CN114334869B - 一种自动温度控制的igbt模块封装结构 - Google Patents

一种自动温度控制的igbt模块封装结构 Download PDF

Info

Publication number
CN114334869B
CN114334869B CN202210248897.4A CN202210248897A CN114334869B CN 114334869 B CN114334869 B CN 114334869B CN 202210248897 A CN202210248897 A CN 202210248897A CN 114334869 B CN114334869 B CN 114334869B
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
igbt module
ceramic substrate
temperature control
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210248897.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114334869A (zh
Inventor
周洋
孙亚萌
马坤
宋一凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Archimedes Electronic Technology Co ltd
Original Assignee
Hefei Archimedes Electronic Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Archimedes Electronic Technology Co ltd filed Critical Hefei Archimedes Electronic Technology Co ltd
Priority to CN202210248897.4A priority Critical patent/CN114334869B/zh
Publication of CN114334869A publication Critical patent/CN114334869A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114334869B publication Critical patent/CN114334869B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种自动温度控制的IGBT模块封装结构，包括：由下至上依次设置的热沉、TIM、铜基板、焊料层和覆铜陶瓷基板；所述覆铜陶瓷基板上还设置有二极管和IGBT芯片；所述热沉、所述TIM、所述铜基板、所述焊料层和所述覆铜陶瓷基板内贯穿有微通道；所述覆铜陶瓷基板、所述铜基板、所述热沉以及所述微通道构成固‑液‑气三相散热系统。本发明能够大幅提高IGBT模块散热系统的性能，且不需要外加液泵，能解决现有技术中IGBT模块TIM散热瓶颈问题，同时实现芯片温度精确控制和快速冷却，从而提升器件可靠性及使用寿命。

Description

一种自动温度控制的IGBT模块封装结构
技术领域
本发明涉及电力电子芯片制造和封测技术领域，特别是涉及一种自动温度控制的IGBT模块封装结构。
背景技术
大功率IGBT器件作为能量转换和传输的核心器件之一，广泛应用于牵引、电动汽车、电力传输等领域；而随着IGBT模块集成度的不断提高、热流密度的不断增加，导致其所产生的热量进一步的集中，采用常规的热传导技术已经无法实现热量有效传导，耗散产生的热量严重威胁电子设备的运行可靠性。
电力电子器件的热管理指的是通过高效的散热技术和合理的结构设计实现器件的高散热性能。IGBT器件叠层结构相对复杂，热阻链较长，功率芯片散热和均热问题尤为突出，目前业界常用散热方式仍为IGBT模块、TIM（Thermal Interface Material，热界面材料）以及Heatsink（散热件）组合的方式，芯片传热路径长，受限于TIM极低热导率，如何实现高效的散热制约着大功率IGBT模块广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动温度控制的IGBT模块封装结构，用以解决现有技术中IGBT模块TIM散热瓶颈问题，同时实现芯片温度精确控制和快速冷却。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种自动温度控制的IGBT模块封装结构，包括：由下至上依次设置的热沉、TIM、铜基板、焊料层和覆铜陶瓷基板；所述覆铜陶瓷基板上还设置有二极管和IGBT芯片；所述热沉、所述TIM、所述铜基板、所述焊料层和所述覆铜陶瓷基板内贯穿有微通道；所述覆铜陶瓷基板、所述铜基板、所述热沉以及所述微通道构成固-液-气三相散热系统。
可选地，所述IGBT芯片的栅极与所述二极管的阳极通过键合线连接；所述IGBT芯片的集电极以及所述二极管的阴极通过铜-铜键合工艺贴装在所述覆铜陶瓷基板的上铜层。
可选地，所述铜基板通过所述焊料层与所述覆铜陶瓷基板的下铜层连接。
可选地，所述热沉通过所述TIM与所述铜基板连接。
可选地，所述IGBT芯片的底部设有交替对N-P异质结，所述交替对N-P异质结的底部设有铜凸点。
可选地，所述微通道的内部设有凹槽，所述凹槽内设有阵列毛细微结构。
可选地，所述微通道的内部充满相变材料。
可选地，所述焊料层由高导热率材料构成。
可选地，所述覆铜陶瓷基板由高导热率材料构成。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的自动温度控制的IGBT模块封装结构中的微通道贯穿热沉、TIM、铜基板、焊料层和覆铜陶瓷基板，更靠近热源IGBT芯片，减少了传热界面，更高效的将产生的热量耗散掉；且微通道不需要外加液泵推动，能解决现有技术中IGBT模块TIM散热瓶颈问题，同时实现芯片温度精确控制和快速冷却，从而提升器件可靠性及使用寿命。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的自动温度控制的IGBT模块封装结构的示意图；
图2为本发明实施例提供的IGBT芯片中交替对N-P异质结的示意图；
图3为本发明实施例提供的IGBT芯片中铜凸点的示意图；
图4为本发明实施例提供的微通道侧视图；
图5为本发明实施例提供的阵列毛细微结构示意图；
图6为本发明实施例提供的微通道内相变材料流动示意图。
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。
本发明的目的是提供一种自动温度控制的IGBT模块封装结构，用以解决现有技术中IGBT模块TIM散热瓶颈问题，同时实现芯片温度精确控制和快速冷却。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的自动温度控制的IGBT模块封装结构，包括：由下至上依次设置的热沉109、TIM107、铜基板106、焊料层105和覆铜陶瓷基板104。所述覆铜陶瓷基板104上还设置有二极管103和IGBT芯片102。所述热沉109、所述TIM107、所述铜基板106、所述焊料层105和所述覆铜陶瓷基板104内贯穿有微通道108；所述覆铜陶瓷基板104、所述铜基板106、所述热沉109以及所述微通道108构成固-液-气三相散热系统。微通道108更靠近热源IGBT芯片102，减少了传热界面，更高效的将产生的热量耗散掉；且微通道108不需要外加液泵推动。微通道108的侧视图如图4所示。
作为一个具体的实施例，所述IGBT芯片102的栅极与所述二极管103的阳极通过键合线101连接；所述IGBT芯片102的集电极以及所述二极管103的阴极通过铜-铜键合工艺贴装在所述覆铜陶瓷基板104的上铜层对应位置。铜基板106通过焊料层105与覆铜陶瓷基板104的下铜层连接；热沉109与铜基板106通过TIM107连接在一起。
作为一个具体的实施例，如图2-3所示，所述IGBT芯片102的底部设有交替对N-P异质结，构成半导体回路制冷。所述交替对N-P异质结的底部设有铜凸点1021，该铜凸点1021通过铜-铜键合工艺与覆铜陶瓷基板104相连。
作为一个具体的实施例，所述微通道108的内部设有凹槽，所述凹槽内设有阵列毛细微结构1081，如图5所示。但阵列毛细微结构1081的分布与形状不限于图5所示。阵列毛细微结构1081可放入微通道108的凹槽中，扩大接触面积提高微通道稳定性。如图6所示，微通道108内部充满相变材料，低温时相变材料为液态，高温时液态相变材料吸热变为气态，气态相变材料从高温端向低温端流动，在低温端凝结成液态，阵列毛细微结构区域液态相变材料在阵列毛细微结构1081的作用下被吸收到高温端，继续进行散热循环。
作为一个具体的实施例，焊料层105由高导热率材料构成，例如SAC305、纳米银、纳米铜或混合型的焊接材料。覆铜陶瓷基板104由高导热率材料构成，例如Al2O3、AlN、ZTA、SiN等。
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。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，包括：由下至上依次设置的热沉、TIM、铜基板、焊料层和覆铜陶瓷基板；所述覆铜陶瓷基板上还设置有二极管和IGBT芯片；所述热沉、所述TIM、所述铜基板、所述焊料层和所述覆铜陶瓷基板内贯穿有微通道；所述覆铜陶瓷基板、所述铜基板、所述热沉以及所述微通道构成固-液-气三相散热系统。
2.根据权利要求1所述的自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述IGBT芯片的栅极与所述二极管的阳极通过键合线连接；所述IGBT芯片的集电极以及所述二极管的阴极通过铜-铜键合工艺贴装在所述覆铜陶瓷基板的上铜层。
3.根据权利要求1所述的自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述铜基板通过所述焊料层与所述覆铜陶瓷基板的下铜层连接。
4.根据权利要求1所述的自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述热沉通过所述TIM与所述铜基板连接。
5.根据权利要求1所述的自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述IGBT芯片的底部设有交替对N-P异质结，所述交替对N-P异质结的底部设有铜凸点。
6.根据权利要求1所述的自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述微通道的内部设有凹槽，所述凹槽内设有阵列毛细微结构。
7.根据权利要求1所述的自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述微通道的内部充满相变材料。
8.根据权利要求1所述的自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述焊料层由高导热率材料构成。
9.根据权利要求1所述的自动温度控制的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述覆铜陶瓷基板由高导热率材料构成。
CN202210248897.4A 2022-03-15 2022-03-15 一种自动温度控制的igbt模块封装结构 Active CN114334869B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210248897.4A CN114334869B (zh) 2022-03-15 2022-03-15 一种自动温度控制的igbt模块封装结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210248897.4A CN114334869B (zh) 2022-03-15 2022-03-15 一种自动温度控制的igbt模块封装结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114334869A CN114334869A (zh) 2022-04-12
CN114334869B true CN114334869B (zh) 2022-05-24

Family

ID=81033826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210248897.4A Active CN114334869B (zh) 2022-03-15 2022-03-15 一种自动温度控制的igbt模块封装结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114334869B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116741723B (zh) * 2023-08-14 2023-11-03 合肥阿基米德电子科技有限公司 一种igbt模块及其制造工艺
CN117238949B (zh) * 2023-11-13 2024-02-06 苏州中瑞宏芯半导体有限公司 一种铜桥焊接的碳化硅功率模块

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4805691A (en) * 1986-12-22 1989-02-21 Sundstrand Corporation Cooling technique for compact electronics inverter
US5216580A (en) * 1992-01-14 1993-06-01 Sun Microsystems, Inc. Optimized integral heat pipe and electronic circuit module arrangement
JPH07161888A (ja) * 1993-12-07 1995-06-23 Nippondenso Co Ltd 沸騰冷却装置及びその製造方法
CN1790705A (zh) * 2004-11-12 2006-06-21 国际商业机器公司 用于冷却半导体集成电路芯片封装的装置和方法
CN109545773A (zh) * 2018-11-21 2019-03-29 北京卫星制造厂有限公司 一种大功率芯片柔性互连模块及加工方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100314093A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-16 Gamal Refai-Ahmed Variable heat exchanger
EP2555238A4 (en) * 2010-03-31 2013-06-12 Fujitsu Ltd MULTIPLE CHIP MODULE, CIRCUIT BOARD UNIT, METHOD FOR MANUFACTURING MULTIPLE CHIP MODULE, AND METHOD FOR MANUFACTURING CIRCUIT BOARD UNIT

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4805691A (en) * 1986-12-22 1989-02-21 Sundstrand Corporation Cooling technique for compact electronics inverter
US5216580A (en) * 1992-01-14 1993-06-01 Sun Microsystems, Inc. Optimized integral heat pipe and electronic circuit module arrangement
JPH07161888A (ja) * 1993-12-07 1995-06-23 Nippondenso Co Ltd 沸騰冷却装置及びその製造方法
CN1790705A (zh) * 2004-11-12 2006-06-21 国际商业机器公司 用于冷却半导体集成电路芯片封装的装置和方法
CN109545773A (zh) * 2018-11-21 2019-03-29 北京卫星制造厂有限公司 一种大功率芯片柔性互连模块及加工方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
大功率LED散热技术研究现状;李思琪等;《光源与照明》;20170930(第03期);17-20 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114334869A (zh) 2022-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107170714B (zh) 一种低寄生电感功率模块及双面散热低寄生电感功率模块
KR101836658B1 (ko) 파워 모듈 및 그 제조 방법
CN114334869B (zh) 一种自动温度控制的igbt模块封装结构
CN105914185B (zh) 一种碳化硅功率器件的封装结构及封装方法
CN109887909B (zh) 基于石墨烯的ipm混合模块封装结构及加工工艺
CN206864452U (zh) 一种低寄生电感功率模块及双面散热低寄生电感功率模块
CN207165544U (zh) 一种设有双面散热装置的功率模块
CN110246835B (zh) 一种三维集成高压碳化硅模块封装结构
Wang et al. Status and trend of power semiconductor module packaging for electric vehicles
Montazeri et al. Vertically stacked, flip-chip wide bandgap MOSFET co-optimized for reliability and switching performance
CN114551381B (zh) 一种嵌入式双面散热mosfet模块封装结构
CN116995048B (zh) 一种铜带键合的车用功率模块
CN213816152U (zh) 一种同步整流碳化硅功率模块
CN113659427B (zh) 一种半导体激光器封装结构及封装方法
CN113629045B (zh) 三相逆变功率模块的增材制造工艺
CN212230427U (zh) 一种定点冷却SiC混合功率模块
JP2019067976A (ja) 半導体装置
CN203775045U (zh) 一种智能半导体功率模块
CN111933598A (zh) 一种散热型芯片载体及散热型半导体封装产品
CN107768326B (zh) 一种碳化硅功率器件封装结构
CN103780102A (zh) 一种智能半导体功率模块
CN115172298B (zh) 芯片封装结构
CN219917162U (zh) 功率模块
CN221102080U (zh) 一种功率器件
CN212033006U (zh) Igbt流体散热器件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant