CN102427070A - 功率模块 - Google Patents

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Abstract

一种功率模块，其包括封装体和多个引脚，所述封装体内部设有功率芯片，所述功率模块还包括外露于所述封装体表面的散热基板，所述散热基板包括陶瓷板和分别贴于所述陶瓷板正反两面的第一铜层和第二铜层，所述第一铜层上设有线路，所述功率芯片贴装在所述第一铜层上且与所述第一铜层上的线路电气连接，所述第二铜层外露与所述封装体表面，用于与外部散热器抵接。其封装材料可以采用低成本的树脂材料，而且其散热基板也不会因为受热翘曲，安装时也不易压破陶瓷板，从而有效的保证了功率模块的散热性能和绝缘性能。

Description

功率模块
【技术领域】
本发明涉及电子器件技术领域，特别是涉及一种发热量较大的功率模块。
【背景技术】
功率模块在包括空调、洗衣机等电机驱动、电力电子领域有着广泛的应用。功率模块的工作电流很大，那么工作情况下产生的热量很大，所以要求模块的内部的散热性能要好，而且功率模块的上表面与散热器紧密抵触，以增强功率模块到环境的散热。在应用中，有安规规定功率模块和散热器之间要有一定的绝缘强度，由于功率模块和散热器紧密抵触，所以功率模块要满足安规绝缘强度的要求，所以要求功率模块的绝缘耐压性能要好。功率模块内部包含驱动电路部分和功率半导体器件部分，采用模塑树脂封装，工艺相对复杂，对工艺上的控制要求很高。
传统技术中，引线框架的上表面通过焊料固定有功率半导体器件，下表面通过银胶或者其他某种胶与AL2O3、ALN、BEO等导热性能好的陶瓷基板结合，驱动部分通过银胶固定在引线框架上，内部电气连接通过引线框架和bonding(打线)连接，引线框架、陶瓷基板和功率芯片被模塑树脂封装，绝缘基片(陶瓷基板)的其中一面外露，用于与散热器紧密接触。
在此技术方案的功率模块中，陶瓷基板的其中一面是外露的。功率模块应用时的工作电流是很大的，那么将产生较大的热量，也就是说功率模块在实际应用中的温度变化很大，而且又由于陶瓷的热膨胀系数(＞24ppm/℃)和铜的热膨胀系数(17ppm/℃)相差很大，这样在铜和陶瓷材料的结合面上会产生较大的热应力，造成功率模块的翘曲，甚至出现裂缝。而一旦功率模块出现翘曲，那么在其与散热器通过螺丝接合时，在接合面上出现凸凹的情况，那么上螺丝时，就会对陶瓷基片产生较大的机械应力，陶瓷又是脆性材料，所以会造成陶瓷基片的损坏，并最终出现陶瓷基片的散热性能和绝缘性能下降的问题。即使陶瓷没有损坏，由于陶瓷基板的翘曲那么在其与散热器通过螺丝接合时，在接合面上出现凸凹的情况，造成功率模块的外壳到散热器的热阻增加，最终导致整个系统的散热性能下降，导致在实际应用模块的热失效增加。
而且把功率模块通过螺丝固定到散热器上时，如果散热器表面和功率模块的上表面之间有树脂毛刺等硬的物体，且由于陶瓷是脆性材料，就会可能造成陶瓷基板的破坏，从而造成功率模块的散热性能和绝缘性能的降低。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种不易变形和破裂的功率模块。
一种功率模块，其包括封装体和多个引脚，所述封装体内部设有功率芯片，所述功率模块还包括外露于所述封装体表面的散热基板，所述散热基板包括陶瓷板和分别贴于所述陶瓷板正反两面的第一铜层和第二铜层，所述第一铜层上设有线路，所述功率芯片贴装在所述第一铜层上且与所述第一铜层上的线路电气连接，所述第二铜层外露与所述封装体表面，用于与外部散热器抵接。
本发明一较佳实施例中，所述封装体为方形。
本发明一较佳实施例中，所述多个引脚分别设置于所述方形封装体的二相对侧边。
本发明一较佳实施例中，所述功率模块还包括安装孔，所述安装孔设置于封装体的另外二个相对的侧边。
本发明一较佳实施例中，所述安装孔设置于所述封装体侧边上偏离中间位置且靠近所述散热基板侧边的中间的位置。
本发明一较佳实施例中，所述多个引脚中的部分引脚与所述第一铜层上的线路电气连接。
上述功率模块采用散热基板作为主要散热途径，提高了散热性能，使得模塑树脂可以采用低导热系数的树脂材料，这样的模塑树脂的成本低，且粘度低，流动性好，便于模塑成型。散热基板受热后，其正反两面的热膨胀系数便基本相同，使得散热基板受热后不会产生翘曲。由于铜质材料的韧性(硬度更低)相比陶瓷材料要好得多，功率模块在应用中安装外部散热器时，即便在第二铜层和散热器之间参杂有树脂毛刺等硬的物体，也不会导致散热基板中绝缘层(陶瓷板)的损坏，保证了散热性能和绝缘性能。
【附图说明】
图1为一实施例的功率模块的结构示意图；
图2为图1所示的功率模块的内部剖视图；
图3为图1所示的功率模块上散热基板的结构示意图。
【具体实施方式】
为了解决传统功率模块发热翘曲以及强压碎裂的问题，提出了一种不易变形和破裂的功率模块。
如图1所示，其为一实施例的功率模块10的结构示意图，包括：封装体100、多个引脚110、散热基板120和安装孔130。
封装体100为方形，多个引脚110分别设置在封装体100的二相对侧边。安装孔130分别设置于封装体100的另外两个相对侧边。
散热基板120的一个表面外露于封装体100表面，，用于将封装体100内部热量向外散发。实际运用时，散热基板120外露的表面与外部散热器紧密抵接。安装孔130设置于封装体100侧边上偏离中间位置且靠近散热基板120侧边的中间的位置，以便通过螺丝加强散热基板120与外部散热器抵接紧密度。
请同时参阅图2和图3，功率模块10还包括封装于封装体100内部的功率芯片140。
散热基板120包括第一铜层121、陶瓷板123和第二铜层125。第一铜层121和第二铜层125分别贴于陶瓷板123的正反两面。所述第一铜层121位于封装体100内部，且第一铜层121上设有线路(即非完整铜板，而是设有犹如PCB板表面电路结构的铜层)，功率芯片140可以有多个，贴装在第一铜层上且与第一铜层121上的线路电气连接。本实施例中，所述多个引脚110中的部分引脚也与第一铜层121上的线路电气连接。第一铜层121上的线路上还可以电气连接其他元器件，如电阻、电容、热敏电阻等。
所述第二铜层125外露于封装体100表面，用于与散热器接触，以将封装体100内部热量向外散发。
功率芯片140在功率模块10工作时的电流较大，通常为主要热源，其装载在散热基板120上，散热基板120中的陶瓷板123起绝缘导热作用，其导热系数一般＞24W/mK。由于功率模块10的散热主要通过散热基板120，那么模塑树脂可以采用低导热系数的树脂材料，如导热系数＜1W/mK，这样的模塑树脂的成本低，且粘度低，流动性好，便于模塑成型。又由于陶瓷板123的绝缘性能较好，其击穿电压一般为20KV/mm，所以本发明的功率模块10也能够满足安规的绝缘性能要求。
由于散热基板120的正反两面都具有铜层(第一铜层121和第二铜层125)，散热基板120受热后，其正反两面的热膨胀系数便基本相同，使得散热基板120受热后不会产生翘曲，以便于第二铜层125能够与外部散热器紧密接触，保证了良好的散热性能。因为散热基板120不会产生翘曲，同时也保证了陶瓷板123不会因为翘曲而破裂。
功率模块10上的第二铜层125外露与封装体100的表面，由于铜质材料的韧性(硬度更低)相比陶瓷材料要好得多，功率模块10在应用中安装外部散热器时，即便在第二铜层125和散热器之间参杂有树脂毛刺等硬的物体，也不会导致散热基板120中绝缘层(陶瓷板123)的损坏，保证了散热性能和绝缘性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种功率模块，其包括封装体和多个引脚，所述封装体内部设有功率芯片，其特征在于，所述功率模块还包括外露于所述封装体表面的散热基板，所述散热基板包括陶瓷板和分别贴于所述陶瓷板正反两面的第一铜层和第二铜层，所述第一铜层上设有线路，所述功率芯片贴装在所述第一铜层上且与所述第一铜层上的线路电气连接，所述第二铜层外露与所述封装体表面，用于与外部散热器抵接。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述封装体为方形。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述多个引脚分别设置于所述方形封装体的二相对侧边。
4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括安装孔，所述安装孔设置于封装体的另外二个相对的侧边。
5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述安装孔设置于所述封装体侧边上偏离中间位置且靠近所述散热基板侧边的中间的位置。
6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述多个引脚中的部分引脚与所述第一铜层上的线路电气连接。
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