CN104617064B - 叠加型功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叠加型功率模块，包括基板和复合在基板上端面的金属层，至少三个电极端子嵌接在基板，第一管接头和第二管接头分别竖置并固定在基板的两侧，第一管接头和第二管接头与基板内的冷却腔体相通，第一管接头的上、下端接口以及第二管接头的上、下端接口分别伸出基板的上、下端面，第一管接头的上端接口通过冷却腔体与第二管接头的下端接口相通，第一管接头的下端接口及第二管接头的上端接口安装有可拆卸堵头；或第二管接头的上端接口通过冷却腔体与第一管接头的下端接口相通，第二管接头的下端接口及第一管接头的上端接口安装有可拆卸堵头。本发明结构合理、简单，在各功率模块叠放时，能将各功率模块内的冷却腔体形成串联。

Description

叠加型功率模块

技术领域

本发明涉及一种叠加型功率模块，属于功率半导体模块制造领域。

背景技术

半导体功率模块主要包括底板、覆金属陶瓷基板、半导体芯片、电极端子和壳体。通常功率模块里有数个功率半导体芯片，如MOSFET或IGBT芯片以及二极管芯片被集成并被焊接于或被粘贴于覆金属陶瓷基板的金属层上，同时电极端子也焊接在覆金属陶瓷基板的金属层上并穿出壳体与外部设备连接，实现功率模块的输入和输出，覆金属陶瓷基板再焊接在铜底板上。在半导体功率模块在工作过程中，半导体芯片所产生的热量能通过铜底板迅速吸收。由于铜底板与铝材相比比热小，热逃逸速度较慢，不能及时将模块内的热量散出，故需将功率模块底部安装在散热器上进行散热。

覆金属陶瓷基板是将金属箔在高温下直接键合到氧化铝(AL2Q3)陶瓷基片或氮化铝(ALN)陶瓷基片双面上的特殊工艺板，使覆金属陶瓷基板在保证良好导热性能的同时还提供了相对于功率模块底板的电气绝缘，由于功率电子器件需要在-40℃至125℃的温度循环环境下进行工作，因此目前覆金属陶瓷基板的热量是依靠与其连接的铜底板以及固定在铜底板下部的散热器进行散热。这种散热结构存在以下问题：1、由于功率模块安装在散热器上，因此需要有导热硅脂填充铜底板与散热器之间的空隙，增加了热阻，尤其芯片与散热器的距离相对较远，因此降低了散热效果。2、覆金属陶瓷基板上面分别焊接芯片等器件，而其底部与铜底板焊接，多次焊接后，覆金属陶瓷基板往往会出现内凹的现象，而不能与铜底板形成良好、紧密的接触，故会影响功率模块在工作中的散热效果，如果热量长时间积累在功率模块中不能及时散掉，会大大影响功率模块的质量，甚至损坏功率模块中的芯片，导致功率模块损坏。3、当散热器连接在铜底板的底部，而散热器的高度较高，因此会增加功率器件的安装高度，使其体积较大，对于一些狭小的安装空间，则不能适用。4、随着技术的发展，用户在使用时需要将多个标准的功率模块进行组合，需要设计较大尺寸散热器分别放置功率模块，不仅占用空间大，而且功率模块的应用受到很大的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构合理、简单，在各功率模块叠放时，能将各功率模块内的冷却腔体串联的叠加型功率模块。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种叠加型功率模块，其特征在于：包括基板和复合在基板上端面的金属层，至少三个电极端子嵌接在基板，各电极端子的一端与金属层连接、另一端伸出基板外侧，所述基板内设有冷却腔体，第一管接头和第二管接头分别竖置并固定在基板的两侧，第一管接头和第二管接头与冷却腔体相通，且第一管接头的上端接口和下端接口以及第二管接头的上端接口和下端接口分别伸出基板的上、下端面，第一管接头的上端接口通过冷却腔体与第二管接头的下端接口相通，第一管接头的下端接口及第二管接头的上端接口安装有可拆卸堵头；或第二管接头的上端接口通过冷却腔体与第一管接头的下端接口相通，第二管接头的下端接口及第一管接头的上端接口安装有可拆卸堵头。

本发明的基板内设有用于冷却液通过的冷却腔体，分别固定在基板的上第一管接头和第二管接头伸出基板的上下端面并与冷却腔体相通，因此方便各功率模块从上至下依次叠放，由于基板一个管接头的上端接口通过冷却腔体与另一管接头的下端接口相通，而其它的接口安装有可拆拆卸堵头，结构合理、简单，基板具有较好的通用性，当连接管将相邻两基板同侧的管接头上、下两端接口连接时，使各相邻基板内的冷却腔体形成串联流道，通过冷却液强制对功率模热块在工作中所产生的热量进行散热，在不同的应用场合下均无需配备专用散热器，使功率模块的应用更加便捷灵活。本发明基板内设有冷却腔体，并通过第一管接头和二接头与相邻功率模块连接，通过冷却液强制对各基板进行冷却，当多个功率模块叠放后，能省去下部大尺寸的散热器，从而达多个功率模块组装后使体积最小，并减轻重量，满足了整机对功率模块必须紧凑且重量轻的要求。本发明基板将散热器集成在一起，而电极端子是嵌接在基板上，无需对电极端子进行热焊接，且也无需外壳粘接，从而大大简化了功率模块的生产工艺。本发明金属层直接与基板连接，而基板内置有冷却腔体，能减小半导体芯片到散热器之间的距离，从而减小了半导体芯片到散热器的热阻，同时也因省去导热硅脂层，大大降低了功率模块的热阻提高散热效率，提高了功率模块的寿命和可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。

图1是本发明的叠加型功率模块的立体结构示意图。

图2是本发明的叠加型功率模块的结构示意图。

图3是图2的A-A剖视结构示意图。

图4是本发明的叠加型功率模块叠放时的结构示意图。.

其中：1—基板，1-1—凸起周边，1-2—冷却腔体，2—第一管接头，3—支承件，4—电极端子，5—半导体芯片，6—金属层，7—第二管接头，8—连接管。

具体实施方式

见图1～3所示，本发明的叠加型功率模块，包括基板1和复合在基板1上端面的金属层6，金属层6上设有电路图案，金属层6根据需要蚀有各种互连图形，各半导体芯片5焊接在金属层6上以组成所需的电路。见图1～3所示，发明的基板1上部具有凸起周边1-1，至少三个电极端子4嵌接在基板1上，各电极端子4的一端与金属层6连接、另一端伸出基板1外侧，而基板1内设有冷却腔体1-2，本发明的基板1可采用陶瓷基板，第一管接头2和第二管接头7分别竖置并固定在基板1的两侧，第一管接头2和第二管接头7与冷却腔体1-2相通，第一管接头2的上端接口和下端接口以及第二管接头7的上端接口和下端接口分别伸出基板1的上、下端面，可根据安装需要将可拆卸堵头的安装接口处。

见图1～3所示，本发明基板1上第一管接头2的上端接口通过冷却腔体1-2与第二管接头7的下端接口相通，第一管接头2的下端接口及第二管接头7的上端接口安装有可拆卸堵头，可拆卸堵头可采用螺纹塞或帽盖等；或本发明基板1上第二管接头7的上端接口通过冷却腔体1-2与第一管接头2的下端接口相通，第二管接头7的下端接口及第一管接头2的上端接口安装有可拆卸堵头。见图4所示，当三个功率模块叠放时，顶部基板上的第一管接头2的上端接口与外部管连接，底部基板其第二管接头7的下端接口与外部管路连接，顶部基板第二管接头7的下端接口通过连接管8与中间基板的第二管接头的上端接口连接，中间基板上第一管接头2的下端接口通过连接管8与底部基板的第一管接头2的上端接口连接，使各基板1内的冷却腔体1-2形成串联回路，通过外部冷却介质进行热强制换。

见图1～4所示，本发明为方便各功率模块的叠放，基板1上端面或/和下端面设有至少两支承件3，该支承件3设置在基板1的两侧或对角，通过支承件3支承相邻的功率模块，支承件3上具有安装孔，且安装孔穿过基板1，螺栓穿过各功率模块上的支承件3与锁紧件连接，将多个功率模块连接。

见图1所示，本发明基板1内的冷却腔体1-2由三个以上相接并相通的U形管构成，以扩大冷却面积，冷却腔体1-2的两端分别与第一管接头2和第二管接头7相通，且冷却腔体1-2的两端分别设置在基板1两侧或基板1对角处。

Claims (4)

1.一种叠加型功率模块，其特征在于：包括基板（1）和复合在基板（1）上端面的金属层（6），至少三个电极端子（4）嵌接在基板（1），各电极端子（4）的一端与金属层（6）连接、另一端伸出基板（1）外侧，所述基板（1）内设有冷却腔体（1-2），第一管接头（2）和第二管接头（7）分别竖置并固定在基板（1）的两侧，第一管接头（2）和第二管接头（7）与冷却腔体（1-2）相通，且第一管接头（2）的上端接口和下端接口以及第二管接头（7）的上端接口和下端接口分别伸出基板（1）的上、下端面，第一管接头（2）的上端接口通过冷却腔体（1-2）与第二管接头（7）的下端接口相通，第一管接头（2）的下端接口及第二管接头（7）的上端接口安装有可拆卸堵头；或第二管接头（7）的上端接口通过冷却腔体（1-2）与第一管接头（2）的下端接口相通，第二管接头（7）的下端接口及第一管接头（2）的上端接口安装有可拆卸堵头。

2.根据权利要求1所述的叠加型功率模块，其特征在于：所述基板（1）内的冷却腔体（1-2）由三个以上首尾相接并相通的U形管构成，冷却腔体（1-2）的两端分别与第一管接头（2）和第二管接头（7）相通，且冷却腔体（1-2）的两端分别设置在基板（1）两侧或基板（1）对角处。

3.根据权利要求1所述的叠加型功率模块，其特征在于：所述基板（1）上端面或/和下端面设有至少两支承件（3），支承件（3）设置在基板（1）的两侧或对角。

4.根据权利要求3所述的叠加型功率模块，其特征在于：所述的支承件（3）上设有安装孔，且安装孔穿过基板（1），螺栓穿过各基板（1）及支承件与锁紧件连接。