CN104576555A - 一种带导热硅胶片的功率半导体模块及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带导热硅胶片的功率半导体模块及其制作方法,所述导热硅胶片中埋入了用于测量功率半导体模块的一个或多个位置上的温度的多个温度检测单元。该功率半导体模块的制作方法包括制作导热硅胶片的步骤，其中将一个或多个温度检测单元放置于模具中，放置的位置对应预先设定好的待测功率半导体模块的一个或多个测温点，向所述模具内注入硅胶材料并成型为具有所述温度检测单元的导热硅胶片。采用该导热硅胶片的功率半导体模块可提高功率半导体模块温度测量的准确性和实时性。

Description

一种带导热硅胶片的功率半导体模块及其制作方法

技术领域

本发明涉及功率半导体器件测温技术，特别是涉及一种带导热硅胶片的功率半导体模块及其制作方法。

背景技术

随着电能转换和控制的需求不断增长，以绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)为代表的功率半导体器件使用的越来越频繁。功率半导体器件在运行时会产生大量的热量，过多的热量累积会导致器件失效甚至爆炸、燃烧等恶劣后果。所以针对功率半导体器件的散热和温度检测设计，一直是功率半导体期间使用过程中的核心课题。

功率半导体器件10的热量发生一般集中在其PN结，并通过铜基板12、导热材料、散热器等向外扩散，最终由散热器通过自然或强迫的方式向环境中散去。目前所使用的温度传感器件11一般置于功率半导体器件10的铜基板12上，如图1所示，或者是置于远离铜基板的散热器13上，如图2所示。传统的测温结构设计导致了测量的不准确性和滞后性，有较大隐患。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种带导热硅胶片的功率半导体模块及其制作方法，提高温度测量的准确性和实时性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种带导热硅胶片的功率半导体模块，所述导热硅胶片中埋入了用于测量功率半导体模块的一个或多个位置上的温度的一个或多个温度检测单元。

根据优选的实施例，上述技术方案还可以采用以下一些技术特征：

所述多个温度检测单元至少对应功率半导体模块中的多个发热源而布置在所述导热硅胶片中。

所述多个温度检测单元至少对应分布在功率半导体模块的多条散热途径中的不同点而布置在所述导热硅胶片中。

所述多个温度检测单元在所述导热硅胶片中呈阵列布置。

所述多个温度检测单元中的部分或全部温度检测单元的引出导线在所述导热硅胶片中部聚集成束，并在所述导热硅胶片的一侧引出。

所述温度检测单元为单板式NTC热敏电阻陶瓷片。

所述功率半导体模块为IGBT，所述温度检测单元根据所述IGBT的PN结位置关系和相关热测量要求布置在所述导热硅胶片中。

一种功率半导体模块的制作方法，包括功率半导体模块的导热硅胶片的制作步骤，所述制作步骤包括：将一个或多个温度检测单元放置于模具中，放置的位置对应预先设定好的待测功率半导体模块的一个或多个测温点，向所述模具内注入硅胶材料并成型为具有所述温度检测单元的导热硅胶片。

根据优选的实施例，上述技术方案还可以采用以下一些技术特征：

所述模具包括模具主体和可从所述模具主体中取出的模具底板，所述模具底板上设置有在相应位置上定位各温度检测单元的多个定位结构，所述方法包括以下步骤：

将各温度检测单元通过各定位结构定位放置在所述模具主体中的所述模具底板上；

将硅胶材料灌充至所述模具中，固化成型；

翻转所述模具，或将所述模具底板连同成型材料在所述模具内作一次翻转，然后取出所述模具底板，使所述成型材料原本朝所述模具底板的那一面露出；

将硅胶材料灌充至所述模具中，固化成型。

所述定位结构为开设在所述模具底板上的用于放置温度检测单元的定位孔，优选地，所述模具底板上还开设有导线约束槽，用于按照预定路径安置各温度检测单元的引出导线。

本发明的有益效果：

本发明中，导热硅胶片作为功率半导体模块上(例如IGBT铜基板和散热器之间)的导热材料，通过在导热硅胶片中定向埋入温度传感器，使其能够最大限度地靠近希望测量的温度点(如IGBT的PN结)，从而显著提高测量的准确性和实时性。

进一步地，由于功率半导体模块往往都集成了若干个核心芯片，即模块中存在多个发热源，单个且距离较远的温度监测点无法定位每个发热源的准确数据，更无法形成整体平面热量发散图，给监测和事故分析都带来极大的困难。在本发明优选的实施例中，通过按照预先设定好的布置在导热硅胶片中埋入多个温度传感器，可以同时测量功率半导体模块中的多个发热源或分布于其多条散热途径中的不同点温度，在实现准确测温的同时，有利于掌握功率半导体模块整体散热情况，并可提供可用于绘制整体温度分布图的数据。

附图说明

图1和图2为两种传统的功率半导体温度测量方式的传感器布置示意图；

图3为本发明一种实施例中采用的温度检测单元结构示意图；

图4为本发明一种实施例中的导热硅胶片结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图4，根据本发明的实施例，功率半导体模块带有导热硅胶片6，导热硅胶片6中埋入了用于测量功率半导体模块的一个或多个不同位置上的温度的一个或多个温度检测单元7。

导热硅胶片6可以是设置在功率半导体模块的铜基板和散热器(图中未示)之间。导热硅胶片6具有良好压力应变性能，只需稍微加点压力，产品就会发生较大的形变，能够起到很好的填缝作用，降低表面接触热阻，增多了导热通道，提高导热效果；另外，导热硅胶片6有不同导热系数，适合不同发热功率电子元器件的需求；导热硅胶片6表面具有天然的粘性，在使用中可以提供一定的粘接能力；导热硅胶片6还具有优越的绝缘性能，能够在电子元器件中广泛应用；导热硅胶片6还具有良好柔韧性，可以根据客户需要裁切成各种尺寸规格；另外，导热硅胶片6还具备一定减震功能。

在导热硅胶片6中可以埋入单板式NTC热敏电阻陶瓷片作为温度检测单元7，形成温度测量点。

如图3所示，单板式NTC热敏电阻陶瓷片可以具有实质上为立方体的主体3，其上下烧结有电极2、4。铜丝1与电极2通过压接连接形成一侧引出线，铜丝5与电极4通过压接连接形成另一次引出线。所有温度测量点的引出铜丝可以在导热硅胶片6中部聚集成束8，并在导热硅胶片6的一侧引出。为了使用方便，可以在铜丝束的终端连接接线端子9。导热硅胶片6除了引出线束位置其他均可予以裁剪。

温度检测单元7的布置可以针对功率半导体模块的特点和需求对应设置。在一种优选实施例中，多个温度检测单元7至少对应功率半导体模块中的多个发热源而布置在导热硅胶片6中。在另一种优选实施例中，多个温度检测单元7至少对应分布在功率半导体模块的多条散热途径中的不同点而布置在导热硅胶片6中。

如图4所示，在进一步的实施例中，多个温度检测单元7在导热硅胶片6中呈阵列布置。

功率半导体模块可以但不限于是IGBT器件，温度检测单元7可以根据IGBT器件的PN结位置关系和相关热测量要求而设置在导热硅胶片6的相应位置中。

另一些实施例是关于功率半导体模块的制作方法，包括导热硅胶片6的制作步骤，其中，将一个或多个温度检测单元7放置于模具中，放置的位置对应预先设定好的待测功率半导体模块的一个或多个测温点，向模具内注入硅胶材料并成型为具有温度检测单元7的导热硅胶片6。

在优选的实施例中，模具包括模具主体和可从模具主体中取出的模具底板，模具底板上设置有在相应位置上定位各温度检测单元7的多个定位结构，方法包括以下步骤：

将各温度检测单元7通过各定位结构定位放置在模具主体中的模具底板上；将硅胶材料灌充至模具中，采用成型工艺手段使其固化成型；翻转模具，或将模具底板连同成型材料在模具内作一次翻转，然后取出模具底板，使成型材料原本朝模具底板的那一面露出；将硅胶材料灌充至模具中，固化成型，最终成型为埋入了温度检测单元7的导热硅胶片6。

在一种典型的实施例中，该方法包括以下流程。

将若干个温度检测单元7安置于模具中形成温度检测阵列。该模具内根据功率半导体的要求事先设计好阵列结构，例如，开好温度检测单元7定位孔和铜丝定位槽。其中，在和模具主体可分离的模具底板上，根据IGBT的PN结位置关系和相关热测量要求，布置有温度检测单元7的主体定位孔，用于放置温度检测单元7，同时开设有铜丝约束槽，用于布置连接铜丝。模具首次灌胶空间面定义为A面，底板面定义为B面。通过该步骤，将温度测量单元布置于模具底板上的主体定位孔上，其铜丝1、5布置于相关铜丝约束槽中。

导热硅胶片6的原始材料通过混合、反应、搅拌等多道工序，形成胶装原始物料。将其灌充至模具中，装入模具的物料流平后用刮刀将多余的物料刮出。将装有混合物料的模具放入烤箱，在100℃温度下固化15分钟使A面成型。

翻转模具并取出模具底板，在露出的空间内再次灌充胶装原始物料，待物料流平后用刮刀将多余的物料刮出。将模具再次放入烤箱，在100℃温度下固化15分钟使B面成型。固化成型后即可得到集成温度传感阵列的导热硅胶片6。另外，也可以将模具底板连同A面成型在模具内翻转，而模具不翻转，同样也可以在取出模具底板之后使B面成型。

引线线束的末端可以根据需要加装引线端子。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带导热硅胶片的功率半导体模块，其特征在于,所述导热硅胶片中埋入了用于测量功率半导体模块的一个或多个位置上的温度的多个温度检测单元。

2.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于,所述多个温度检测单元至少对应功率半导体模块中的多个发热源而布置在所述导热硅胶片中。

3.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于,所述多个温度检测单元至少对应分布在功率半导体模块的多条散热途径中的不同点而布置在所述导热硅胶片中。

4.如权利要求1至3任一项所述的功率半导体模块，其特征在于,所述多个温度检测单元在所述导热硅胶片中呈阵列布置。

5.如权利要求1至3任一项所述的功率半导体模块，其特征在于,所述多个温度检测单元中的部分或全部温度检测单元的引出导线在所述导热硅胶片中部聚集成束，并在所述导热硅胶片的一侧引出。

6.如权利要求1至5任一项所述的功率半导体模块，其特征在于,所述温度检测单元为单板式NTC热敏电阻陶瓷片。

7.如权利要求1至5任一项所述的功率半导体模块，其特征在于,所述功率半导体模块为IGBT，所述温度检测单元根据所述IGBT的PN结位置关系和相关热测量要求布置在所述导热硅胶片中。

8.一种如权利要求1至7所述的功率半导体模块的制作方法，包括所述功率半导体模块的导热硅胶片的制作步骤，其特征在于,所述导热硅胶片的制作步骤包括：将一个或多个温度检测单元放置于模具中，放置的位置对应预先设定好的待测功率半导体模块的一个或多个测温点，向所述模具内注入硅胶材料并成型为具有所述温度检测单元的导热硅胶片。

9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于,所述模具包括模具主体和可从所述模具主体中取出的模具底板，所述模具底板上设置有在相应位置上定位各温度检测单元的一个或多个定位结构，所述方法包括以下步骤：

a.将各温度检测单元通过各定位结构定位放置在所述模具主体中的所述模具底板上；

b.将硅胶材料灌充至所述模具中，固化成型；

c.翻转所述模具或是将所述模具底板连同成型材料在所述模具内作一次翻转，然后取出所述模具底板，使所述成型材料原本朝所述模具底板的那一面露出；

d.将硅胶材料灌充至所述模具中，固化成型。

10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于,所述定位结构为开设在所述模具底板上的用于放置温度检测单元的定位孔，优选地，所述模具底板上还开设有导线约束槽，用于按照预定路径安置各温度检测单元的引出导线。