CN106469693A - 大功率半导体和散热器的组装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大功率半导体和散热器的组装结构，包括：大功率半导体模块，所述大功率半导体模块包括印刷电路板以及设置在印刷电路板上的大功率半导体元件；散热器，所述散热器具有至少两个主散热鳍片，所述大功率半导体模块设置在相邻两个主散热鳍片之间；间隙填充层，所述间隙填充层设置在所述大功率半导体模块与主散热鳍片之间，所述间隙填充层与主散热鳍片的表面紧贴。在本发明中，由于将大功率半导体模块设置在散热器的主散热鳍片之间形成的容置空间内，并在大功率半导体模块和主散热鳍片之间设置间隙填充层，使大功率半导体模块所产生的热量能够快速的传导至散热器的主散热鳍片上并通过主散热鳍片快速的向外扩散。
Description
技术领域
本专利申请涉及功率半导体和散热器的组装结构，更具体地说，涉及一种大功率半导体和散热器的组装结构。
背景技术
大功率半导体元件在工作时，会产生热损耗，如果发热量太大，又来不及向周围媒质消散，就会因温度过高而失效。为了避免大功率半导体元件温度过高，一般会增加散热器来加快散热，但随著功率密度的提高，大功率半导体元件产生的热量越来越大，现有的大功率半导体和散热器的组装结构难以满足散热需要，极需更为有效的散热结构。
专利申请内容
本专利申请的目的在于提供一种大功率半导体和散热器的组装结构，以及时地将大功率半导体元件产生的热量传导消散，避免由于温度过高影响大功率半导体元件的正常工作。
一方面，本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构包括：
第一大功率半导体模块，所述第一大功率半导体模块包括印刷电路板，以及设置在印刷电路板的第一面上的大功率半导体元件；
第二大功率半导体模块，所述第二大功率半导体模块包括印刷电路板，以及设置在印刷电路板的第一面上的大功率半导体元件；
散热器，所述散热器具有至少三个主散热鳍片，所述第一大功率半导体模块和第二大功率半导体模块分别设置在相邻两个主散热鳍片之间；
间隙填充层，所述间隙填充层设置在所述第一大功率半导体模块与主散热鳍片之间、以及所述第二大功率半导体模块与主散热鳍片之间，所述间隙填充层与主散热鳍片的表面紧贴。
另一方面，本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构包括：
大功率半导体模块，所述大功率半导体模块包括印刷电路板以及设置在印刷电路板的第一面和第二面上的大功率半导体元件；
散热器，所述散热器具有至少两个主散热鳍片，所述大功率半导体模块设置在相邻两个主散热鳍片之间；
间隙填充层，所述间隙填充层设置在所述大功率半导体模块与主散热鳍片之间，所述间隙填充层与主散热鳍片的表面紧贴。
在本申请的一个实施例中，所述大功率半导体元件为表面贴装的半导体。
在本申请的一个实施例中，所述大功率半导体元件通过表面贴装技术贴装在所述印刷电路板上。
在本申请的一个实施例中，所述印刷电路板上设置有用于电连接的连接器或连接孔。
在本申请的一个实施例中，所述间隙填充层具有导热性和柔性。
在本申请的一个实施例中，所述间隙填充层包覆所述大功率半导体模块。
在本申请的一个实施例中，所述散热器由一件金属件制成或由一件以上的金属件组合而成。
在本申请的一个实施例中，所述大功率半导体元件的封装的顶部呈水平的固定有金属导热片，所述金属导热片与所述大功率半导体元件的有大电流流通的管脚电连接。
实施本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构，具有以下有益效果：在本专利申请中，由于将大功率半导体模块设置在散热器的主散热鳍片之间形成的容置空间内，并在大功率半导体模块和主散热鳍片之间设置间隙填充层，使大功率半导体模块所产生的热量能够快速的传导至散热器的主散热鳍片上并通过主散热鳍片快速的向外扩散。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本专利申请作进一步说明，附图中：
图1是三相无刷电机的驱动电路的示意图；
图2是本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构的第一实施例的示意图；
图3是图2所示的大功率半导体和散热器的组装结构的原理示意图；
图4是图2所示的大功率半导体和散热器的组装结构的分解示意图；
图5是图2所示的大功率半导体和散热器的组装结构的另一角度的分解示意图；
图6是本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构的第二实施例的示意图；
图7是图6所示的大功率半导体和散热器的组装结构的原理示意图；
图8是图6所示的大功率半导体和散热器的组装结构的分解示意图；
图9是图6所示的大功率半导体和散热器的组装结构的另一角度的分解示意图；
图10是本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构的第三实施例的示意图；
图11是图10所示的大功率半导体和散热器的组装结构的原理示意图。
具体实施方式
为了对本专利申请的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利申请的具体实施方式。
下面详细描述本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构的实施例，这些实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
在本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“上端”、“下端”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1为常见的三相无刷电机驱动电路的示意图，该三相无刷电机驱动电路包括电源8，与电源8相连的驱动模块13，驱动模块13与三相无刷电机7相连，用于驱动三相无刷电机7旋转。驱动模块13包括第一大功率半导体模块10和第二大功率半导体模块11，其中第一大功率半导体模块10上设置有最少三个大功率半导体元件1、3、5，第二大功率半导体模块11上设置有另外最少三个大功率半导体元件2、4、6，大功率半导体元件1～6可以是MOSFET或其他半导体开关器件。大功率半导体元件1～6在工作时会产生大量的热量，如果不能及时的向外扩散，会导致大功率半导体元件1～6温度过高而失效。本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构则可以很好的解决这个问题。下面将详细介绍本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构是如何实现的。
如图2至图3所示，为本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构的第一实施例的示意图。散热器20具有三个主散热鳍片20a、20b和20c，其中主散热鳍片20a和20b之间形成用于接纳第一大功率半导体模块10的容置空间，印刷电路板101及其第一面上贴装的大功率半导体元件1、3、5以及间隙填充层102插入到该容置空间内；主散热鳍片20b和20c之间形成用于接纳第二大功率半导体模块11的容置空间，印刷电路板111及其第一面上贴装的大功率半导体元件2、4、6以及间隙填充层112插入到该容置空间内。
参看图2至图5，为了更好的散热，在印刷电路板101、111与主散热鳍片20a、20b、20c之间分别设有间隙填充层102、112，间隙填充层102、112由导热材料制成，其中间隙填充层102用于填充印第一大功率半导体模块10与主散热鳍片20a、20b之间的间隙，间隙填充层112用于填充第二大功率半导体模块11与主散热鳍片20b、20c之间的间隙。为了更好的散热和装配，间隙填充层102、112为双层结构，其中，间隙填充层102包括层叠在一起的第一层102a和第二层102b，第二层102b位于第一层102a的外侧且紧贴主散热鳍片20a、20b的表面，间隙填充层112包括层叠在一起的第一层112a和第二层112b，第二层112b位于第一层112a的外侧且紧贴主散热鳍片20b、20c的表面，间隙填充层102、112的第一层102a、112a和第二层102b、112b分别由导热电绝缘耐高温材料制成，其中第一层102a、112a柔软且表面具有粘性，这样可以很好的填充间隙并固定在印刷电路板101、111以及大功率半导体元件1～6的表面，而且还可以起到缓冲的作用；第二层102b、112b坚韧且表面无粘性，而且第二层102b、112b的摩擦系数小于第一层102a、112a的摩擦系数，这样可以方便以滑入的形式将大功率半导体模块10，11插入到主散热鳍片20a、20b、20c之间形成的容置空间内。第一层102a、112a可以由硅弹性体或其他适宜的材料制成，第二层102b、112b可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯介质衬垫，或者第二层102b、112b由碳填充玻璃纤维、碳填充聚酰亚胺、硅弹性体、具有硅橡胶涂层的聚酰亚胺或其他适宜的材料制成。
参看图2至图5，在本实施例中，印刷电路板101的第一面贴装有大功率半导体元件1、3、5，半导体元件1、3、5紧贴间隙填充层102的第一层102a，印刷电路板101的第二面紧贴间隙填充层102的第一层102a，保证印刷电路板101及其上的大功率半导体元件1、3、5与间隙填充层102保持良好接触，使热量能够快速及时地由印刷电路板101及其上的大功率半导体元件1、3、5传导至散热器20上。印刷电路板111以及大功率半导体元件2、4、6的散热结构与印刷电路板101及其上的大功率半导体元件1、3、5的散热结构相同，不再赘述。在本实施例中，驱动电路还包括第三电路模块14，第一大功率半导体模块10与第二大功率半导体模块11之间通过连接器12连接，第二大功率半导体模块11与第三电路模块14之间通过连接器15连接。
如图6至图9所示，为本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构的第二实施例的示意图。散热器20具有两个主散热鳍片20a和20b，主散热鳍片20a和20b之间形成用于接纳大功率半导体模块10的容置空间，印刷电路板101及其第一面上贴装的大功率半导体元件1、3、5和第二面上贴装的大功率半导体元件2、4、6以及间隙填充层102插入到该容置空间内。
参看图6至图9，为了更好的散热，在印刷电路板101与主散热鳍片20a、20b之间设有间隙填充层102，间隙填充层102由导热材料制成，用于填充第一大功率半导体模块10与主散热鳍片20a、20b之间的间隙。为了更好的散热和装配，间隙填充层102为双层结构，间隙填充层102包括层叠在一起的第一层102a和第二层102b，第二层102b位于第一层102a的外侧且紧贴主散热鳍片20a、20b的表面，间隙填充层102的第一层102a和第二层102b分别由导热电绝缘耐高温材料制成，其中第一层102a柔软且表面具有粘性，这样可以很好的填充间隙并固定在印刷电路板101以及大功率半导体元件1～6的表面，而且还可以起到缓冲的作用；第二层102b坚韧且表面无粘性，而且第二层102b的摩擦系数小于第一层102a的摩擦系数，这样可以方便以滑入的形式将印刷电路板101插入到主散热鳍片20a、20b之间形成的容置空间内。第一层102a可以由硅弹性体或其他适宜的材料制成，第二层102b可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯介质衬垫，或者第二层102b由碳填充玻璃纤维、碳填充聚酰亚胺、硅弹性体、具有硅橡胶涂层的聚酰亚胺或其他适宜的材料制成。
参看图6至图9，在本实施例中，印刷电路板101的双面都贴装有大功率半导体元件，其中，印刷电路板101的第一面贴装有大功率半导体元件1、3、5，印刷电路板101的第二面贴装有大功率半导体元件2、4、6，大功率半导体元件1～6紧贴间隙填充层102的第一层102a，保证印刷电路板101上的大功率半导体元件1～6与间隙填充层102保持良好接触，使热量能够快速及时地由印刷电路板101及其上的大功率半导体元件1～6传导至散热器20上。在本实施例中，驱动电路还包括第三电路模块14，大功率半导体模块10与第三电路模块14之间通过连接器12连接。
如图10和图11所示，为本专利申请的大功率半导体和散热器的组装结构的第三实施例的示意图，其在第二实施例的基础上做了进一步的改进。为了获得更好的散热效果，大功率半导体模块10的印刷电路板101的第一面上的大功率半导体元件1、3、5分别增加了金属导热片201、203、205，金属导热片201、203、205分别呈水平的固定在大功率半导体元件1、3、5的封装的顶部，金属导热片201、203、205分别以手焊或SMT方式电连接至大功率半导体元件1、3、5的有大电流流通的管脚，例如MOSFET的D脚；印刷电路板101的第二面上的大功率半导体元件2、4、6分别增加了金属导热片202、204、206，金属导热片202、204、206分别呈水平的固定在大功率半导体元件2、4、6的封装的顶部，金属导热片202、204、206分别以手焊或SMT方式电连接至大功率半导体元件2、4、6的有大电流流通的管脚，例如MOSFET的D脚。金属导热片201～206可以是铜、铝或合金片，由于金属导热片201～206分别与大功率半导体元件1～6的大电流管脚相连，可以将大电流管脚产生的热量及时地传导至散热器20的主散热鳍片20a和20b上，由此可以获得更好的散热效果。该实施例的其他结构与第二实施例的结构相同，不再赘述。
在本专利申请中，大功率半导体元件可以通过表面贴装技术(SMT)贴装在印刷电路板上，也可以通过焊接的形式焊接在印刷电路板上。散热器可以由金属材料加工而成，例如铝合金、铝、铜合金、铜等，可以采用一件金属，以挤压成型或通过数字加工中心(CNC)等方法加工而成，也可以由多于一件金属部件以焊接或螺纹连接的形成组装而成。
在本专利申请中，由于将贴装有大功率半导体元件的印刷电路板设置在散热器的主散热鳍片之间形成的容置空间内，并在印刷电路板和主散热鳍片之间设置间隙填充层，使大功率半导体元件以及印刷电路板所产生的热量能够快速的传导至散热器的主散热鳍片上并通过主散热鳍片快速的向外扩散。
上面结合附图对本专利申请的实施例进行了描述，但是本专利申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本专利申请的启示下，在不脱离本专利申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本专利申请的保护之内。
Claims (14)
1.一种大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，包括：
第一大功率半导体模块，所述第一大功率半导体模块包括印刷电路板，以及设置在印刷电路板的第一面上的大功率半导体元件；
第二大功率半导体模块，所述第二大功率半导体模块包括印刷电路板，以及设置在印刷电路板的第一面上的大功率半导体元件；
散热器，所述散热器具有至少三个主散热鳍片，所述第一大功率半导体模块和第二大功率半导体模块分别设置在相邻两个主散热鳍片之间；
间隙填充层，所述间隙填充层设置在所述第一大功率半导体模块与主散热鳍片之间、以及所述第二大功率半导体模块与主散热鳍片之间，所述间隙填充层与主散热鳍片的表面紧贴。
2.根据权利要求1所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述大功率半导体元件为表面贴装的半导体。
3.根据权利要求1所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述大功率半导体元件通过表面贴装技术贴装在所述印刷电路板上。
4.根据权利要求2或3所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述印刷电路板上设置有用于电连接的连接器或连接孔。
5.根据权利要求1所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述间隙填充层具有导热性和柔性。
6.根据权利要求1所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述间隙填充层分别包覆所述第一大功率半导体模块和第二大功率半导体模块。
7.根据权利要求1所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述散热器由一件金属件制成或由一件以上的金属件组合而成。
8.一种大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，包括：
大功率半导体模块，所述大功率半导体模块包括印刷电路板以及设置在印刷电路板的第一面和第二面上的大功率半导体元件；
散热器，所述散热器具有至少两个主散热鳍片，所述大功率半导体模块设置在相邻两个主散热鳍片之间；
间隙填充层，所述间隙填充层设置在所述大功率半导体模块与主散热鳍片之间，所述间隙填充层与主散热鳍片的表面紧贴。
9.根据权利要求8所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述大功率半导体元件为表面贴装的半导体。
10.根据权利要求8所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述大功率半导体元件通过表面贴装技术贴装在所述印刷电路板上。
11.根据权利要求8所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述印刷电路板上设置有用于电连接的连接器或连接孔。
12.根据权利要求8所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述间隙填充层具有导热性和柔性。
13.根据权利要求8所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述散热器由一件金属件制成或由一件以上的金属件组合而成。
14.根据权利要求8所述的大功率半导体和散热器的组装结构，其特征在于，所述大功率半导体元件的封装的顶部呈水平的固定有金属导热片，所述金属导热片与所述大功率半导体元件的有大电流流通的管脚电连接。
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