CN112687553B - 使用一片散热器实现半导体功率模块双面散热的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体功率模块技术领域，具体为一种使用一片散热器实现半导体功率模块双面散热的方法，本发明在基于塑封功率模块的同时，把散热器的两层水道预先封装在功率模块内部，使得功率模块通过一片散热器即可实现双面散热的效果，具体步骤包括：在模块注塑前在模块上表面预留水道空间；在注塑过程中，把模块上表面的水道空间引导至模块下表面，与模块下表面共面；将模块下表面安装至一片散热器上，通过水道设计将冷却液同时引入到功率模块上下表面，实现模块双面散热。本发明可以简化功率模块的散热器设计与安装工艺，降低模块成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体功率模块技术领域，具体涉及一种半导体功率模块散热的方法。
背景技术
半导体功率模块广泛应用于工业变频、变流器、汽车电机控制器等需要进行电能转换的场景。功率半导体器件通过连接材料（通常为焊接或者金属烧结）粘接在陶瓷基板或者铜基板上。为了增强其散热性能，半导体器件上表面通常采用相同工艺连接金属垫片，进而再连接上层基板。由于材料制造过程中公差的存在，导致经过多次连接工艺后整体公差较大，不满足直接下一步塑封的要求。现有模块封装解决方案是在塑封完后对模块至少一面进行打磨，以保证其整体厚度控制。不仅增加了制造成本，对模块的生产良率也有很大影响。
半导体功率模块的热管理对于模块的性能以及成本有着至关重要的作用。传统功率模块分为单面散热和双面散热两大类。单面散热在机械安装和工艺要求上有着明显优势。但是其散热效果要比双面散热结构差。双面散热能在最小的尺寸下提供最高的散热效果，提升系统的功率密度。其难点在于功率模块上下面的平整度控制和外围散热器的机械连接方式。许多成熟的应用受到散热器机械连接方式的制约而始终采用单面散热方案。
增强半导体功率模块的散热性能对于模块的成本控制、效率提升和安装精度有着极其重要的影响。目前最先进的散热方案为塑封模块的双面散热。该方案需在模块上下面同时使用两片散热器，对模块的厚度控制、散热器设计加工都有很高的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种散热效果好的使用一片散热器实现半导体功率模块双面散热的方法。
本发明是在基于塑封模块的同时，把散热器的两层水道预先封装在模块内部，使得模块能够通过一片散热器即可实现双面散热的效果。如图2所示，具体步骤如下：
（1）在半导体功率模块注塑前，在模块上表面预留水道空间；
（2）在注塑过程中，把半导体功率模块上表面的水道空间引导至模块下表面，与模块下表面共面；
（3）将功率模块下表面安装至一片散热器上，通过水道设计将冷却液同时引入到功率模块上下表面，实现功率模块双面散热。
本发明中，所述水道均通过O型圈、钢垫片等材料进行密封。
本发明可以简化功率模块的散热器设计与安装工艺，进一步降低模块的成本。
附图说明
图1为现有的半导体功率模块双面散热图示。
图2为本发明半导体功率模块双面散热图示。
具体实施方式
半导体功率模块的热管理对于模块的性能以及成本有着至关重要的作用。传统功率模块分为单面散热和双面散热两大类。单面散热在机械安装和工艺要求上有着明显优势。但是其散热效果要比双面散热结构差。双面散热能在最小的尺寸下提供最高的散热效果，提升系统的功率密度。其难点在于功率模块上下面的平整度控制和外围散热器的机械连接方式。许多成熟的应用受到散热器机械连接方式的制约而始终采用单面散热方案。
本发明把上层散热通道提前设计封装在模块内部，并设计其水道与下层散热结构保持在同一方向。两条水道可以保持在同一平面，也可以不在同一平面。水道通常采用铝或者铜为基本材料，高度通常为1-10毫米，内部可以为空洞或者包含内置针翅以增加与冷却触媒的接触面积。与散热器的接触开口尺寸可以依据模块大小而改变，通常长度在3-100毫米之间，宽度范围在1-50毫米。用来密闭的O型圈以及金属垫片的厚度可以为0.1-5毫米，根据模块封装工艺水平和系统耐压能力而选取。
本发明结构简单，结合单面散热的简易安装特点以及双面结构的高散热效率，在几乎完全不改变传统安装工艺的基础上实现高效率的散热效果。同时，由于取消了对上层散热器的需求，进一步提升了系统的功率密度，对于对尺寸非常敏感的应用场景尤为重要。
Claims (4)
1.使用一片散热器实现半导体功率模块双面散热的方法，其特征在于，在基于塑封功率模块的同时，把散热器的两层水道预先封装在功率模块内部，使得功率模块能够通过一片散热器即可实现双面散热的效果，具体步骤如下：
（1）在半导体功率模块注塑前，在功率模块上表面预留水道空间；
（2）在注塑过程中，把功率模块上表面的水道空间引导至功率模块下表面，与功率模块下表面共面；
（3）将功率模块下表面安装至一片散热器上，通过水道设计将冷却液同时引入到功率模块上下表面，实现功率模块双面散热。
2.根据权利要求1所述使用一片散热器实现半导体功率模块双面散热的方法，其特征在于，所述水道通过O型圈、钢垫片进行密封。
3.根据权利要求1所述使用一片散热器实现半导体功率模块双面散热的方法，其特征在于，所述水道采用铝或者铜为基本材料，高度为1-10毫米，内部为空洞，或者包含内置针翅以增加与冷却触媒的接触面积。
4.根据权利要求1所述使用一片散热器实现半导体功率模块双面散热的方法，其特征在于，水道与散热器的接触开口尺寸依据半导体功率模块大小而改变，长度在3-100毫米之间，宽度范围在1-50毫米。
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