CN109755194A - 一种集成半导体模块功率组件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成半导体模块功率组件及其制作方法，功率组件包括：功率模块，其内封装有功率元件；安装于功率模块上表面的散热器一；安装于功率模块下表面的散热器二；安装于散热器一上表面的外壳一；安装于散热器一下表面的外壳二。散热器一与散热器二以压接方式与功率模块安装连接。散热器一与功率模块之间通过导热垫片一接触连接，功率模块与散热器二之间通过导热垫片二接触连接。本发明能够解决功率组件体积大、功率密度低、热阻大，不能满足应用领域对组件体积以及热性能要求的技术问题。

Description

一种集成半导体模块功率组件及其制作方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种高度集成半导体模块的功率组件及其制作方法。

背景技术

传统的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)功率模块是采用单面散热结构的模块，在功率模块安装时，需通过热界面材料与独立单面的散热器组装在一起。这种安装结构存在热阻大﹑体积大﹑功率密度低﹑寄生参数大﹑成本高等缺点，不适合要求体积小﹑结构紧凑，以及可靠性要求更高的应用领域。

而随着电力电子产品应用范围越来越广，特别是高速铁路、电动汽车等新兴市场的兴起，传统单面散热IGBT模块与散热器通过热界面材料压接在一起的结构已经不能满足新的用户需求。因此，急需研发一种集成度更高、体积更小、功率密度更高、可靠性更好、成本更低的功率组件。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种集成半导体模块功率组件及其制作方法，以解决现有功率组件体积大、功率密度低、热阻大，不能满足应用领域对组件体积以及热性能要求的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种集成半导体模块功率组件的技术实现方案，一种集成半导体模块功率组件，该功率组件包括：

功率模块，其内封装有功率元件；

安装于所述功率模块上表面的散热器一；

安装于所述功率模块下表面的散热器二；

安装于所述散热器一上表面的外壳一；

安装于所述散热器一下表面的外壳二。

优选的，所述散热器一与散热器二以压接方式与所述功率模块安装连接。

优选的，所述散热器一与所述功率模块之间通过导热垫片一接触连接，所述功率模块与所述散热器二之间通过导热垫片二接触连接。

优选的，所述功率元件包括开关器件、二极管和热敏电阻，所述功率模块还包括将所述开关器件、二极管、热敏电阻封装于其中的上衬板和下衬板，及一端与所述开关器件连接，另一端延伸至所述功率模块外部的第一直流功率端子、第二直流功率端子和交流功率端子。

优选的，在所述外壳二的上部与所述外壳一接触的部分设置有用于灌注热固性粘接剂，并实现所述外壳一与所述外壳二之间密封粘接的密封槽一。

优选的，所述开关器件包括第一开关器件和第二开关器件，所述二极管包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管与所述第一开关器件并联，所述第二二极管与所述第二开关器件并联。所述功率模块还包括：

一端与第一开关器件连接，另一端延伸至所述功率模块外部的上半桥辅助端子一、上半桥辅助端子二和上半桥辅助端子三；

一端与所述第二开关器件连接，另一端延伸至所述功率模块外部的辅助端子、下半桥辅助端子一、下半桥辅助端子二和下半桥辅助端子三；

一端与热敏电阻连接，另一端延伸至所述功率模块外部的热敏电阻辅助端子一和热敏电阻辅助端子二。

优选的，所述外壳一上还开设有端子通孔，所述上半桥辅助端子一、上半桥辅助端子二、上半桥辅助端子三、辅助端子、下半桥辅助端子一、下半桥辅助端子二、下半桥辅助端子三、热敏电阻辅助端子一和热敏电阻辅助端子二均通过所述端子通孔伸出至所述功率模块的外部；通过所述端子通孔能向所述功率组件的内部灌注绝缘灌封胶，以完成整个功率组件内部的绝缘灌封隔离。

优选的，所述散热器一上开设有若干个安装孔二，所述散热器二上开设有若干个与所述安装孔二相对应的安装孔三，通过螺栓穿过所述安装孔二、安装孔三实现所述散热器一与散热器二的固定安装。

优选的，所述外壳一和外壳二上设置有安装孔一，所述散热器一和散热器二上设置有与安装孔一对应的突起部，通过所述安装孔一与所述突起部的压接实现所述外壳一与散热器一，以及所述外壳二与散热器二的固定安装，同时避免所述集成半导体模块功率组件在与逆变器进行机械安装时紧固件直接作用于所述外壳一。

优选的，所述散热器一与散热器二上的对应位置均开设有冷却液流孔一、冷却液流孔二，以实现冷却液的流入和流出。所述散热器一上的冷却液流孔一、冷却液流孔二为盲孔，所述散热器二上的冷却液流孔一、冷却液流孔二为通孔。所述散热器一的内部设置有与所述冷却液流孔一、冷却液流孔二相连通的冷却液流道一，所述散热器二的内部设置有与所述冷却液流孔一、冷却液流孔二相连通的冷却液流道二。所述散热器一上的冷却液流孔一与散热器二上的冷却液流孔一相对开设，所述散热器一上的冷却液流孔二与散热器二上的冷却液流孔二相对开设。

优选的，所述散热器一与散热器二上的对应位置均开设有冷却液流孔一，所述散热器一和散热器二上的冷却液流孔一均为盲孔。所述散热器一的内部设置有与所述冷却液流孔一相连通的冷却液流道一，所述散热器二的内部设置有与所述冷却液流孔一相连通的冷却液流道二。所述散热器一上的冷却液流孔一与散热器二上的冷却液流孔一相对开设，所述散热器一上还开设有与所述冷却液流道一相连通的进液口，所述散热器二上还开设有与所述冷却液流道二相连通的出液口。

本发明还另外具体提供了一种集成半导体模块功率组件制作方法的技术实现方案，一种如上所述集成半导体模块功率组件的制作方法，包括以下步骤：

S100)将功率元件封装于功率模块的内部；

S101)将功率模块压装于散热器一与散热器二之间形成双面冷却功率模块；

S102)将所述双面冷却功率模块安装于外壳一与外壳二之间形成功率组件；

S103)通过外壳一上的端子通孔向所述功率组件内部灌注绝缘灌封胶，高温固化后完成功率组件的制作。

优选的，所述功率元件包括采用二极管、热敏电阻，以及双面焊接结构的开关器件。所述步骤S100)进一步包括：将所述开关器件、二极管和热敏电阻安装于上衬板和下衬板之间，所述上衬板作为所述功率模块的上散热表面，所述下衬板作为所述功率模块的下散热表面。

优选的，所述步骤S102)与步骤S103)之间还包括以下步骤：

将安装完毕的双面冷却功率模块整体置于所述外壳二中，再将高耐温热固性粘接剂均匀涂覆至所述外壳二顶部预留的密封槽一内，然后将所述外壳一与外壳二粘接安装，并在适当温度下使热固性粘接剂充分固化，完成所述外壳一与外壳二的粘接密封。

优选的，所述步骤S103)进一步包括：

待热固性粘接剂固化后，利用所述外壳一上表面预留的端子通孔，向所述功率组件内部灌注指定量的绝缘灌封胶，抽真空排出残留气泡，确保绝缘灌封胶充分填充至所述功率模块的内部以及带电体之间的缝隙，高温固化后完成整个功率组件的制作。

通过实施上述本发明提供的集成半导体模块功率组件及其制作方法的技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明将双面冷却功率模块以及液冷散热器高度集成在一起，减少了功率组件的体积、降低了热阻、提高了功率密度，使得该功率组件实现了模块化，可应用于安装结构尺寸紧凑﹑散热条件恶劣的工作环境。

(2)本发明采用独特封装设计的双面冷却功率模块与双面冷却散热器，取消了基板，利用新型高导热硅胶垫片，将功率模块与液冷散热器通过双面压接的方式集成在了一起，实现了双面散热，结构更加紧凑、热阻更低；

(3)本发明集成半导体模块功率组件中，双面冷却功率模块不但可以采用IGBT芯片及二极管(FRD)，同时可以更换成双面焊接的MOSFET芯片及相应的二极管(SBD)，设计非常灵活，适用范围广；

(4)本发明集成半导体模块功率组件中，金属散热器可以根据应用领域冷却液系统流量与压力的要求，将冷却液流道修改为并联或者串联结构，操作灵活、适应性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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实施例。

图1是本发明集成半导体模块功率组件应用的电路原理图；

图2是本发明功率组件中单组功率元件的电路原理图；

图3是本发明集成半导体模块功率组件一种具体实施方式中功率模块的结构示意图；

图4是本发明集成半导体模块功率组件一种具体实施方式中散热器的装配结构示意图；

图5是本发明集成半导体模块功率组件一种具体实施方式中散热器的外形结构示意图；

图6是本发明集成半导体模块功率组件一种具体实施方式中功率模块与散热器的装配结构示意图；

图7是本发明集成半导体模块功率组件另一种具体实施方式中功率模块与散热器的装配结构示意图；

图8是本发明集成半导体模块功率组件一种具体实施方式中功率模块安装散热器后的外形结构示意图；

图9是本发明集成半导体模块功率组件另一种具体实施方式中功率模块安装散热器后的外形结构示意图；

图10是本发明集成半导体模块功率组件一种具体实施方式的装配结构示意图；

图11是本发明集成半导体模块功率组件一种具体实施方式的外形结构示意图；

图12是本发明集成半导体模块功率组件一种具体实施方式在另一视角下的外形结构示意图；

图13是本发明集成半导体模块功率组件另一种具体实施方式的外形结构示意图；

图14是本发明集成半导体模块功率组件一种具体实施方式中的外壳二的结构示意图；

图中：1-辅助端子，2-上衬板，3-第一直流功率端子，4-第二直流功率端子，5-下衬板，6-交流功率端子，7-热敏电阻辅助端子一，8-热敏电阻辅助端子二，9-下半桥辅助端子一，10-下半桥辅助端子二，11-下半桥辅助端子三，12-上半桥辅助端子一，13-上半桥辅助端子二，14-上半桥辅助端子三，20-开关器件，21-第一开关器件，22-第二开关器件，30-二极管，31-第一二极管，32-第二二极管，40-热敏电阻，100-功率组件，101-外壳一，102-外壳二，103-端子通孔，104-密封槽一，105-安装孔一，200-双面冷却功率模块，201-导热垫片一，202-导热垫片二，203-散热器一，204-散热器二，205-冷却液流孔一，206-冷却液流孔二，207-安装孔二，208-密封槽二，209-进液口，210-出液口，211-安装孔三，212-螺栓，213-突起部，300-功率模块，400-功率元件。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管的简称；

FRD：Fast Recovery Diode，快恢复二极管的简称；

MOSFET:Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管的简称；

SBD：Schottky Barrier Diode，肖特基势垒二极管的简称；

双面冷却IGBT模块：是指采用双面焊接IGBT芯片及二极管，利用直接绑定技术完成上下半桥电路连接，可同时实现IGBT模块两面与散热器散热面连接的封装结构；

超声波焊接：是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合；

双面冷却散热器：是指采用串联或并联水路，与双面冷却开关器件上下表面通过热界面材料压接的方式完成互联，可以同时对IGBT模块双面进行冷却的散热器。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图14所示，给出了本发明集成半导体模块功率组件及其制作方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如附图10所示，一种集成半导体模块功率组件的具体实施例，功率组件100包括：

功率模块300，其内封装有功率元件400；

安装于功率模块300上表面的散热器一203；

安装于功率模块300下表面的散热器二204；

安装于散热器一203上表面的外壳一101；

安装于散热器一203下表面的外壳二102。

如附图1所示，为本实施例集成半导体模块功率组件应用的电路原理图，一个功率组件100在电路组成上共包括三组功率元件400，对应于功率组件100在结构上共包括三组功率模块300。如附图2所示，为本实施例功率组件中单组功率元件400的电路原理图，功率元件400进一步包括开关器件20、二极管30和热敏电阻40。如附图3所示，功率模块300包括功率元件400，及将开关器件20、二极管30、热敏电阻40封装于其中的上衬板2和下衬板5，及一端与开关器件20连接，另一端延伸至功率模块300外部的第一直流功率端子3、第二直流功率端子4和交流功率端子6。双面冷却功率模块具有独特的模块封装设计，根据不同功率可由不同数量采用双面焊接的功率芯片(即开关器件20)以及二极管30并联组成，利用两件金属基陶瓷衬板(即上衬板2和下衬板5)作为上下散热表面。其中，开关器件20可以进一步采用IGBT、MOSFET等器件，二极管30可以采用FRD、SBD等器件。如在本实施例描述的高度集成度功率模块的功率组件100中，开关器件20采用IGBT，二极管30采用FRD，开关器件20还可以更换成采用双面焊接结构的MOSFET，二极管30采用SBD，设计非常灵活。

开关器件20进一步包括第一开关器件21和第二开关器件22，二极管30包括第一二极管31和第二二极管32，第一二极管31与第一开关器件21并联，第二二极管32与第二开关器件22并联。功率模块300还包括：一端与第一开关器件21连接，另一端延伸至功率模块300外部的上半桥辅助端子一12、上半桥辅助端子二13和上半桥辅助端子三14。一端与第二开关器件22连接，另一端延伸至功率模块300外部的辅助端子1、下半桥辅助端子一9、下半桥辅助端子二10和下半桥辅助端子三11。一端与热敏电阻40连接，另一端延伸至功率模块300外部的热敏电阻辅助端子一7和热敏电阻辅助端子二8。

其中，附图3中各个端子与附图2中引脚的对应关系如下：

辅助端子1，即辅助端子E2′，位于IGBT模块(即开关器件20)的下半桥，该辅助端子与功率模块300的下衬板5之间采用超声波键合或焊料焊接进行连接，对外与驱动板采用焊接方式相互连接。

第一直流功率端子3，即IGBT模块直流功率端子N，与下衬板5采用焊接或超声波键合方式相互连接，对外与直流支撑电容器负极相连接。

第二直流功率端子4，即IGBT模块直流功率端子P，与下衬板5采用焊接或超声波键合方式相互连接，对外与直流支撑电容器正极相连接。

交流功率端子6，即IGBT模块交流功率端子AC，对外与负载相连接，是功率输出端子。

热敏电阻辅助端子一7，即IGBT模块热敏电阻NTC(即热敏电阻40)辅助端子T2C，与下衬板5采用焊接或超声波键合方式相互连接，对外与驱动板采用焊接方式相互连接。

热敏电阻辅助端子二8，即IGBT模块热敏电阻NTC(即热敏电阻40)辅助端子T1C，与下衬板5采用焊接或超声波键合方式相互连接，对外与驱动板采用焊接方式相互连接。

下半桥辅助端子一9，即IGBT模块下桥臂辅助端子G2，与下衬板5采用焊接或超声波键合方式相互连接，对外与驱动板采用焊接方式相互连接。

下半桥辅助端子二10，即IGBT模块下桥臂辅助端子E2，与下衬板5采用焊接或超声波键合方式相互连接，对外与驱动板采用焊接方式相互连接。

下半桥辅助端子三11，即IGBT模块下桥臂辅助端子C2，与下衬板5采用焊接或超声波键合方式相互连接，对外与驱动板采用焊接方式相互连接。

上半桥辅助端子一12，即IGBT模块上桥臂辅助端子G1，与下衬板5采用焊接或超声波键合方式相互连接，对外与驱动板采用焊接方式相互连接。

上半桥辅助端子二13，即IGBT模块上桥臂辅助端子E1，与下衬板5采用焊接或超声波键合方式相互连接，对外与驱动板采用焊接方式相互连接。

上半桥辅助端子三14，即IGBT模块上桥臂辅助端子C1，与下衬板5采用焊接或超声波键合方式相互连接，对外与驱动板采用焊接方式相互连接。

如附图4和附图5所示，散热器一203与散热器二204以压接方式与功率模块300安装连接，散热器一203上开设有若干个安装孔二207(附图4和5中，散热器一203上开设有8个安装孔二207，安装孔二207为通孔)，散热器二204上开设有若干个与安装孔二207相对应的安装孔三211(附图4和5中，散热器二204上开设有8个安装孔三211，安装孔三211为螺纹孔，用于固定螺栓212)。如附图6和附图7所示，散热器一203与功率模块300之间通过导热垫片一201接触连接，所述功率模块300与散热器二204之间通过导热垫片二202接触连接。在附图6和附图7中，自上而下分别是双面冷却散热器中的上散热器(即散热器一203)、导热垫片一201、功率模块300、导热垫片二202以及双面冷却散热器中的下散热器(即散热器二204)。通过螺栓212穿过安装孔二207、安装孔三211实现散热器一203与散热器二204的固定安装，如附图8和9所示。压接技术是目前非常成熟的技术，可靠性高。在该功率组件100设计中，采用双面冷却结构的功率模块300与双面冷却散热器(即散热器一203和散热器二204)的连接界面采用直接冷压接技术，并利用新型高导热硅胶垫片(即导热垫片一201和导热垫片二202)作为热界面材料，完成散热器与双面冷却功率(IGBT)模块上下散热表面的互连。为实现双面冷却的目的，本实施例设计可以为双面冷却功率模块提供两个冷却界面的散热器。该种散热器的内部采用高散热效率的钉状翅片结构，并且可以同时与双面冷却功率(IGBT)模块的上下表面连接，扩大了双面冷却功率模块的散热面积，提高了散热效率。

如附图10所示，外壳一101和外壳二102上设置有安装孔一105，散热器一203和散热器二204上设置有与安装孔一105对应的突起部213，通过安装孔一105与突起部213的压接实现外壳一101与散热器一203，以及外壳二102与散热器二204的固定安装，同时避免集成半导体模块功率组件在后续与逆变器进行机械安装时紧固件直接作用于外壳一101。外壳一101和外壳二102均采用高温工程塑料铸件。利用高温工程塑料铸件作为整个功率组件100的外壳，将功率模块300以及散热器封装在一起，进行电气隔离以及结构支撑，减少了功率组件100的体积，提高了功率密度，形成了模块化结构，更加有利于功率组件100的安装、连接。

外壳一101上还开设有端子通孔103，上半桥辅助端子一12、上半桥辅助端子二13、上半桥辅助端子三14、辅助端子1、下半桥辅助端子一9、下半桥辅助端子二10、下半桥辅助端子三11、热敏电阻辅助端子一7和热敏电阻辅助端子8均通过端子通孔103伸出至功率模块300的外部，如附图11、12和13所示。通过端子通孔103能向功率组件100的内部灌注绝缘灌封胶，以完成整个功率组件100内部的绝缘灌封隔离。在外壳二102的上部与外壳一101接触的部分设置有一圈用于灌注热固性粘接剂，并实现外壳一101与外壳二102之间密封粘接的密封槽一104，如附图10和14所示。

如附图4、5、7、8、11和12所示，该实施例采用并联水路结构，散热器一203与散热器二204上的对应位置均开设有冷却液流孔一205、冷却液流孔二206，以实现冷却液的流入和流出。散热器一203上的冷却液流孔一205(图中未示出)、冷却液流孔二206(图中未示出)为盲孔，散热器二204上的冷却液流孔一205、冷却液流孔二206为通孔。散热器一203的内部设置有与冷却液流孔一205、冷却液流孔二206相连通的冷却液流道一(图中未示出)，散热器二204的内部设置有与冷却液流孔一205、冷却液流孔二206相连通的冷却液流道二(图中未示出)。散热器一203上的冷却液流孔一205与散热器二204上的冷却液流孔一205相对开设，散热器一203上的冷却液流孔二206与散热器二204上的冷却液流孔二206相对开设。可以根据应用领域中冷却液系统的流量与压力的要求，将冷却液流道一和冷却液流道二设计为并联(即多个子流道并联)或者串联(多个子流道串联，即蛇形)结构。冷却液流孔205位于双面冷却功率模块200内部一侧的表面设置有密封槽二207，该密封槽二207内放置有用于实现密封的橡胶密封圈。在本实施例中，当功率组件100工作时，冷却液从散热器二204的其中一个冷却液流孔，如：冷却液流孔一205进入散热器二204的内部，冷却液中的一路通过散热器二204内的冷却液流道二，再从散热器二204的冷却液流孔二206流出；冷却液中的另一路则通过散热器二204的冷却液流孔一205、散热器一203的冷却液流孔一205进入散热器一203内部的冷却液流道一，之后再经散热器一203的冷却液流孔二206、散热器二204的冷却液流孔二206流出至散热器二204的外部。

如附图6、9、10和13所示，作为本实施例的一种结构变形，集成半导体模块功率组件采用串联水路结构。散热器一203与散热器二204上的对应位置均开设有冷却液流孔一205，散热器一203和散热器二204上的冷却液流孔一205均为盲孔。散热器一203的内部设置有与冷却液流孔一205(图中未示出)相连通的冷却液流道一(图中未示出)，散热器二204的内部设置有与冷却液流孔一205相连通的冷却液流道二(图中未示出)。散热器一203上的冷却液流孔一205与散热器二204上的冷却液流孔一205相对开设，散热器一203上还开设有与冷却液流道一相连通的进液口209，散热器二204上还开设有与冷却液流道二相连通的出液口210。可以根据应用领域中冷却液系统的流量与压力的要求，将冷却液流道一和冷却液流道二设计为并联(即多个子流道并联)或者串联(多个子流道串联，即蛇形)结构。该散热器一203和散热器二204上进液口209和出液口210设计为对称结构，可以根据应用环境将进液口209和出液口210的位置进行互换。当功率组件100工作时，冷却液从进液口209进入散热器一203的内部，冷却液通过散热器一203内的冷却液流道一，再从散热器一203的冷却液流孔一205流入散热器二204的冷却液流孔一205，再经散热器一203内部的冷却液流道二，最后从出液口210流出至散热器二204的外部。

本实施例公开了一种高度集成半导体模块的功率组件，该功率组件100由双面冷却的功率模块300﹑双面液冷散热器﹑热界面材料﹑绝缘硅凝胶以及高温工程塑料铸件等零部件组成，其结构特征为：双面冷却的功率模块300上下表面与双面液冷的散热器一203、散热器二204之间通过新型高导热硅胶垫片完成连接。取消传统功率模块用基板，降低热阻。利用预留在散热器上的安装孔，完成功率模块300与散热器的压接安装，该结构实现了对功率模块的双面同时散热。两个零部件组装完成后，放置进入作为结构保护外壳的高温工程塑料铸件内。利用高温结构胶(即热固性粘接剂)，完成上下塑料壳体(即外壳一101和外壳二102)的粘接密封。然后进行硅凝胶(即绝缘灌封胶)灌封，完成整个功率组件100内部的绝缘灌封隔离。在该功率组件100中，取消了传统的金属基板，并采用双面散热结构，通过高可靠性的连接技术，完美地将功率模块300与液冷散热器集成在一起，极大地减小了热阻、增大了散热面积、提高了散热效率。功率组件100采用特殊设计的双面液冷散热器，确保了压接界面的平面度与冷却液流道良好的密封性。功率组件100采用新型高导热硅胶垫片作为热界面材料，降低了功率模块300与散热器之间的接触热阻，增加了有效接触面积，提高了功率组件100的散热性能。同时，利用高耐温工程塑料铸件作为结构保护外壳，采用高性能绝缘硅凝胶作为内部填充绝缘灌封材料。综合上述改，使得实施例1描述的功率组件100体积更小﹑功率密度更高﹑冷却性能更加优异，可以很好地应用于安装空间紧凑﹑工作环境恶劣﹑要求模块化和较高热性能的变流器领域。

实施例2

一种如实施例1所述集成半导体模块功率组件制作方法的具体实施例，包括以下步骤：

S100)将功率元件400封装于功率模块300的内部，如附图3所示为完成封装的功率模块300；

S101)如附图6和附图7所示，将功率模块300压装于散热器一203与散热器二204之间形成双面冷却功率模块200，如附图8和附图9所示为完成压装的双面冷却功率模块200；

S102)如附图10所示，将双面冷却功率模块200安装于外壳一101与外壳二102之间形成功率组件100，如附图11、12和13所示为完成安装的功率组件100；

S103)通过外壳一101上的端子通孔103向功率组件100内部灌注绝缘灌封胶，高温固化后完成功率组件100的制作。

功率元件400进一步包括采用二极管30、热敏电阻40，以及双面焊接结构的开关器件20，步骤S100)进一步包括：将开关器件20、二极管30和热敏电阻40安装于上衬板2和下衬板5之间，上衬板2作为功率模块300的上散热表面，下衬板5作为功率模块300的下散热表面，如附图6和附图7所示。

步骤S102)与步骤S103)之间还包括以下步骤：

将安装完毕的双面冷却功率模块200整体置于外壳二102中，再将高耐温热固性粘接剂均匀涂覆至外壳二102顶部预留的密封槽一104内，然后将外壳一101与外壳二102粘接安装，并在适当温度下使热固性粘接剂充分固化，完成外壳一101与外壳二102的粘接密封。

步骤S103)进一步包括：

待热固性粘接剂固化后，利用外壳一101上表面预留的端子通孔103，向功率组件100内部灌注指定量的绝缘灌封胶，抽真空排出残留气泡，确保绝缘灌封胶充分填充至功率模块300的内部以及带电体之间的缝隙，高温固化后完成整个功率组件100的制作。

需要特别说明的是，在本发明实施例2中的功率组件100除采用硅凝胶灌封隔离绝缘外，也可以通过对双面冷却功率模块整体转模技术完成功率模块300内部带电器件之间的绝缘隔离。此外，其中的双面液冷散热器，除采用实施例1中的结构以外，也可以通过改变进、出液口的位置以及散热器的形状，达到本发明的目的。高温工程塑料铸件的功能替代，也可以通过将双面冷却功率模块与双面液冷散热器完成组装后，整体采用转模技术实现。

通过实施本发明具体实施例描述的集成半导体模块功率组件及其制作方法的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的集成半导体模块功率组件及其制作方法将双面冷却功率模块以及液冷散热器高度集成在一起，减少了功率组件的体积、降低了热阻、提高了功率密度，使得该功率组件实现了模块化，可应用于安装结构尺寸紧凑﹑散热条件恶劣的工作环境。

(2)本发明具体实施例描述的集成半导体模块功率组件及其制作方法采用独特封装设计的双面冷却功率模块与双面冷却散热器，取消了基板，利用新型高导热硅胶垫片，将功率模块与液冷散热器通过双面压接的方式集成在了一起，实现了双面散热，结构更加紧凑、热阻更低；

(3)本发明具体实施例描述的集成半导体模块功率组件中，双面冷却功率模块不但可以采用IGBT芯片及二极管(FRD)，同时可以更换成双面焊接的MOSFET芯片及相应的二极管(SBD)，设计非常灵活，适用范围广；

(4)本发明具体实施例描述的集成半导体模块功率组件中，金属散热器可以根据应用领域冷却液系统流量与压力的要求，将冷却液流道修改为并联或者串联结构，操作灵活、适应性更强。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (15)

1.一种集成半导体模块功率组件，其特征在于，该功率组件(100)包括：

功率模块(300)，其内封装有功率元件(400)；

安装于所述功率模块(300)上表面的散热器一(203)；

安装于所述功率模块(300)下表面的散热器二(204)；

安装于所述散热器一(203)上表面的外壳一(101)；

安装于所述散热器一(203)下表面的外壳二(102)。

2.根据权利要求1所述的集成半导体模块功率组件，其特征在于：所述散热器一(203)与散热器二(204)以压接方式与所述功率模块(300)安装连接。

3.根据权利要求1或2所述的集成半导体模块功率组件，其特征在于：所述散热器一(203)与所述功率模块(300)之间通过导热垫片一(201)接触连接，所述功率模块(300)与所述散热器二(204)之间通过导热垫片二(202)接触连接。

4.根据权利要求3所述的集成半导体模块功率组件，其特征在于：所述功率元件(400)包括开关器件(20)、二极管(30)和热敏电阻(40)，所述功率模块(300)还包括将所述开关器件(20)、二极管(30)、热敏电阻(40)封装于其中的上衬板(2)和下衬板(5)，及一端与所述开关器件(20)连接，另一端延伸至所述功率模块(300)外部的第一直流功率端子(3)、第二直流功率端子(4)和交流功率端子(6)。

5.根据权利要求4所述的集成半导体模块功率组件，其特征在于：在所述外壳二(102)的上部与所述外壳一(101)接触的部分设置有用于灌注热固性粘接剂，并实现所述外壳一(101)与所述外壳二(102)之间密封粘接的密封槽一(104)。

6.根据权利要求4或5所述的集成半导体模块功率组件，其特征在于：所述开关器件(20)包括第一开关器件(21)和第二开关器件(22)，所述二极管(30)包括第一二极管(31)和第二二极管(32)，所述第一二极管(31)与所述第一开关器件(21)并联，所述第二二极管(32)与所述第二开关器件(22)并联；

所述功率模块(300)还包括：

一端与第一开关器件(21)连接，另一端延伸至所述功率模块(300)外部的上半桥辅助端子一(12)、上半桥辅助端子二(13)和上半桥辅助端子三(14)；

一端与所述第二开关器件(22)连接，另一端延伸至所述功率模块(300)外部的辅助端子(1)、下半桥辅助端子一(9)、下半桥辅助端子二(10)和下半桥辅助端子三(11)；

一端与热敏电阻(40)连接，另一端延伸至所述功率模块(300)外部的热敏电阻辅助端子一(7)和热敏电阻辅助端子二(8)。

7.根据权利要求6所述的集成半导体模块功率组件，其特征在于：所述外壳一(101)上还开设有端子通孔(103)，所述上半桥辅助端子一(12)、上半桥辅助端子二(13)、上半桥辅助端子三(14)、辅助端子(1)、下半桥辅助端子一(9)、下半桥辅助端子二(10)、下半桥辅助端子三(11)、热敏电阻辅助端子一(7)和热敏电阻辅助端子二(8)均通过所述端子通孔(103)伸出至所述功率模块(300)的外部；通过所述端子通孔(103)能向所述功率组件(100)的内部灌注绝缘灌封胶，以完成整个功率组件(100)内部的绝缘灌封隔离。

8.根据权利要求1、2、4、5或7任一项所述的集成半导体模块功率组件，其特征在于：所述散热器一(203)上开设有若干个安装孔二(207)，所述散热器二(204)上开设有若干个与所述安装孔二(207)相对应的安装孔三(211)，通过螺栓(212)穿过所述安装孔二(207)、安装孔三(211)实现所述散热器一(203)与散热器二(204)的固定安装。

9.根据权利要求8所述的集成半导体模块功率组件，其特征在于：所述外壳一(101)和外壳二(102)上设置有安装孔一(105)，所述散热器一(203)和散热器二(204)上设置有与安装孔一(105)对应的突起部(213)，通过所述安装孔一(105)与所述突起部(213)的压接实现所述外壳一(101)与散热器一(203)，以及所述外壳二(102)与散热器二(204)的固定安装，同时避免所述功率组件(100)在与逆变器进行机械安装时紧固件直接作用于所述外壳一(101)。

10.根据权利要求1、2、4、5、7或9任一项所述的集成半导体模块功率组件，其特征在于：所述散热器一(203)与散热器二(204)上的对应位置均开设有冷却液流孔一(205)、冷却液流孔二(206)，以实现冷却液的流入和流出；所述散热器一(203)上的冷却液流孔一(205)、冷却液流孔二(206)为盲孔，所述散热器二(204)上的冷却液流孔一(205)、冷却液流孔二(206)为通孔；所述散热器一(203)的内部设置有与所述冷却液流孔一(205)、冷却液流孔二(206)相连通的冷却液流道一，所述散热器二(204)的内部设置有与所述冷却液流孔一(205)、冷却液流孔二(206)相连通的冷却液流道二；所述散热器一(203)上的冷却液流孔一(205)与散热器二(204)上的冷却液流孔一(205)相对开设，所述散热器一(203)上的冷却液流孔二(206)与散热器二(204)上的冷却液流孔二(206)相对开设。

11.根据权利要求1、2、4、5、7或9任一项所述的集成半导体模块功率组件，其特征在于：所述散热器一(203)与散热器二(204)上的对应位置均开设有冷却液流孔一(205)，所述散热器一(203)和散热器二(204)上的冷却液流孔一(205)均为盲孔；所述散热器一(203)的内部设置有与所述冷却液流孔一(205)相连通的冷却液流道一，所述散热器二(204)的内部设置有与所述冷却液流孔一(205)相连通的冷却液流道二；所述散热器一(203)上的冷却液流孔一(205)与散热器二(204)上的冷却液流孔一(205)相对开设，所述散热器一(203)上还开设有与所述冷却液流道一相连通的进液口(209)，所述散热器二(204)上还开设有与所述冷却液流道二相连通的出液口(210)。

12.一种如权利要求1至11任一项所述的集成半导体模块功率组件制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100)将功率元件(400)封装于功率模块(300)的内部；

S101)将功率模块(300)压装于散热器一(203)与散热器二(204)之间形成双面冷却功率模块(200)；

S102)将所述双面冷却功率模块(200)安装于外壳一(101)与外壳二(102)之间形成功率组件(100)；

S103)通过外壳一(101)上的端子通孔(103)向所述功率组件(100)内部灌注绝缘灌封胶，高温固化后完成功率组件(100)的制作。

13.根据权利要求12所述的集成半导体模块功率组件制作方法，其特征在于，所述功率元件(400)包括采用二极管(30)、热敏电阻(40)，以及双面焊接结构的开关器件(20)，所述步骤S100)进一步包括：将所述开关器件(20)、二极管(30)和热敏电阻(40)安装于上衬板(2)和下衬板(5)之间，所述上衬板(2)作为所述功率模块(300)的上散热表面，所述下衬板(5)作为所述功率模块(300)的下散热表面。

14.根据权利要求12或13所述的集成半导体模块功率组件制作方法，其特征在于，所述步骤S102)与步骤S103)之间还包括以下步骤：

将安装完毕的双面冷却功率模块(200)整体置于所述外壳二(102)中，再将高耐温热固性粘接剂均匀涂覆至所述外壳二(102)顶部预留的密封槽一(104)内，然后将所述外壳一(101)与外壳二(102)粘接安装，并在适当温度下使热固性粘接剂充分固化，完成所述外壳一(101)与外壳二(102)的粘接密封。

15.根据权利要求14所述的集成半导体模块功率组件制作方法，其特征在于，所述步骤S103)进一步包括：

待热固性粘接剂固化后，利用所述外壳一(101)上表面预留的端子通孔(103)，向所述功率组件(100)内部灌注指定量的绝缘灌封胶，抽真空排出残留气泡，确保绝缘灌封胶充分填充至所述功率模块(300)的内部以及带电体之间的缝隙，高温固化后完成整个功率组件(100)的制作。