一种功率模块包括一第一散热单元、一第一功率器件、一导热绝缘材料层、一第二功率器件、一引线框架以及一封料。第一散热单元具有一第一区及一第二区。第一功率器件设置在第一区。导热绝缘材料层设置在第二区。第二功率器件通过导热绝缘材料层设置在散热单元。引线框架与第一功率器件及第二功率器件的至少一个电性连接。封料是包覆第一功率器件、导热绝缘材料层、第二功率器件及引线框架的一部分。第一散热单元与第一功率器件及第二功率器件的至少一个电性连接。由于第一功率器件非通过导热绝缘材料层设置在第一散热单元，故可降低成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术关于一种功率模块，特别关于一种应用在电源变换器的功率模块。
技术介绍
高效率和高功率密度一直是业界对电源变换器的要求。高效率意味着减少能耗， 利于节能减排保护环境，并减少使用成本。高功率密度则意味着体积小、重量轻，减少运输成本和空间需求，从而减少建设成本。因此，电源领域对高效率、高功率密度的追求将永不停息。电源变换器由于用途不同，其种类较多。由转换电能类型来分，其可分为非隔离型AC/DC电源变换器，例如，由一个用在功率因数校正(下称PFC电路)的AC/DC转换电路组成；非隔离型DC/DC电源变换器；隔离型DC/DC变换器；隔离型AC/DC电源变换器，例如， 由一个PFC电路加一个或者多个DC/DC变换器而成；DC/AC、AC/AC等等。由于需要转换的电能性质和转换的级数不同，各种变换器的容易达成的功率密度和效率也不尽相同。以隔离型AC/DC电源变换器为例，目前业界普遍的功率密度是10W/inch3，效率是90%左右。非隔离型AC/DC电源变换器、隔离型DC/DC变换器和DC/AC的效率和功率密度则会更高些。电源变换器的高效率意味着低能耗。如效率90%时，其转换能耗约是整个电源变换器总输入能量的10%。而效率91%的电源变换器，其转换能耗则降低为总输入能量的 9%。也就是说，效率每提升一个点，其能耗就较90%效率的电源变换器降低10%，极为可观。事实上，电源变换器效率提升的努力常常以0. 5%甚至0. 的量级进行。电源变换器的能耗主要由通态损耗和开关损耗特别是有源器件的开关损耗组成。 开关损耗受工作频率的影响较大。电源变换器，特别是开关电源变换器，是降低音频噪音， 其工作频率通常在20kHz以上。其实际工作频率的选择受无源器件特别是磁组件的影响较大。若磁组件体积小，为了可靠工作，通常需要高频率来降低其工作磁通密度从而带来高开关损耗；或者减小磁性组件中线组的线径并增加匝数，从而增加通态损耗，均带来高损耗。 反之，若磁组件体积大，则可以在保证可靠工作的前提下降低工作频率从而降低开关损耗; 也可以增加磁性组件中线组的线径或者减小匝数，从而降低通态损耗，以降低总损耗，得到高效率。因此，不难理解，提升电源内部的空间利用率，是得到高功率密度或者高效率的关键因素之一。空间利用率越高，留给对电源变换效率很重要的无源器件特别是磁性组件的空间就越大，就还容易使用到大体积的无源组件，从而提升电源效率。也可以通过使用大体积的无源器件来增加电源总功率，从而提升电源变换器的功率密度。所以，高的电源空间利用率，更易于在特定功率密度下达成高效率或者在特定效率下达成高功率密度，也有机会高功率密度和高效率兼顾。半导体器件是决定电源变换器效率的重要因素之一。但使用半导体器件，往往不可避免的需要使用对电变换效率无益的额外材料，如保护半导体的封装材料、帮助散热的散热器、固定半导体器件的夹具等等。这些材料在电源变换器内部的比例越大，电源的内部空间利用率就越差。而目前优秀的产品，已经很好地利用了电源内部空间。也正因为此，功率半导体器件占用的空间体积，占电源总体积的比重也越来越大，也越来越被重视。目前业界有很多先进技术被提出，如优化散热器，简化安装等等来减少散热器及其安装造成的空间占用。例如通过新的绝缘垫片技术，舍弃螺丝、夹具等，来减小体积，以改善电源设计。为进一步提升电源性能，需要继续提高空间利用率。半导体器件本身的封装空间利用率成为瓶颈。而集成功率模块(Integrated Power Module，IPM)，将多个半导体器件集成在一个器件封装里，为提升封装内的空间利用率提供了可能。集成模块因为应用的不同， 集成内容也不尽相同有将单个功率半导体器件与其控制器或者驱动集成在一起的；有仅将多个功率半导体器件集成在一起的；有将多个半导体器件与其相应控制器或者驱动集成在一起的。集成内容不同，导致考虑点和难易程度不尽相同。为有所区别，下文中提及的功率模块中，至少包括2个功率器件，强调多个功率器件的集成。功率模块通常集成功率器件在某些场合更会集成一些控制、驱动元器件。常用功率器件有MOSFET，IGBT, POWER Diode等，而控制，驱动组件常包括一些三极管，IC，被动组件等。由于将多个器件变成一个器件，功率模块具备使用方便、平均无故障时间长等等优势， 在很多场合被应用。由于功率模块将多个功率器件集中在一起，热量多且多点分布，其热管理因此变得很关键。众多现有技术，很多是在散热能力上做优化。现有技术一，如图1所示，为一典型的功率模块30内部截面图。该已有技术将元器件32、34和引线框架(lead frame) 35组装。以部分功率器件的芯片32、34为例，其正面电极可以通过引线键合(wire bonding)，铜片钎焊(copper strap bonding)等方式和引线框架实现电气连接；其背面可以通过钎焊，银胶，烧结，环氧胶等方式实现和lead-frame之间的电和/或机械连接。元器件和引线框架组装好以后，将需要保护的区域使用封料(molding compound) 36包覆，以便起到机械，防尘，防潮，绝缘保护的功用。此结构具有价格低的优势。该现有技术，其散热面由封料绝缘，该散热面同时担负机械保护的角色，所以，厚度也会较大，通常大于0.5mm。通常而言，molding compound的热导率在lW/m. K左右。从芯片表面向case的传导热阻的计算式为，R_ 导热距离 _《所讲)^100q~导热系数χ面积_ k(w/m.k)xA(mm2)对于IOmm乘以IOmm见方的面积，厚度在0. 5mm，封料的热导率假设是lW/m. K时，热阻就高达涨/W。由此可见，通常而言，此类封装的散热性能较差，即，以功率半导体器件为例，从芯片的junction至case的热阻(Rjc)较大。而且，由于封料较低的导热系数，其横向热扩散的能力也较低，因此往往会出现热集中点(热点)，危害器件的可靠性以及使用寿命。所以，现有技术一的散热能力较差，不适合散热要求高的场合。为了优化功率模块的性能，有更多已有技术被提出。现有技术二，如图2所示，在现有技术一的基础上，在molding的一侧，增加一散热单元31，由于此散热单元的热导率较高，例如铜的热导率高于300W/m. K，因此，这样可以使得模块的均温性能有所增加，在一定程度上缓解热点问题，以此增加模块的热管理能力。但由于该散热单元通常也被要求电绝缘，其与导线框架35间往往被填充封料36。由于 molding工艺的限制，该封料层的厚度一般大于0. 2mm,通常需要在0. 3mm以上，按照现有技术一中的计算方法，其IOmmXlOmm面积对应的热阻在I/W左右。即，此结构的整体散热性能虽有较大改善，但依然较差。现有技术三，如图3所示在覆铜陶瓷基板(Direct Bonded Copper，DBC) 31a上形成电路图形，此DBC板作为元器件的安装载板，将元器件32、34与DBC板组装，针对部分半导体芯片需要使用引线键合(wire bonding)工艺完成半导体芯片32、34正面电极和DBC 基板/引线框架35的电信号连接。此结构的本质是在现有技术二的基础上，采用热导系数较高的陶瓷介质层，来替代封料层。由于常用的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种功率模块，其特征在于，包括：一第一散热单元，具有一第一区及一第二区；一第一功率器件，设置在该第一区；一导热绝缘材料层，设置在该第二区；一第二功率器件，通过该导热绝缘材料层设置在该第一散热单元；一引线框架，与该第一功率器件及该第二功率器件的至少一个电性连接；以及一封料，是包覆该第一功率器件、该导热绝缘材料层、该第二功率器件及该引线框架的一部分，该第一散热单元，与该第一功率器件及该第二功率器件的至少一个电性连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾剑鸿，洪守玉，叶奇峰，林逸程，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71
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