CN108511413A - 一种散热结构、具有其的功率模块及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种散热结构(1)和具有其的功率模块。散热结构(1)，由下至上依次为散热片(11)和焊接层(12)，所述焊接层(12)由锡膏和印刷线网组成，所述印刷线网开设有若干窗口，所述锡膏印刷在所述窗口中。具有该散热结构(1)的功率模块，包括引线框架(2)和所述散热结构(1)，所述引线框架(2)上需散热的部位与所述窗口的位置对应，并通过焊接使所述锡膏熔化，将所述引线框架(2)与所述散热结构(1)连接为一体。本发明还提供了一种制造该功率模块的制造工艺。本发明能改善散热效果，提高生产效率，保持产品整体高度一致，确保产品可靠性，以及降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件散热技术领域，具体涉及一种散热结构、具有其的功率模块及其制造工艺。
背景技术
智能功率模块等电力电子器件在工作过程中，由于自身的功率损耗，将产生一定的热量而引起电力电子器件运行温度的升高。为了使电力电子器件能正常以及可靠的运行，需要合理的电力电子散热装置将产生的热量散发出去。
现有智能功率模块使用的散热连接方式为引线框架底部与铜基材散热片之间覆盖压合两层具有高绝缘、高导热能力并具有一定粘附能力的树脂粘结层，其存在的问题在于：1.散热片与树脂层的固化率、黏度、软度和绝缘导热率特性之间的匹配难度大，因此，对散热片特性要求极高，从而成本高；2.铜基材散热片较软，平整度差，存在尺寸的离散性与设备压合的偏差，从而易在产品的塑封过程中造成溢胶；3.引线框架底部有段差，但树脂的厚度是一定的，因此在散热片与引线框架压合时，容易造成贴合剥离的问题；4.树脂层和框架之间的热膨胀系数不一样，使得功率模块可靠性低；5.散热片与树脂层的粘结需要经过预热、加热、压合，生产效果低。
另外，中国专利文献CN107808858A公开了一种功率器件及其功率组件，其从下至上依次包括散热片、绝缘散热层和引线框架，其中散热片为金属散热片，而绝缘散热层为陶瓷片，绝缘散热层与散热片之间，绝缘散热层与引线框架之间都通过锡膏进行连接。该专利文献中的散热结构存在的问题是：1、引线框架和散热片之间夹设陶瓷层，散热效果不佳；2、陶瓷层两面都需要利用锡膏进行焊接，制造工艺复杂，生产效率低；3、使用陶瓷层的制造成本高。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于：改善功率器件的散热效果，简化其散热结构的生产流程，降低整体的制造成本。
本发明提供的散热结构由下至上依次为散热片和焊接层，所述焊接层由锡膏和印刷线网组成，所述印刷线网开设有若干窗口，所述锡膏印刷在所述窗口中。
进一步地，所述散热片由铝基板和所述铝基板上表面的导热绝缘膜组成。
进一步地，所述导热绝缘膜为PP膜。
进一步地，所述PP膜通过热压与所述铝基板结合为一体。
进一步地，所述印刷线网为钢网。
进一步地，所述钢网背离所述散热片的表面镀有锡层。
本发明提供的功率模块，包括引线框架和上述任一项所述的散热结构，所述引线框架上需散热的部位与所述窗口的位置对应，并通过焊接使所述锡膏熔化，将所述引线框架与所述散热结构连接为一体。
进一步地，所述引线框架上需散热的部位处下沉形成下沉部。
进一步地，所述下沉部具有若干下沉子部，所述散热结构中的锡膏厚度可弥补各个所述下沉子部在压制过程中产生的段差。
进一步地，所述下沉部的底面镀有镍层。
本发明提供的制造功率模块的制造工艺，步骤包括：
步骤一：将散热片印刷锡膏；
步骤二：以引线框架上需散热的部位与所述锡膏的位置对齐的方式，将所述引线框架与印刷好锡膏的所述散热片贴合；
步骤三：通过焊接使所述锡膏熔化，将贴合的所述引线框架与所述散热片焊接固定。
进一步地，步骤一，包括将所述散热片放置在载具上；将开设有若干窗口的印刷线网覆盖和固定到所述散热片上；以及在所述印刷线网的窗口处印刷锡膏。
进一步地，步骤三中的焊接方式为真空回流焊。
进一步地，步骤三之后还包括步骤四：将焊接结合处产生的气泡抽走。
进一步地，步骤一还包括，在铝基板的上表面热压导热绝缘膜形成所述散热片。
进一步地，所述导热绝缘膜为PP膜。
进一步地，所述印刷线网为钢网。
进一步地，所述钢网背离所述散热片的表面镀有锡层。
进一步地，步骤二中的所述引线框架上需散热的部位处下沉形成下沉部，所述下沉部与所述散热片贴合。
进一步地，所述下沉部具有若干下沉子部，所述散热片上印刷的锡膏可弥补各个所述下沉子部在压制过程中产生的段差。
进一步地，所述下沉部的底面镀有镍层。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明的散热结构在改善散热效果的同时，保证绝缘特性，并且降低了产品的封装成本。
2.本发明的散热结构不存在散热片与树脂层的匹配问题，以及溢胶问题，简化了制造工艺，提高了生产效率。
3.本发明的散热结构中锡膏的厚度可弥补引线框架底部的段差，从而可准确控制引线框架与散热片的贴合平整度与紧密度。
4.本发明的散热结构锡膏与引线框架、印制线网的膨胀系数相近，提高了产品整体的可靠性。
5.本发明提供的功率模块由于采用了上述散热结构，因而具备上述的任一项优点。
6.本发明提供的功率模块的制造工艺，也具备上述的任一项优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的具有散热结构的功率模块的立体结构示意图；
图2为图1中功率模块的俯视图；
图3为本发明的散热结构与引线框架结合后的剖视图；
图4为本发明的制造功率模块的工艺流程图。
附图标记说明：
1-散热结构，11-散热片，111-铝基板，112-导热绝缘膜，12-焊接层，
2-引线框架，21-下沉部，211/212-下沉子部，3-PCB板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1和图2从不同的视角显示了本发明中的功率模块。图1显示的是本发明中具有散热结构的功率模块的立体结构示意图，图2是图1中功率模块的俯视图。应该理解的是，本发明中的散热结构可以用于各种需要散热的电力电子器件场合，但在本实施方式中，以用于功率模块为例进行介绍。功率模块作为功率开关器件其发热的原因主要有两个，一为电力电子器件的导通压降造成的导通损耗，二为电力电子器件的开关过程造成的开关损耗。为了保证功率模块正常和可靠的运行，必须通过散热结构及时进行散热。功率模块包括引线框架2，引线框架2中间承载有PCB板3。本发明中的散热结构1与引线框架2的底部紧密连接。
图3为本发明中散热结构1与引线框架2结合后的剖视图。如图所示，散热结构1由下至上依次包括散热片11和焊接层12。焊接层12用于连接其上方的引线框架2的底部和其下方的散热片11。焊接层12由锡膏和印刷线网组成，其中印刷线网开设有若干窗口，锡膏印刷在该若干个窗口中。锡膏起到连接的作用，其经过焊接与引线框架2的底面紧密连接。
由此可见，本发明的散热结构1中没有中间陶瓷层，散热片11直接通过锡膏与引线框架2连接，因而散热效果佳；采用铝基板代替铜基板进行散热提高了产品整体的平整度、改善了产品的尺寸零散性、降低了成本；散热结构1中不存在起粘结作用的树脂层，无需考虑树脂层的匹配问题，也不会因溢胶导致产品失效，同时锡膏的膨胀系数与散热片11以及引线框架2的都相近，提高了产品整体的可靠性，避免受热或受冷时，因膨胀系数不匹配导致的产品可靠性低的问题。
进一步地，散热片11由铝基板111和位于其上表面的导热绝缘膜112组成。铝基板111用于散热和以及支撑功率模块。导热绝缘膜112厚度很薄，主要作用在于改善散热性能的同时保证产品的电绝缘性。散热片11作为一个独立的成品通过焊接层12与引线框架2连接，也就是说，铝基板111和导热绝缘膜112是成一体的。
优选地，散热片11中的导热绝缘膜112为PP膜，PP膜经热压与铝基板111结合为一体。结合后的PP膜呈硬化状态，不存在PP膜固化率、黏度等与其他部件的匹配问题。PP膜有助于在散热的同时保持高的绝缘性，从而进一步提高了产品整体的电气安全性。
特别地，焊接层12中的印刷线网优选地为钢网，钢网具有若干窗口，窗口的形状和尺寸与引线框架2需要加强散热的位置匹配，锡膏印刷在这些窗口中，从而与引线框架2需要散热的位置对应。印刷线网可作为部分电气导线，但不作为大电流的电气途径。为了后期更好地与锡膏相互结合以及便于焊接，印刷线网面向引线框架2，即背离散热片11的表面可电镀一层锡层。
上述焊接层12的结构能够将散热片11与引线框架2底部紧密连接，最低限度减少了引线框架2与散热片11之间的热阻，大幅改善了散热效果。
下面进一步结合图1描述本发明中功率模块的引线框架2的结构，通常PCB板3承载在引线框架2中，引线框架2可用作部分电气导线，同时也起到结构支撑作用，并被用作散热载体。引线框架2的底部与散热结构1相结合，从而借助散热结构1将功率模块散热的热量传导到外部。本发明的功率模块相较于现有技术散热效果得到大幅提升。
如图所示，引线框架2的底部需要加强散热的部位设计为相对于PCB板下沉的下沉部21，即引线框架2的底部整体不是一个平面，下沉部21与PCB板3处于不同的平面，下沉部21的底面与散热结构1相结合。散热部位与PCB错开一个高度是为了避免散热部位对PCB产生不利影响。由图1可以看出，下沉部21又可以划分为多个并排的下沉子部211,212等，由于压制后的引线框架2通常会存在细微段差，即各个下沉子部211,212的底面可能存在细微的高低差，本发明可以通过控制锡膏的厚度来弥补该段差。具体而言，即在下沉多、底面稍低的下沉子部对应的印刷线网窗口处涂刷稍薄的锡膏，在下沉少、底面稍高的下沉子部对应的印刷线网窗口处涂刷稍厚的锡膏。因此，本发明的功率模块可准确控制引线框架2与散热片11的贴合平整度与紧密度，保持整体的高度一致性。
另外，为了不易氧化，可在引线框架2底部待焊接的表面镀上一层镍层，该镍层也可进一步改善导热性。
下面将结合图4的流程图详细说明本发明中功率模块的制造工艺。
步骤一S1：在散热片11上表面印刷锡膏；
步骤二S2：以引线框架2上需散热的部位与所述锡膏的位置对齐的方式，将所述引线框架2与印刷好锡膏的所述散热片11贴合；
步骤三S3：通过焊接使所述锡膏熔化，将贴合的所述引线框架2与所述散热片11焊接固定。
具体而言，步骤一包括，将散热片11放置在载具上，如上所述地，散热片11是在铝基板111上表面热压导热绝缘膜112构成一体的成品；将开设有若干窗口的印刷线网，如优选为钢网覆盖和固定到散热片11上；以及采用自动化印刷锡膏设备，在印刷线网的窗口处印刷一层特定量的锡膏。
进一步优选的，步骤一中的导热绝缘膜112为PP膜。另外，钢网背离散热片11的表面可镀有锡层，以利于焊接。
进一步地，步骤二中，引线框架2在散热部位形成下沉部21，贴合过程，即下沉部21与散热片11的对应位置紧密贴合。如上所述，下沉部21还具有若干下沉子部211，212，下沉子部211，212在压制过程中产生一定的段差，而该段差可以借助散热片11上印刷的锡膏来弥补，即，在底面稍低的下沉子部对应的印刷线网窗口处涂刷稍薄的锡膏，反之则刷较厚的锡膏。
特别地，步骤三中的焊接方式为真空回流焊，由此使锡膏融化将散热片11与引线框架2焊接在一块。
进一步地，步骤三之后还包括步骤四S4：将焊接结合处产生的气泡抽走。以此保证焊接的紧密性，完成引线框架2与散热片11的焊接。
本发明的制造功率模块的制造工艺是直接在散热片11上刷锡膏并采用回流焊进行连接，不需要预热、加热、压合等过程，其生产效率较传统工艺有大幅提升，例如即传统的铜基材与树脂连接工艺完成4条产品连接的时间本发明可完成10条产品的连接。
显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (21)
1.一种散热结构，其特征在于，由下至上依次为散热片(11)和焊接层(12)，所述焊接层(12)由锡膏和印刷线网组成，所述印刷线网开设有若干窗口，所述锡膏印刷在所述窗口中。
2.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述散热片(11)由铝基板(111)和所述铝基板(111)上表面的导热绝缘膜(112)组成。
3.根据权利要求2所述的散热结构，其特征在于，所述导热绝缘膜(112)为PP膜。
4.根据权利要求3所述的散热结构，其特征在于，所述PP膜通过热压与所述铝基板(111)结合为一体。
5.根据权利要求1至4任一项所述的散热结构，其特征在于，所述印刷线网为钢网。
6.根据权利要求5所述的散热结构，其特征在于，所述钢网背离所述散热片(11)的表面镀有锡层。
7.一种功率模块，其特征在于，包括引线框架(2)和根据权利要求1至6任一项所述的散热结构(1)，所述引线框架(2)上需散热的部位与所述窗口的位置对应，并通过焊接使所述锡膏熔化，将所述引线框架(2)与所述散热结构(1)连接为一体。
8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，所述引线框架(2)上需散热的部位处下沉形成下沉部(21)。
9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述下沉部(21)具有若干下沉子部(211，212)，所述散热结构(1)中的锡膏厚度可弥补各个所述下沉子部(211，212)在压制过程中产生的段差。
10.根据权利要求8或9所述的功率模块，其特征在于，所述下沉部(21)的底面镀有镍层。
11.一种制造功率模块的工艺，其特征在于，步骤包括：
步骤一(S1)：在散热片(11)上表面印刷锡膏；
步骤二(S2)：以引线框架(2)上需散热的部位与所述锡膏的位置对齐的方式，将所述引线框架(2)与印刷好锡膏的所述散热片(11)贴合；
步骤三(S3)：通过焊接使所述锡膏熔化，将贴合的所述引线框架(2)与所述散热片(11)焊接固定。
12.根据权利要求11所述的工艺，其特征在于，
步骤一(S1)，包括将所述散热片(11)放置在载具上；将开设有若干窗口的印刷线网覆盖和固定到所述散热片(11)上；以及在所述印刷线网的窗口处印刷锡膏。
13.根据权利要求11所述的工艺，其特征在于，步骤三(S3)中的焊接方式为真空回流焊。
14.根据权利要求11至13任一项所述的工艺，其特征在于，步骤三(S3)之后还包括步骤四(S4)：将焊接结合处产生的气泡抽走。
15.根据权利要求12所述的工艺，其特征在于，步骤一(S1)还包括，在铝基板(111)的上表面热压导热绝缘膜(112)形成所述散热片(11)。
16.根据权利要求15所述的工艺，其特征在于，所述导热绝缘膜(112)为PP膜。
17.根据权利要求11至13任一项所述的工艺，其特征在于，所述印刷线网为钢网。
18.根据权利要求17所述的工艺，其特征在于，所述钢网背离所述散热片(11)的表面镀有锡层。
19.根据权利要求11所述的工艺，其特征在于，步骤二(S2)中的所述引线框架(2)上需散热的部位处下沉形成下沉部(21)，所述下沉部(21)与所述散热片(11)贴合。
20.根据权利要求19所述的工艺，其特征在于，所述下沉部(21)具有若干下沉子部(211，212)，所述散热片(11)上印刷的锡膏可弥补各个所述下沉子部(211，212)在压制过程中产生的段差。
21.根据权利要求19或20所述的工艺，其特征在于，所述下沉部(21)的底面镀有镍层。
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| CN201810469035.8A CN108511413A (zh) | 2018-05-16 | 2018-05-16 | 一种散热结构、具有其的功率模块及其制造工艺 |
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| CN201877462U (zh) * | 2010-10-28 | 2011-06-22 | 嘉捷国际有限公司 | 光电组件高导热及高反射结构 |
| CN105513977A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-04-20 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种智能功率模块及其封装方法 |
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-
2018
- 2018-05-16 CN CN201810469035.8A patent/CN108511413A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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