分散热块的端面与对应的芯片的上表面焊接固定；上壳板中，
散热块之间的间隔区域通过水冷壳板密封后形成水冷通道，水冷通道设有冷却液进水口和冷却液出水口。
[0013]可选择地，所述下壳板和上壳板上的多个散热块可以呈阵列型或翅片型等结构布置，散热块的形状包括但不限于棱柱、圆柱或鳍形等。
[0014]下壳板和上壳板的材料包括但不限于铜、钛、铜钼合金、铜钨合金、铝合金等。
[0015]优选地，所述下壳板和上壳板的表面均匀设有短毛细芯，所述下壳板和上壳板之间连接有长毛细芯。短毛细芯和长毛细芯可提供毛细回流通道，其中，长毛细芯还可起支撑作用。
[0016]所述上铜层的下表面依次与陶瓷层、下铜层固定，所述的下铜层固定在基座上；所述的芯片、均温板、上铜层、陶瓷层及下铜层的外部均被绝缘材料填充覆盖。
[0017]所述均温板的一端与第一接线端子连接，使用均温板替代键合线；所述上铜层的一端与第二接线端子连接。使用均温板替代键合线，可以有效避免键合线脱落、断裂等问题，增长使用寿命。
[0018]第二种布置方式为：
[0019]一种基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构，包括芯片、与芯片下表面焊接固定的均温板以及与均温板下表面固定的上铜层；
[0020]所述的均温板包括互相垂直固定的上壳板和下壳板，所述的上壳板和下壳板均设有水平间隔布置的多个散热块；
[0021]其中，上壳板中，部分散热块的端面与对应的芯片的下表面焊接固定；下壳板中，散热块之间的间隔区域通过水冷壳板密封后形成水冷通道，水冷通道设有冷却液进水口和冷却液出水口。
[0022]可选择地，所述下壳板和上壳板上的多个散热块可以呈阵列型或翅片型等结构布置，散热块的形状包括但不限于棱柱、圆柱或鳍形等。
[0023]下壳板和上壳板的材料包括但不限于铜、钛、铜钼合金、铜钨合金、铝合金等。
[0024]优选地，所述下壳板和上壳板的表面均匀设有短毛细芯，所述下壳板和上壳板之间连接有长毛细芯。短毛细芯和长毛细芯可提供毛细回流通道，其中，长毛细芯还可起支撑作用。
[0025]所述上铜层的下表面依次与陶瓷层、下铜层固定，所述的下铜层固定在基座上；所述的芯片、均温板、上铜层、陶瓷层及下铜层的外部均被绝缘材料填充覆盖。
[0026]所述的芯片之间通过键合线连接后与第一接线端子连接；所述上铜层的一端与第二接线端子连接。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028]1、本专利技术中，通过将均温板上、下壳板处理为3D异形结构，可有效增大均温板工作面积，实现有限空间内的高效散热，具有更好的器件温度均匀性，能有效降低器件内部的热应力，延长器件寿命。
[0029]2、水冷壳板和上壳板/下壳板一体，可实现芯片热量快速被冷却液带走，进一步减小热阻，提升散热能力。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例1中基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构示意图；
[0031]图2为图1中3D双面异形均温板的局部剖面图；
[0032]图3为本专利技术实施例2中基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构示意图；
[0033]图4为图3中3D双面异形均温板的局部剖面图；
[0034]图5为本专利技术中均温板上的散热块布置结构示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。
[0036]实施例1
[0037]如图1所示，一种基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构，包括芯片1，芯片1的上表面通过焊料3a与均温板2焊接固定，芯片1的下表面通过焊料3b与上铜层4a焊接固定。上铜层4a的下表面依次与陶瓷层7、下铜层4b固定，下铜层4b的下表面通过焊料3c焊接固定在基座8上。芯片1、均温板2、上铜层4a、陶瓷层7及下铜层4b的外部均被绝缘材料5填充覆盖。
[0038]均温板2的一端与第一接线端子6a连接，使用均温板2替代键合线；上铜层4a的一端与第二接线端子6b连接。
[0039]如图2所示，均温板2采用3D双面异形均温板，具体包括互相垂直固定的下壳板23和上壳板27，下壳板23和上壳板27均设有水平间隔布置的多个散热块28。通过将均温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构，其特征在于，包括芯片、与芯片上表面焊接固定的均温板以及与芯片下表面焊接固定的上铜层；所述的均温板包括互相垂直固定的下壳板和上壳板，所述的下壳板和上壳板均设有水平间隔布置的多个散热块；其中，下壳板中，部分散热块的端面与对应的芯片的上表面焊接固定；上壳板中，散热块之间的间隔区域通过水冷壳板密封后形成水冷通道，水冷通道设有冷却液进水口和冷却液出水口。2.根据权利要求1所述的基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构，其特征在于，所述下壳板和上壳板上的多个散热块呈阵列型或翅片型布置，散热块的形状为棱柱、圆柱或鳍形。3.根据权利要求1所述的基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构，其特征在于，所述下壳板和上壳板上的散热块表面均匀设有短毛细芯，所述下壳板和上壳板上相互正对的散热块之间连接有长毛细芯。4.根据权利要求1所述的基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构，其特征在于，所述上铜层的下表面依次与陶瓷层、下铜层固定，所述的下铜层固定在基座上；所述的芯片、均温板、上铜层、陶瓷层及下铜层的外部均被绝缘材料填充覆盖。5.根据权利要求1所述的基于3D双面异形均温板的功率器件散热结构，其特征在于，所述均温板的一端与第一接线端子连接，使用均温板替代键合线；所述上铜层的一端与第二接线端子连接。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：周霞，吴赞，唐苇羽，盛况，辛志诚，颜笑，李俊业，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：