CN114334864A - 功率半导体模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率半导体模块，包括：金属基板，金属基板上设有多个安装位；功率器件，功率器件设置于金属基板相应的安装位；金属互连线，金属互连线互连功率器件；壳体，壳体设置于金属基板上，并与金属基板连接后形成空槽；高导热灌封层，高导热灌封层设置于空槽内，用以封装功率器件和金属互连线。本发明能够通过模块的灌封层面进行辅助散热，从而能够提高模块的散热效率，并且通过灌封层封装模块，无需另外增加盖板对模块进行防护，从而能够节省组件、以及简化组装步骤。

Description

功率半导体模块

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种功率半导体模块。

背景技术

功率半导体模块工作中会产生较大的热量，热量的来源有两个途径：其一为功率芯片工作过程中产生的损耗；其二为金属件导电时产生的焦耳热。而功率芯片工作过程产生的损耗是热量的主要来源，如何将这些热量有效的耗散掉以保证器件工作在安全的温度范围是功率模块设计、使用环节中最重要的一点。

目前功率半导体模块大多采用单面导热的形式，即功率芯片产生的热量通过基板和底板向下传热，再通过散热器将热量带走，难以通过正面导出热量。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种功率半导体模块，能够通过模块的灌封层面进行辅助散热，从而能够提高模块的散热效率，并且通过灌封层封装模块，无需另外增加盖板对模块进行防护，从而能够节省组件、以及简化组装步骤。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种功率半导体模块，包括：金属基板，所述金属基板上设有多个安装位；功率器件，所述功率器件设置于所述金属基板相应的安装位；金属互连线，所述金属互连线互连所述功率器件；壳体，所述壳体设置于所述金属基板上，并与所述金属基板连接后形成空槽；高导热灌封层，所述高导热灌封层设置于所述空槽内，用以封装所述功率器件和所述金属互连线。

根据本发明实施例的功率半导体模块，通过设置金属基板，并在金属基板上设置功率器件，并通过设置金属互连线互连功率器件，此外，还在金属基板上设置壳体以形成空槽，并在空槽内设置高导热灌封层以封装功率器件和金属互连线，由此，能够通过模块的灌封层面进行辅助散热，从而能够提高模块的散热效率，并且通过灌封层封装模块，无需另外增加盖板对模块进行防护，从而能够节省组件、以及简化组装步骤。

另外，根据本发明上述实施例提出的功率半导体模块还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述的功率半导体模块还包括功率端子和信号端子，其中，所述功率端子和所述信号端子均设置于所述壳体上并分别对应连接所述金属基板和所述功率器件。

进一步地，所述金属基板为一体化覆金属基板，具体包括：底层金属板；高导热绝缘层，所述高导热绝缘层设置于所述底层金属板上；线路层，所述线路层设置于所述高导热绝缘层上，并与所述功率器件和所述功率端子相连。

进一步地，所述高导热绝缘层由高导热绝缘胶构成。

进一步地，所述高导热灌封层由高导热灌封胶构成。

进一步地，所述高导热灌封层的表面为齿状。

进一步地，所述的功率半导体模块还包括散热器，所述散热器设置于所述金属基板远离所述功率器件的一侧。

附图说明

图1为本发明实施例的功率半导体模块的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的功率半导体模块的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的功率半导体模块的俯视图；

图4为本发明一个实施例的金属基板的结构示意图；

图5为本发明一个实施例的含有散热器的功率半导体模块的结构示意图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的功率半导体模块的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例的功率半导体模块，包括：金属基板10，金属基板10上设有多个安装位；功率器件20，功率器件20设置于金属基板10相应的安装位；金属互连线30，金属互连线30互连功率器件20；壳体40，壳体40设置于金属基板10上，并与金属基板10连接后形成空槽；高导热灌封层50，高导热灌封层50设置于空槽内，用以封装功率器件20和金属互连线30。

具体地，如图1所示，在金属基板10上可设有四个安装位，并可对应该四个安装位可分别设置四个功率器件20，即功率器件201、202、203、204，并且，功率器件201和功率器件202可通过金属互连线301相连，功率器件203和功率器件20204还可通过金属互连线302相连，以实现相应功率器件20的互连，此外，还可设置高导热灌封层50以封装功率器件201、202、203、204和金属互连线301、302，由此，能够通过模块的灌封层面进行辅助散热，从而能够提高模块的散热效率，并且通过灌封层封装模块，无需另外增加盖板对模块进行防护，从而能够节省组件、以及简化组装步骤。其中，功率器件20具体可为功率半导体芯片。

进一步地，如图2所示，本发明实施例的功率半导体模块还包括功率端子60和信号端子70，其中，功率端子60和信号端子70均设置于壳体40上并分别对应连接金属基板10和功率器件20。

具体地，如图3所示，可在功率半导体模块的两侧，即DC侧和AC侧分别设置两个功率端子60，并分别连接金属基板10中的线路层103，此外，还可在功率半导体模块的另外两侧设置四个信号端子70，并分别连接功率器件20，例如连接功率器件20的控制极，以进行电气信号的引出。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，金属基板10可为一体化覆金属基板10，具体包括：底层金属板101；高导热绝缘层102，高导热绝缘层102设置于底层金属板101上；线路层103，线路层103设置于高导热绝缘层102上，并与功率器件20和功率端子60相连。其中，底层金属板101和线路层103均由金属箔片构成，可对称设置于高导热绝缘层102的两侧。

在本发明的一个实施例中，壳体40可为树脂外壳，可罩设在金属基板10上形成空槽，具体如图2和图3所示，壳体40，即树脂外壳可密封粘接在金属基板10的线路层103一侧，可将金属基板10的线路层103、以及设置于其上的功率器件20和金属互连线30罩在空槽中，进而可进行功率端子60与线路层103的互连、以及信号端子70与功率器件20的互连。其中，壳体40，即树脂外壳并不完全包覆金属基板10，以使得金属基板10中的底层金属板101外露。

在本发明的一个实施例中，高导热绝缘层102可由高导热绝缘胶构成，高导热灌封层50可由高导热灌封胶构成，由此，可保证高导热绝缘层102与高导热灌封层50之间膨胀系数相似，从而能够减轻材料之间由于热膨胀系数差异导致的热疲劳现象，进而能够提高模块的可靠性寿命。当然，在本发明的其他实施例中，高导热灌封层50和高导热绝缘层102还可选用其他类型的高导热材料，只需要保证其导热系数大于等于1W/m·K，这里不再进行一一赘述。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，高导热灌封层50的表面可为齿状，由此，能够增大散热面积，从而能够提高散热效率。当然，在本发明的其他实施例中，高导热灌封层50的表面还可设置为其他其他形状以增大散热面积，例如波浪状，这里不再进行一一赘述。

具体地，高导热灌封层50可在壳体40，即树脂外壳密封粘接在金属基板10的线路层103一侧形成空槽后，由注入该空槽内的高导热灌封胶固化形成，由此，能够封装功率器件20和金属互连线30，并能够实现有效的电气绝缘。其中，为增加有效散热面积，可在高导热灌封胶固化时通过模具塑形将其远离线路层103的一侧塑形为图1所示的齿状，进一步还需要说明的是，在高导热灌封胶固化形成高导热灌封层50后，该高导热灌封层50为硬质固态结构，无需再另外增加盖板对模块进行防护，从而能够节省组件和组装步骤。

进一步地，如图5所示，本发明实施例的功率半导体模块还包括散热器80，散热器80设置于金属基板10远离功率器件20的一侧，具体地，可设置于底层金属板101远离功率器件20的一侧。由此，散热器80可连接底层金属板101的外露面，以实现模块的散热过程。

根据本发明实施例的功率半导体模块，通过设置金属基板，并在金属基板上设置功率器件，并通过设置金属互连线互连功率器件，此外，还在金属基板上设置壳体以形成空槽，并在空槽内设置高导热灌封层以封装功率器件和金属互连线，由此，能够通过模块的灌封层面进行辅助散热，从而能够提高模块的散热效率，并且通过灌封层封装模块，无需另外增加盖板对模块进行防护，从而能够节省组件、以及简化组装步骤。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (7)

1.一种功率半导体模块，其特征在于，包括：

金属基板，所述金属基板上设有多个安装位；

功率器件，所述功率器件设置于所述金属基板相应的安装位；

金属互连线，所述金属互连线互连所述功率器件；

壳体，所述壳体设置于所述金属基板上，并与所述金属基板连接后形成空槽；

高导热灌封层，所述高导热灌封层设置于所述空槽内，用以封装所述功率器件和所述金属互连线。

2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，还包括功率端子和信号端子，其中，所述功率端子和所述信号端子均设置于所述壳体上并分别对应连接所述金属基板和所述功率器件。

3.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述金属基板为一体化覆金属基板，具体包括：

底层金属板；

高导热绝缘层，所述高导热绝缘层设置于所述底层金属板上；

线路层，所述线路层设置于所述高导热绝缘层上，并与所述功率器件和所述功率端子相连。

4.根据权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述高导热绝缘层由高导热绝缘胶构成。

5.根据权利要求4所述的功率半导体模块，其特征在于，所述高导热灌封层由高导热灌封胶构成。

6.根据权利要求5所述的功率半导体模块，其特征在于，所述高导热灌封层的表面为齿状。

7.根据权利要求6所述的功率半导体模块，其特征在于，还包括散热器，所述散热器设置于所述金属基板远离所述功率器件的一侧。

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