CN116830248A - 一种功率半导体模组及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种功率半导体模组、电机驱动器、动力总成、车辆以及功率半导体模组的制造方法。通过在所述散热器与所述功率半导体封装之间设置导热层，且导热层为表面具有金属键合线的导热材料；或者，所述导热层为可固化硅脂形成的固态导热层，使得所述功率半导体封装和所述散热器均与所述导热层结合并构成所述功率半导体模组，降低了功率半导体模组在电机驱动器整机装配过程中造成的应力损坏风险。实现了提前对功率半导体模组进行氦气检验，提高了电机驱动器整机二次加工的合格率，避免了电机驱动器在整机氦气测试时因散热器漏气而导致电机驱动器整机报废的风险。

Description

一种功率半导体模组及制造方法 技术领域
本申请涉及功率半导体模组技术领域，特别涉及一种功率半导体模组及制造方法、电机驱动器、动力总成和车辆。
背景技术
功率半导体模组，指实现电路开关功能的半导体器件，通常由功率半导体芯片通过特定的电路桥接封装而成。其中，功率半导体芯片一般包括绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、二极管(Diode)、金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、晶闸管、三极管等。功率半导体模组是电机驱动器(Motor Control Unit，MCU)的核心器件，也是最主要的发热器件，其封装的散热能力对产品的性能参数指标起到决定性作用。
目前，功率半导体模组的封装分为单面冷却和双面冷却两种结构，两种结构的区别主要为热量主要由器件的单一表面单向传递至冷却介质，还是由器件的两个表面双向传递至冷却介质。同等工艺条件下双面冷却封装散热能力更强，有助于充分发挥功率半导体芯片性能，提升产品功率密度，降低产品成本。双面冷却封装的功率半导体模组通常是将功率半导体封装放置在两个散热器之间，在功率半导体封装与散热器之间设置导热界面材料(业界较常使用导热硅脂、石墨膜、硅凝胶、相变材料等)，两个散热器通过机械结构(例如螺钉、螺栓等)压紧连接，从而夹紧功率半导体封装和导热界面材料。
然而，采用机械结构压紧散热器，不易保证功率半导体模组各部位受力均匀，使得功率半导体模组在电机驱动器整机装配过程中可能会产生应力而被损坏，造成电机驱动器整机报废。并且导热硅脂在使用一段时间后容易变干脱落，降低功率半导体模组的散热能力。
发明内容
本申请提供一种功率半导体模组及制造方法、电机驱动器、动力总成和车辆。实现了在散热器与功率半导体封装之间形成具有固定功能、且不易脱落的固态导热层，可使功率半导体模组的各部位受力均匀，降低了功率半导体模组在电机驱动器整机装配过程中产生的应力损坏风险。并且能够在电机驱动器整机装配前实现功率半导体封装与散热器的一体化集成加工，以及功率半导体模组的氦气检验，避免了电机驱动器在整机测试时因散热器漏水而导致电机驱动器整机报废的风险。
第一方面，本申请实施例提供一种功率半导体模组，包括至少一个散热器和至少一个功率半导体封装；
还包括：导热层，所述导热层位于所述散热器与所述功率半导体封装之间，所述导热层为表面具有金属键合线的导热材料；或者，所述导热层为可固化硅脂形成的固态导热层；且所述功率半导体封装和所述散热器均与所述导热层结合以构成所述功率半导体模组。
通过将所述导热层配置为表面具有金属键合线的导热材料；或者，所述导热层为可固化硅脂形成的固态导热层，这样导热层的金属键合线与散热器以及所述功率半导体封装之间在加热、加压下实现键合(bond)连接，使得散热器以及所述功率半导体封装与导热层之间形成具有分子键合力的结合力，或者，所述导热层为可固化硅脂形成的固态导热层，可固化硅脂在散热器以及所述功率半导体封装之间固化时形成相互嵌合的固化导热层，这样，功率半导体封装和所述散热器之间的导热层具有固定功能并且不易脱落，能够使散热器与功率半导体封装之间受力均匀，降低功率半导体模组在电机驱动器整机装配过程中因应力产生而导致损坏的风险。同时，可实现功率半导体封装与散热器的一体化集成加工，以及功率半导体模组的氦气检验，这样可以将散热器漏气的不良产品提前筛选出来，检验合格的功率半导体模组可直接应用于电机驱动器整机的装配，提升了电机驱动器整机装配的自动化水平和加工速度，提高了整机二次加工的良率，避免了电机驱动器在整机氦气测试时因散热器漏水而导致电机驱动器整机报废的风险。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述导热层与所述散热器之间，以及所述导热层与所述功率半导体封装之间形成具有分子键合力或嵌合力的结合力。
分子键合力或嵌合力为强相互结合力，导热层与散热器、功率半导体封装之间形成的分子键合力或嵌合力可将散热器牢固的与功率半导体封装进行固定。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述导热层包括：金属导热片和设在所述金属导热片表面的所述金属键合线。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述金属导热片为铜箔、铝箔、银箔或金箔，所述金属键合线为纳米铜线、纳米铝线、纳米银线或纳米金线。
其中，金属键合线会与散热器以及功率半导体封装表面的铜层或铝层之间在加热和加压下形成金属间相互融合的分子键合力，可将散热器牢固的与功率半导体封装固定。同时，纳米铜线、纳米铝线、纳米银线、纳米金线、铜箔、铝箔、银箔或金箔均具有良好的导热性能，可极大提升功率半导体模组的散热能力。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述导热层还包括：导热胶，所述导热胶分布在相邻所述金属键合线之间的间隙中。
通过设置导热胶，导热胶有利于将导热层与散热器以及功率半导体封装实现紧密粘合，这样，散热器以及功率半导体封装与导热层在加热、加压条件下实现固定时，在导热胶的作用下，可以在更低温度和更小压力的工艺条件下即可实现散热器以及功率半导体封装与导热层之间良好的固定作用，所以，通过设置导热胶，降低了散热器以及功率半导体封装与导热层加热、加压处理时的温度和压力，有助于提升工艺的生产良率。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述散热器的数量为两个，两个所述散热器分别为相对的第一散热器和第二散热器，所述功率半导体封装设置于所述第一散热器与所述第二散热器之间，且所述功率半导体封装与所述第一散热器和所述第二散热器之间均设有所述导热层。
将功率半导体封装设置在第一散热器与第二散热器之间，形成具备双面冷却结构的功率半导体模组，热量可由功率半导体封装的两个表面双向传递给第一散热器和第二散热器。相比单面冷却结构，在同等工艺条件下双面冷却结构的散热能力更强，有助于充分发挥功率半导体芯片性能，提升产品功率密度，降低产品成本。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一散热器和所述第二散热器的一端通过连接板相连，所述第一散热器和所述第二散热器的另一端通过紧固件连接。
第一散热器和第二散热器的一端通过连接板相连，另一端通过紧固件连接所形成的散热结构适用于串联散热水道的散热方式。
或者，所述第一散热器和所述第二散热器的两端通过连接管相连。
第一散热器和第二散热器的两端通过连接管相连所形成的散热结构适用于并联散热水道的散热方式。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一散热器、所述第二散热器的内部均设有散热水道，所述第一散热器内的所述散热水道和所述第二散热器内的所述散热水道通过所述连接板串联，所述第一散热器、所述第二散热器的另一端分别设有与所述散热水道连通的进水口、出水口。
第一散热器内部的散热水道与第二散热器内部的散热水道通过连接板内部的散热水道连通，构成串联散热水道的散热结构。进水口与出水口位于散热器的同侧，冷却液由进水口进入位于第一散热器内部的散热水道，吸收第一散热器的热量；再通过连接板内的散热水道流入第二散热器的散热水道，吸收第二散热器的热量，并最终由出水口流出将所有热量带走。
或者，所述第一散热器、所述第二散热器的内部均设有散热水道，所述第一散热器内的所述散热水道和所述第二散热器内的所述散热水道通过所述连接管并联，所述第一散热器的一端设有进水口、所述第二散热器在远离所述进水口的一端上设有出水口。
第一散热器内部的散热水道与第二散热器内部的散热水道通过位于第一散热器、第二散热器之间的连接管连通，连接管位于两个散热器的两端，构成并联散热水道的散热结构。进水口、出水口分别位于散热器的两侧，冷却液由进水口进入第一散热器内部的散热水道，一部分冷却液顺着此散热水道流动，吸收第一散热器的热量，并通过邻近出水口侧的连接管进入到出水口流出将热量带走；另一部分冷却液通过邻近进水口侧的连接管进入到第二散热器内部的散热水道并顺着此散热水道流动，吸收第二散热器的热量，再进入到出水口流出将热量带走。
在第一方面的一种可能的实现方式中，每个所述功率半导体封装至少包括第一基板、第二基板、至少一个芯片，所述芯片固定在所述第一基板与所述第二基板之间；且所述至少一个芯片与所述第一基板和所述第二基板电连接；使芯片与第一基板、第二基板之间构成电路。
所述散热器与所述第一基板和所述第二基板中的至少一个之间设有所述导热层，用于将功率半导体封装产生的热量传递给散热器。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述芯片包括IGBT芯片和二极管芯片。
或者，所述芯片包括硅(Si)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或者碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述功率半导体封装还包括：至少一个导电衬垫，导电衬垫起到导电以及支撑第一基板、第二基板的作用。
所述导电衬垫位于芯片和所述第一基板之间；且所述导电衬垫的两端分别通过导电连接层与芯片和所述第一基板相连；
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一基板具有相互绝缘的且并列排布的第一导电区域和第二导电区域；
所述第二基板具有相互绝缘的且并列排布的第三导电区域和第四导电区域，所述第一导电区域与所述第三导电区域相对，所述第二导电区域与所述第四导电区域相对，
所述芯片的部分位于所述第一导电区域与所述第三导电区域之间，所述芯片的部分位于所述第二导电区域与所述第四导电区域之间；
且所述第一导电区域与所述第四导电区域导通，或者，所述第二导电区域与所述第三导电区域导通。
这样使第一导电区域与第三导电区域之间通过芯片导通，第二导电区域与第四导电区域通过芯片导通，第一导电区域与第四导电区域导通，使第三导电区域、第一导电区域、第四导电区域、第二导电区域导通。
或者，第二导电区域与第三导电区域导通，使第一导电区域、第三导电区域、第二导电区域、第四导电区域构成电路。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一基板和所述第二基板均为导电板；
且所述第一基板包括：相互绝缘的且并排分布的第一导电板和第二导电板，所述第一导电板上具有所述第一导电区域，所述第二导电板上具有所述第二导电区域；
所述第二基板包括：相互绝缘的且并排分布的第三导电板和第四导电板，所述第三导电板上具有所述第三导电区域，所述第四导电板上具有所述第四导电区域；
且所述散热器与所述导电板之间绝缘设置，避免导电板与散热器导通。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一基板包括第一导电层和第一绝缘板，所述第一导电层位于所述第一绝缘板的朝向所述芯片的一面上；
所述第二基板包括：第二导电层和第二绝缘板，所述第二导电层位于所述第二绝缘板的朝向所述芯片的一面上；
且所述第一导电层至少包括所述第一导电区域和所述第二导电区域，所述第二导电层至少包括所述第三导电区域和所述第四导电区域。
第一绝缘板、第二绝缘板分别用于避免第一导电层、第二导电层与散热器导通。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一基板还包括第一铜层，第一铜层起到保护和导热作用，所述第一铜层位于所述第一绝缘板的朝向所述导热层的一面上，第一铜层用于保护第一绝缘板，防止第一绝缘板碎裂，同时兼具导热功能；
所述第二基板还包括第二铜层，第二铜层起到保护和导热作用，所述第二铜层位 于所述第二绝缘板的朝向导热层的一面上，第二铜层用于保护第二绝缘板，防止第二绝缘板碎裂，同时兼具导热功能；
所述散热器与所述第一铜层和所述第二铜层中的至少一个之间设有所述导热层。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述功率半导体封装还包括接线端子，所述接线端子的一端具有第一端子和第二端子，所述第一端子和所述第二端子中的其中一个与所述第一导电区域电连接，所述第一端子和所述第二端子中的另一个与所述第四导电区域电连接，以使所述第一导电区域与所述第四导电区域导通；
或者，所述第一端子和所述第二端子中的其中一个与所述第二导电区电连接，所述第一端子和所述第二端子中的另一个与所述第三导电区域电连接，以使所述第二导电区域和所述第三导电区域导通；
或者，所述第一端子和所述第二端子均与所述第三导电区域或者均与第四导电区域电连接。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述功率半导体封装还包括：第一电极端子和第二电极端子，所述第一电极端子和所述第二电极端子中的其中一个为正极端子，所述第一电极端子和所述第二电极端子中的另一个为负极端子；
所述第一电极端子和第二电极端子中的其中一个与所述第一导电区域电连接，所述第一电极端子和第二电极端子中的另一个与所述第四导电区域电连接；
或者，所述第一电极端子和第二电极端子中的其中一个与第二导电区域电连接，所述第一电极端子和第二电极端子中的另一个与第三导电区域电连接。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述功率半导体封装还包括：第一导电柱和第二导电柱，所述第一导电柱和所述第二导电柱分别位于所述第一基板和所述第二基板之间；
所述第二基板还具有第五导电区域，且所述第五导电区域与所述第三导电区域和所述第四导电区域均绝缘设置；
所述接线端子的所述第一端子和所述第二端子均与所述第四导电区域电连接，所述第一导电柱的两端分别与所述第一导电区域和所述第四导电区域电连接，所述第二导电柱的两端分别与所述第二导电区域和所述第五导电区域电连接；
所述第一电极端子和第二电极端子中的其中一个与第三导电区域电连接，所述第一电极端子和第二电极端子中的另一个与所述第五导电区域电连接。
通过第一导电柱和第二导电柱使第三导电区域、第一导电区域、第四导电区域、第二导电区域、第五导电区域构成电路，并与第一电极端子、第二电极端子构成导电回路。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述功率半导体封装还包括：封装层，所述第一基板、所述第二基板、所述至少一个芯片位于所述封装层内，通过封装层将第一基板、第二基板、芯片等部件固定密封，使之构成功率半导体封装。且所述封装层与所述第一基板以及所述第二基板中的至少一个相对的至少部分区域为裸露区域，所述第一基板与所述第二基板中的至少一个的朝向所述导热层的一面在所述裸露区域处裸露。这样消除了封装层的阻挡，使基板与导热层之间接触更紧密，有利于热量的传递。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述功率半导体封装还包括：信号端子，所述信号端子的一端位于所述封装层内且与所述芯片电连接，所述信号端子的另一端位于所述封装层外。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述功率半导体封装还包括：绑定线，绑定线的一端与所述芯片键合连接，所述绑定线的另一端与所述信号端子键合连接，从而使芯片与信号端子导通；
或者，所述第二基板的一端设有焊盘，所述绑定线的另一端与所述焊盘键合连接，所述信号端子的一端与焊盘电连接，从而使芯片与信号端子导通；
或者，所述第二基板的一端设有焊盘，所述芯片与所述焊盘电连接，所述信号端子的一端与焊盘电连接，从而使芯片与信号端子导通。
第二方面，本申请实施例提供一种电机驱动器，包括电容和至少一个上述任一功率半导体模组，所述功率半导体模组的电极端子与所述电容电连接。
第三方面，本申请实施例提供一种动力总成，包括电机和与所述电机连接的上述电机驱动器。
第四方面，本申请实施例提供一种车辆，包括车轮、电机以及与所述电机连接的上述电机驱动器，所述电机通过传动组件与所述车轮相连。
第五方面，本申请实施例提供一种功率半导体模组的制造方法，包括：
提供至少一个功率半导体封装和散热器；
在所述功率半导体封装的顶面和/或底面分别设置界面材料，所述界面材料为表面具有金属键合线的导热材料，或者，所述界面材料为可固化硅脂；
将设置有所述界面材料的所述功率半导体封装与所述散热器在预设温度和预设压力下压合预设时间，形成所述功率半导体模组。
在第五方面的一种可能的实现方式中，当所述界面材料为可固化硅脂时，所述将设置有所述界面材料的所述功率半导体封装与所述散热器在预设温度和预设压力下压合预设时间，形成所述功率半导体模组，包括：
将设置有所述界面材料的所述功率半导体封装与所述散热器在第一预设压力、第一预设温度条件下进行第一预设时间的压合预处理；
将预处理后的所述功率半导体封装与所述散热器之间在第二预设压力、第二预设温度条件下进行第二预设时间的固化处理，以使可固化硅脂形成固态导热层。
可固化硅脂为具有粘性的液态材料，在经过预处理、固化处理后可形成具有粘性且稳定的固态导热层，将散热器牢固的与功率半导体封装固定，形成功率半导体模组，降低温度后已固化硅脂不会液化。
在第五方面的一种可能的实现方式中，当界面材料为表面具有金属键合线的导热材料时，所述在所述功率半导体封装的顶面和/或底面分别设置界面材料之前还包括：
对所述功率半导体封装的顶面和/或底面进行去氧化处理；
对所述散热器朝向所述功率半导体封装的一面形成金属镀层，或者对所述散热器朝向所述功率半导体封装的一面进行去氧化处理。
去氧化处理使功率半导体封装的顶面、底面露出金属单质，散热器朝向功率半导体封装的一面形成金属镀层可防止氧化层的产生，以便使金属键合线分别与散热器以 及功率半导体封装表面的金属材料在加热、加压下键合，使得界面材料分别与散热器以及功率半导体封装表面形成具有分子键合力的结合力。
若不在散热器朝向功率半导体封装的一面施加金属镀层，也可对此面同样进行去氧化处理，使其露出金属单质，也能保证金属材料能够在散热器以及功率半导体封装之间形成具有分子键合力或嵌合力的固态导热层。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的功率半导体模组的示意图；
图2为本申请一实施例提供的功率半导体模组的局部剖面爆炸示意图；
图3A为本申请一实施例提供的功率半导体模组中导热层、功率半导体封装、第一散热器以及第二散热器的剖面结构示意图；
图3B为本申请一实施例提供的功率半导体模组中导热层、功率半导体封装、第一散热器以及第二散热器的剖面结构示意图；
图3C为图2所示的功率半导体模组装配后的的剖面示意图；
图4为本申请一实施例提供的功率半导体封装的结构示意图；
图5A为本申请一实施例提供的功率半导体模组的结构示意图；
图5B为沿着图5A中的A-A方向的剖面示意图；
图6为本申请一实施例提供的功率半导体模组的局部剖面爆炸示意图；
图7为图6所示的功率半导体模组装配后的剖面示意图；
图8为本申请一实施例提供的功率半导体模组的局部剖面爆炸示意图；
图9为图8所示的功率半导体模组装配后的的剖面示意图；
图10为本申请一实施例提供的功率半导体模组的局部剖面爆炸示意图；
图11为图10所示的功率半导体模组装配后的的剖面示意图。
图12为本申请一实施例提供的功率半导体封装的制造方法的流程示意图。
附图标记说明：
10-散热器；11-第一散热器；11a、11b-连接管；111-进水口；12-第二散热器；121-出水口；13-连接板；14-散热水道；20-功率半导体封装；21-第一基板；2101-第一导电板；2102-第二导电板；2103-第一导电层；2104-第一绝缘板；2105-第一铜层；2106-第一导电区域；2107-第二导电区域；22-第二基板；2201-第三导电板；2202-第四导电板；2203-第二导电层；2204-第二绝缘板；2205-第二铜层；2206-第三导电区域；2207-第四导电区域；2208-第五导电区域；2209-焊盘；23-IGBT芯片；24-二极管芯片；25-第一导电衬垫；26-第二导电衬垫；27-接线端子；2701-第一端子；2702-第二端子；28-第一电极端子；29-第二电极端子；210-封装层；211-绑定线；212-导电连接层；213-信号端子；214-第一导电柱；215-第二导电柱；30-导热层；31-金属导热片；32-金属键合线；33-导热胶。
具体实施方式
本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释，而非旨在限定本申请。
现有技术中，双面冷却封装的功率半导体模组通常是将功率半导体封装放置在两个散热器之间，两个散热器通过机械结构压紧连接。然而，通过机械结构压紧散热器的不足在于：不易保证功率半导体模组各位置处受力均匀。例如，采用分布在上下两个散热器之间的多个螺栓，将散热器与功率半导体封装组装而成的功率半导体模组进行固定时，靠近螺栓位置的紧固力一般要大于远离螺栓位置的紧固力，位于不同位置的螺栓所施加的紧固力也难以保证相等，并且散热器、功率半导体封装的固定面难以保证完全平整，以及导热界面材料的涂覆厚度本身也可能存在差异，因此，在散热器与功率半导体封装的固定过程中容易产生应力，容易在电机驱动器整机装配过程中导致功率半导体模组损坏。并且，为了避免导热界面材料损耗失效，此类功率半导体模组通常是在电机驱动器整机装配的同时，对功率半导体模组的各部件进行现场组装，这样不仅组装难度大，加工效率低下，而且无法对功率半导体模组进行预先检验，难以判断功率半导体模组在组装过程中是否存在损坏的情况，若电机驱动器整机测试时，功率半导体模组的散热器因损坏而漏水，则电机驱动器整机将面临报废的风险。
基于此，本申请实施例提供一种功率半导体模组、电机驱动器、动力总成以及功率半导体模组的制造方法。本申请提供的功率半导体模组采用表面具有金属键合线的导热材料或采用可固化硅脂，在散热器与功率半导体封装之间形成具有固定功能、且不易脱落的固态导热层，通过固态导热层将功率半导体封装与散热器固定，可使功率半导体模组各部位受力均匀，降低了功率半导体模组在电机驱动器整机装配过程中造成的应力损坏风险。并且能够在电机驱动器整机装配前实现功率半导体封装与散热器的一体化集成加工，以及功率半导体模组的氦气检验，将检验合格的功率半导体模组整体直接用于电机驱动器整机的装配，避免了功率半导体模组在电机驱动器整机装配时的现场组装工作，降低了电机驱动器在整机测试时，由于散热器漏水而导致电机驱动器整机报废的风险，以及电机驱动器整机的装配难度，提升了电机驱动器整机装配的自动化水平和加工速度。以下分别以不同的实施例为例，对功率半导体模组的具体结构进行介绍。
实施例一
参见图1所示，本申请实施例提供一种功率半导体模组，功率半导体模组可以包括至少一个散热器10，例如，图1中包括两个散热器，分别为第一散热器11和第二散热器12，参见图1所示，功率半导体模组还包括：至少一个功率半导体封装20，例如图1中，功率半导体封装20的数量为三个，三个功率半导体封装20沿着图1中的X方向间隔排布在第一散热器11和第二散热器12之间，各个功率半导体封装20的各个端子沿着图1中的Y方向和-Y方向从第一散热器11和第二散热器12之间向外伸出。当然在一些示例中，功率半导体封装20的数量包括但不限于为三个，还可以为两个或三个以上等。
参见图1和图2所示，功率半导体模组还包括：位于散热器10与功率半导体封装 20之间的导热层30(参见图2)，例如，图1所示的功率半导体模组中，参见图3C所示，在Z方向上分别为第二散热器12、导热层30、功率半导体封装20、导热层30和第一散热器11(参见图3C所示)。
需要说明的是，图2为图1所示的功率半导体模组沿着图1中的Y方向剖开的局部爆炸图。
本申请实施例中，导热层30为表面具有金属键合线32(参见图3B)的导热材料，或者，导热层30为可固化硅脂形成的固态导热层，功率半导体封装20和散热器10分别与导热层30之间形成具有分子键合力或嵌合力的结合力，使得功率半导体封装20和散热器10构成功率半导体模组。
通过将导热层30配置为表面具有金属键合线33的导热材料；或者，所述导热层为可固化硅脂形成的固态导热层，这样导热层30的金属键合线32与散热器10以及所述功率半导体封装20之间在加热、加压下实现键合(bond)连接，使得散热器以及所述功率半导体封装与导热层之间形成具有分子键合力的结合力，或者，所述导热层为可固化硅脂形成的固态导热层，可固化硅脂在散热器以及所述功率半导体封装之间固化时形成相互嵌合的固态导热层，这样，功率半导体封装和所述散热器之间呈固态的导热层具有固定功能并且不易脱落，能够使散热器10与功率半导体封装20之间受力均匀，降低功率半导体模组在电机驱动器整机装配过程中因应力产生而导致损坏的风险。同时，可实现功率半导体封装20与散热器10的一体化集成加工以及功率半导体模组的氦气检验，检验合格的功率半导体模组可直接应用于电机驱动器整机的装配，避免了功率半导体模组在电机驱动器整机装配时的现场组装工作，提升了电机驱动器整机装配的自动化水平和加工速度，降低了电机驱动器在整机测试时因散热器漏水而导致电机驱动器整机报废的风险。
本申请实施例中，导热层30具体以表面具有金属键合线32(参见图3A)的导热材料为例进行说明，例如，参见图3A所示，导热层30包括：金属导热片31和设在金属导热片31表面的金属键合线32。参见图3B所示，金属导热片31的上下两表面均设有金属键合线32，其中，金属键合线32在金属导热片31上呈竖向排布，相邻金属键合线32之间可以具有间隙。
其中，当导热层30位于散热器10和功率半导体封装20之间时，为了实现导热层分别与散热器10和功率半导体封装20的固定作用，所以，需要将散热器10和功率半导体封装20在加热和加压条件下进行处理，在加热和加压条件下，金属键合线32会被压紧，并与散热器10和功率半导体封装20表面的铜层或铝层实现键合连接，使得金属键合线32中金属扩散到散热器10和功率半导体封装20表面的铜层或铝层中，这样，导热层30与散热器10和功率半导体封装20之间形成具有分子键合力的结合力，从而使得散热器10和功率半导体封装20在导热层30的作用下实现牢固相连。
本申请实施例中，金属导热片31可以为铜箔、铝箔、银箔或金箔，当然，金属导热片31还可以为其他金属箔片，金属键合线32可以为纳米铜线、纳米铝线、纳米银线或纳米金线。当然，金属键合线32还可以为其他纳米金属线，本申请实施例中，具体以金属导热片31为铜箔，金属键合线32为纳米铜线为例进行说明。
其中，当金属导热片31为铜箔，金属键合线32为纳米铜线时，铜箔和纳米铜线 组成的导热层也被称为纳米铜魔术贴。这样，纳米铜线中的铜向散热器10、以及功率半导体封装20表面扩散，并与散热器10、以及功率半导体封装20表面的铜层或铝层之间形成结合力较强的分子键合力，可将散热器10与功率半导体封装20牢固的固定。另外，铜箔和纳米铜线均具有良好的导热性能，可极大提升功率半导体模组的散热能力。
其中，金属键合线32在金属导热片31上设置时，可以采用纳米铜线生长工艺在金属导热片31上生长形成金属键合线32，例如，本申请实施例中，当金属键合线32为纳米铜线，金属导热片31为铜箔时，可以通过化学气相沉积法，在铜箔的上下两个表面生长形成纳米铜线。
本申请实施例中，当导热层30为表面具有金属键合线32(参见图3A)的导热材料时，往往需要将散热器10和功率半导体封装20置于高温以及施加较大的压力，以使得金属键合线32与散热器10和功率半导体封装20表面的铜层或铝层实现键合连接，从而达到散热器10以及功率半导体封装20与导热层30之间良好的固定作用。
但是高温和较大的压力使得功率半导体模组的装配难度增加，为此，本申请实施例中，为了降低散热器10、功率半导体封装20与导热层30之间结合所需的温度和压力，参见图3B所示，导热层30还包括：导热胶33，导热胶33分布在相邻金属键合线32之间的间隙中。这样，导热胶33有利于将导热层33与散热器10(例如第一散热器11和第二散热器12)以及功率半导体封装20实现紧密粘合，这样，散热器10以及功率半导体封装20与导热层30在加热、加压条件下实现固定时，在导热胶33的作用下，可以在更低温度和更小压力的工艺条件下,即可实现散热器10以及功率半导体封装20与导热层30之间良好的固定作用，所以，通过设置导热胶，降低了散热器10以及功率半导体封装20与导热层30加热、加压处理时的温度和压力，提升了工艺的良率。
需要说明的是，导热胶33可以为胶状或液态状，所以，导热胶33在金属键合线32之间分布时，导热胶33可以与金属导热片31接触，或者，可以如图3B所示，未加热或加压处理时，导热胶33分布在相邻金属键合线32之间，但未与金属导热片21接触，而在导热层30与散热器10以及功率半导体封装20在加热或加压作用下，最终，导热胶30与金属导热片21紧密接触，从而实现热量的快速传导。
本申请实施例中，导热胶33的种类不作限定，只要具有导热作用且可与散热器10以及功率半导体封装20粘合实现固定的胶水均可选用。
本申请实施例中，参见图1所示，散热器10的数量可以为两个，两个散热器10分别为相对的第一散热器11和第二散热器12，功率半导体封装20设置于第一散热器11与第二散热器12之间，功率半导体封装20朝向第一散热器11的一面与第一散热器11之间设有导热层30，以及，功率半导体封装20朝向第二散热器12的一面与第二散热器12之间也设有导热层30。
将功率半导体封装20设置在第一散热器11与第二散热器12之间，形成具备双面冷却结构的功率半导体模组，热量可由功率半导体封装20的上下两个表面双向传递给第一散热器11和第二散热器12。相比单面冷却结构，在同等工艺条件下双面冷却结构的散热能力更强，有助于充分发挥功率半导体芯片性能，提升产品功率密度，降低 产品成本。
当然，在一些示例中，也可以设置一个散热器10，对功率半导体封装20的单面实现冷却。
本申请实施例中，参见图1所示，第一散热器11和第二散热器12的一端通过连接板13相连，第一散热器11和第二散热器12的另一端通过紧固件连接。当然，在一些示例中，第一散热器11和第二散热器12的另一端也可以不用紧固件进行连接。
在其中一种实施方式中，参见图1-图3C所示，第一散热器11、第二散热器12以及连接板13的内部均设有连通的散热水道14，第一散热器11、第二散热器12的另一端分别设有与散热水道14连通的进水口111、出水口121。
第一散热器11内部的散热水道14与第二散热器12内部的散热水道14通过连接板13内部的散热水道(未示出)连通，第一散热器11和第二散热器12内部的散热水道14构成串联散热水道。
参见图1所示，进水口111与出水口121可以位于散热器10的同侧，冷却液由进水口111进入第一散热器11内部的散热水道14，吸收第一散热器11的热量；再通过连接板13内的散热水道流入第二散热器12的散热水道14，吸收第二散热器12的热量，并最终由出水口121流出将热量带走。
需要说明的是，本申请实施例中，进水口111设在第一散热器11上，出水口121设在第二散热器12上，当然，在一些示例中，进水口111也可以设在第二散热器12上，出水口121设在第一散热器11上。此外，进水口111与出水口121的设置位置包括但不限于图1所示的位置。
在其中一种实施方式中，参见图2、图3C所示，每个功率半导体封装20至少包括第一基板21、第二基板22、至少一个芯片。其中，芯片可以包括IGBT芯片23和二极管芯片24，或者，在一些示例中，芯片还可以为硅(Si)金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)或者碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
其中，IGBT芯片23与第一基板21、第二基板22之间构成电路，二极管芯片24与第一基板21、第二基板22之间构成电路，IGBT芯片23与二极管芯片24之间构成并联电路。
本申请实施例中，散热器10与第一基板21和第二基板22中的至少一个之间设有导热层30，导热层30用于将功率半导体封装20产生的热量传递给散热器10。
其中，当芯片为硅金属氧化物半导体场效应晶体管或者碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管时，芯片的设置可参考IGBT芯片23与二极管芯片24的设置方式。
下面描述中主要以芯片包括IGBT芯片23和二极管芯片24为例来进行说明。
在其中一种实施方式中，参见图2-图3C所示，功率半导体封装20还包括至少一个导电衬垫，导电衬垫用于将芯片与第一基板21电连接，例如，参见图2所示，功率半导体封装20包括至少一个第一导电衬垫25和至少一个第二导电衬垫26，导电衬垫起到导电以及支撑第一基板21、第二基板22的作用。
第一导电衬垫25位于IGBT芯片23和第一基板21之间，且第一导电衬垫25的两侧分别通过导电连接层212与IGBT芯片23和第一基板21相连；
第二导电衬垫26位于二极管芯片24和第一基板21之间，且第二导电衬垫26的两侧分别通过导电连接层212与二极管芯片24和第一基板21连接。
本申请实施例中，导电连接层212为具有导电性能的焊料层或烧结层。
在其中一种实施方式中，参见图2-3所示，第一基板21具有相互绝缘的且并列排布的第一导电区域2106和第二导电区域2107；第二基板22具有相互绝缘的且并列排布的第三导电区域2206和第四导电区域2207，第一导电区域2106与第三导电区域2206相对，第二导电区域2107与第四导电区域2207相对。
IGBT芯片23和二极管芯片24的一部分位于第一导电区域2106与第三导电区域2206之间，IGBT芯片23和二极管芯片24的另外一部分位于第二导电区域2107与第四导电区域2207之间。
其中，第一导电区域2106与第三导电区域2206之间通过IGBT芯片23和二极管芯片24导通，第二导电区域2107与第四导电区域2207通过IGBT芯片23和二极管芯片24导通，而为了实现第一导电区域2106、第二导电区域2107、第三导电区域2206和第四导电区域2207导通，所以，第一基板21的第一导电区域2106与第二基板22的第四导电区域2207导通，这样第三导电区域2206、第一导电区域2106、第四导电区域2207、第二导电区域2107导通，其中，IGBT芯片23与二极管芯片24之间为并联。这样，第一基板21中的其中一个导电区域与电极端子的正极电连接，第二基板22中的其中一个导电区域与电极端子的负极电连接后，第三导电区域2206、第一导电区域2106、第四导电区域2207、第二导电区域2107与两个电极端子构成回路，可以同时给多个IGBT芯片和多个二极管芯片24供电。
或者，为了实现第一导电区域2106、第二导电区域2107、第三导电区域2206和第四导电区域2207导通，也可以将第二导电区域2107与第三导电区域2206导通，第一导电区域2106、第三导电区域2206、第二导电区域2107、第四导电区域2207导通。
本申请实施例中，具体是以第一导电区域2106与第四导电区域2207导通为例进行说明，其中，第一导电区域2106与第四导电区域2207之间的导通方式下面进行详细介绍。
在其中一种实施方式中，参见图2-图3C所示，第一基板21包括第一导电层2103和第一绝缘板2104，第一导电层2103位于第一绝缘板2104的朝向IGBT芯片23的一面上。
第二基板22包括：第二导电层2203和第二绝缘板2204，第二导电层2203位于第二绝缘板2204的朝向IGBT芯片23的一面上。
其中，第一导电层2103至少包括第一导电区域2106和第二导电区域2107，第二导电层2203至少包括第三导电区域2206和第四导电区域2207。
第一绝缘板2104、第二绝缘板2204分别用于避免第一导电层2103、第二导电层2203与散热器10导通。
在其中一种实施方式中，参见图2-图3C所示，第一基板21还包括第一铜层2105，第一铜层2105起到保护和导热作用，第一铜层2105位于第一绝缘板2104的朝向导热层30的一面上，例如，参见图3C所示，第一绝缘板2104位于第一铜层2105和第一导电层2103之间，第一铜层2105用于保护第一绝缘板2104，防止第一绝缘板2104 碎裂，同时兼具导热功能。
第二基板22还包括第二铜层2205，第二铜层2205起到保护和导热作用，第二铜层2205位于第二绝缘板的朝向导热层30的一面上，例如，参见图3C所示，第二绝缘板2204位于第二铜层2205和第二导电层2203之间。第二铜层2205用于保护第二绝缘板2204，防止第二绝缘板2204碎裂，同时兼具导热功能。
其中，第二绝缘板2204和第一绝缘板2104可以陶瓷材料，这样第一绝缘板2104、第一铜层2105和第一导电层2103形成的第一基板21，以及第二绝缘板2204、第二铜层2205和第二导电层2203形成的第二基板22均为覆铜陶瓷基板(Direct Bonding Copper，DBC)。
当然，第二绝缘板2204和第一绝缘板2104的材料包括但不限于为陶瓷材料，还可以为其他绝缘材料制成的板材。
散热器10与第一铜层2105和第二铜层2205中的至少一个之间设有导热层30。例如，参见图3C所示，当散热器10的数量为两个时，则其中一个散热器10(例如第一散热器11)与第一铜层2105之间设置导热层30，另一个散热器10(例如第二散热器12)和第二铜层2205之间也设置导热层30。当散热器10的数量为一个时，则散热器10与第一铜层2105之间或散热器10与第二铜层之间设置导热层30。
需要说明的是，设置第一铜层2105和第二铜层2205时，这样当导热层30为纳米铜魔术贴时，这样纳米铜魔术贴表面的纳米铜线中的铜可以向第一铜层2105和/或第二铜层2205扩散，并与第一铜层2105和/或第二铜层2205中的铜形成Cu-Cu金属键的分子键合力，从而使得到导热层30与第一铜层2105和/或第二铜层2205之间的结合力更强，导热层30与第一基板21和/或第二基板22之间不易出现分层而导致导热效果降低的问题。
在其中一种实施方式中，参见图1-4所示，功率半导体封装20还包括接线端子27，接线端子27的一端具有第一端子2701和第二端子2702，第一端子2701和第二端子2702中的其中一个与第一导电区域2106电连接，第一端子2701和第二端子2702中的另一个与第四导电区域2207电连接，这样第一导电区域2106与第四导电区域2207之间通过接线端子27的第一端子2701和第二端子2702导通。
或者，第一端子2701和第二端子2702中的其中一个与第二导电区域2107电连接，第一端子2701和第二端子2702中的另一个与第三导电区域2206电连接，这样第二导电区域2107和第三导电区域2206通过接线端子27的第一端子2701和第二端子2702实现导通。
本申请实施例中，具体以第一端子2701与第一导电区域2106电连接，第二端子2702与第四导电区域2207电连接为例进行说明。
在其中一种实施方式中，参见图2所示，功率半导体封装20还包括第一电极端子28和第二电极端子29，第一电极端子28和第二电极端子29中的其中一个为正极端子，第一电极端子28和第二电极端子29中的另一个为负极端子。
第一电极端子28和第二电极端子29中的其中一个与第一导电区域2106电连接，第一电极端子28和第二电极端子29中的另一个与第四导电区域2207电连接。
或者，第一电极端子28和第二电极端子29中的其中一个与第二导电区域2107 电连接，第一电极端子28和第二电极端子29中的另一个与第三导电区域2206电连接。
本申请实施例中，具体以第一电极端子28为正极端子，且与第三导电区域2206电连接；第二电极端子29为负极端子，且与第二导电区域2107电连接为例进行说明。
在其中一种实施方式中，参见4所示，功率半导体封装20还包括封装层210，第一基板21、第二基板22、至少一个IGBT芯片23、至少一个二极管芯片24位于封装层210内，通过封装层210将第一基板21、第二基板22、IGBT芯片23、二极管芯片24等部件封装为密封的整体结构，使构成的功率半导体封装20中的芯片不易受到水汽或液体的损坏。
其中，导热层30采用纳米铜魔术贴时，为了实现导热层30与功率半导体封装20之间的贴合面产生分子键合力，所以第一基板21和第二基板22朝向导热层30的一面在封装层210处需裸露，使纳米铜魔术贴与第一基板21和第二基板22表面的铜层接触。例如，参见图4所示，封装层210与第一基板21以及第二基板22相对的至少部分区域为裸露区域(例如可以为镂空区域)，这样第一基板21与第二基板22分别朝向导热层30的一面在裸露区域处裸露。这样消除了封装层210的阻挡，使第一基板21和第二基板22分别与导热层30之间直接接触，从而利于热量的传递以及与导热层30紧密结合。
当然，在一些示例中，当散热器10的数量为一个时，可以将封装层210与散热器10相对的一面的至少部分与设置为裸露区域，例如可以将第一基板21相对的封装层210的至少部分区域设置为裸露区域，第一基板21与散热器10之间设置导热层，而封装层210与第二基板22相对的区域为封闭区域。
需要说明的是，图2和图3C示出的功率半导体模组结构为功率半导体模组结构的部分局部结构视图，图2和图3C中未显示封装层210，但是在实际产品中，功率半导体模组的封装层210可以参考图4所示。
本申请实施例中，参见图2所示，第一导电区域2106与第三导电区域2206之间，以及第二导电区域2107与第四导电区域2207之间可以分别具有两个IGBT芯片23和三个二极管芯片24。当然，在一些示例中，IGBT芯片23和二极管芯片24的数量包括但不限于上述个数。
在其中一种实施方式中，参见图1、图2和图4所示，功率半导体封装20还包括信号端子213，信号端子213的一端位于封装层210内且与IGBT芯片23电连接，信号端子213的另一端位于封装层210外(参见图4所示)。
在其中一种实施方式中，参见图2和图3C所示，功率半导体封装20还包括绑定线211，绑定线211例如可以为导线。第二基板22的一端设有焊盘2209，绑定线211的一端与焊盘2209之间通过键合方式实现电连接，绑定线211的另一端与IGBT芯片23之间也可以通过键合方式电连接，信号端子213的一端与焊盘2209电连接，从而使IGBT芯片23与信号端子213导通。
需要说明的是，键合方式为现有的一种将金属线与焊盘之间连接的方式，具体为将金属线利用热、压力或超声波能量使得金属线与焊盘紧密焊合。当然在一些其他示例中，绑定线211的两端与焊盘2209和IGBT芯片23之间也可以采用其他方式电连接，例如通过导电胶水或者熔接方式进行连接。
需要说明的是，参见图3C所示，焊盘2209与第二基板22的第二导电层2203之间间隔开设置，这样确保焊盘2209与第二基板22的第二导电层2203之间相互绝缘。
实施例二
图5A为本申请一实施例提供的功率半导体模组的另一种结构示意图。
本申请实施例与实施例一的区别在于：本申请实施例中，参见图5A所示，第一散热器11和第二散热器12的两端通过连接管相连，例如，参见图5B所示，第一散热器11的一端通过连接管11b与第二散热器12的一端连通，第一散热器11的另一端通过连接管11a与第二散热器12的一端连通。第一散热器11、第二散热器12的内部均设有散热水道14(参见图6)，第一散热器11、第二散热器12中的散热水道14通过连接管11a和连接管11b实现并联，第一散热器11的一端设有进水口111、第二散热器12在远离进水口111的一端上设有出水口121。
冷却时，参见图5B中的箭头所示，冷却液由进水口111进入第一散热器11内部的散热水道14(参见图6所示)，一部分冷却液顺着此沿着图5B中的实线箭头在第一散热器11的散热水道14流动，吸收第一散热器11的热量，并通过邻近出水口121侧的连接管11a进入到出水口121流出将热量带走；另一部分冷却液沿着图5B中的虚线箭头通过邻近进水口111侧的连接管11b进入到第二散热器12内部的散热水道14并沿着第二散热器的散热水道14(参见图6所示)流动，吸收第二散热器12的热量，再进入到出水口121流出将热量带走。
这样第一散热器11内的冷却液对功率半导体封装20的其中一面冷却后从出水口121排出，进水口111进入的部分冷却液直接进入第二散热器12内对功率半导体封装20的另一面冷却，通过连接管11b和连接管11a实现了两个散热器中的散热水道14并联设置，这样实现了对功率半导体封装20两面良好的散热效果，确保了功率半导体模组具有良好的散热能力。
实施例三
图6为本申请一实施例提供的功率半导体模组的另一结构示意图，图7为图6中示出的功率半导体模组装配后的剖面结构示意图。
本申请实施例与上述实施例的区别在于：上述实施例中，IGBT芯片23、二极管芯片24采用正装方式装配，即IGBT芯片23、二极管芯片24的正面朝上，而本申请实施例中，参见图6-图7所示，IGBT芯片23、二极管芯片24采用倒装方式进行装配，即IGBT芯片23、二极管芯片24的正面朝下，其中，第二基板22的一端设有焊盘2209，参见图7所示，IGBT芯片23与焊盘2209电连接(例如采用焊接方式电连接)，即IGBT芯片23与焊盘2209之间未采用绑定线211(参见图2所示)实现电连接。信号端子213的一端与焊盘2209电连接，最终实现IGBT芯片23与信号端子213导通。
本申请实施例中，焊盘2209与第二基板22的第二导电层2203之间隔开设置，确保焊盘2209与第二基板22的第二导电层2203之间相互绝缘设置。
其中，IGBT芯片23、二极管芯片24与第一导电衬垫25、第二导电衬垫26之间的连接方式，以及其他结构均与上述实施例一样，具体可以参考上述实施例，本实施 例不再赘述。
实施例四
图8为本申请一实施例提供的功率半导体模组的另一结构示意图，图9示出了图8中的各个部分装配后的结构示意图。
本申请实施例与上述实施例的区别在于：本申请实施例中，参见图8-图9所示，功率半导体封装20还包括：第一导电柱214和第二导电柱215，第一导电柱214和第二导电柱215分别位于第一基板21和第二基板22之间。
第二基板22还具有第五导电区域2208，参见图8和图9所示，第五导电区域2208与第三导电区域2206和第四导电区域2207均间隔开设置，确保第五导电区域2208与第三导电区域2206和第四导电区域2207之间相互绝缘设置。
接线端子27的第一端子2701和第二端子2702均与第四导电区域2207电连接，第一导电柱214的两端分别与第四导电区域2207和第一导电区域2106电连接，第二导电柱215的两端分别与第二导电区域2107和第五导电区域2208电连接。这样，第一导电区域2106、第二导电区域2107、第三导电区域2206、第四导电区域2207以及第五导电区域2208通过第一导电柱214和第二导电柱215导通。
第一电极端子28和第二电极端子29中的其中一个与第三导电区域2206电连接，第一电极端子28和第二电极端子29中的另一个与第五导电区域2208电连接，例如图8中，第一电极端子28第三导电区域2206电连接，第二电极端子29与第五导电区域2208电连接。
通过第一导电柱214和第二导电柱215使第三导电区域2206、第一导电区域2106、第四导电区域2207、第二导电区域2107、第五导电区域2208导通，并与第一电极端子28、第二电极端子29构成导电回路。
本申请实施例中，其他结构可以参考上述实施例的连接方式，本申请实施例中不再赘述。
实施例五
图10为本申请一实施例提供的功率半导体模组的另一种结构示意图，图11示出了图10中的各个部分装配后的结构示意图。
本申请实施例与上述实施例的区别在于：本申请实施例中，参见图10所示，第一基板21和第二基板22均为导电板，例如，第一基板21和第二基板22可以为铜板。当然，第一基板21和第二基板22也可为其他导电、导热性能较好的金属材料制成的金属导电板。
第一基板21包括：相互绝缘的且并排分布的第一导电板2101和第二导电板2102，第一导电板2101上具有第一导电区域2106，第二导电板2102上具有第二导电区域2107。
第二基板22包括：相互绝缘的且并排分布的第三导电板2201和第四导电板2202，第三导电板2201上具有第三导电区域2206，第四导电板2202上具有第四导电区域2207。
其中，当第一基板21和第二基板22为导电板时，散热器10与第一基板21和/或与第二基板22之间绝缘设置，避免导电板与散热器10导通。
本申请实施例中，为了实现散热器10(例如第一散热器11、第二散热器12)与第一基板21和/或与第二基板22之间绝缘设置，所以，导热层30选用可固化硅脂形成的固态导热层，可固化硅脂为具有粘性的液态材料，在经过预处理、固化处理后可形成具有粘性且稳定的固态导热层，将散热器10牢固的与功率半导体封装20固定，另外，由于硅脂为绝缘材料，所以导热层30起到将第一散热器11、第二散热器12与第一基板21、第二基板22绝缘的作用。
需要说明的是，现有技术中的导热层往往采用硅脂，硅脂与散热器10以及功率半导体封装20之间粘合形成功率半导体模组时，功率半导体模组中的硅脂为非固态状(例如液体或凝胶状)，而本申请实施例中，可固化硅脂具体由硅脂和位于硅脂表面的高分子膜层或者含有高分子材料的液态材料组成，其中，高分子膜层或高分子液体材料中具有可与硅脂发生化学反应而达到固化目的的高分子材料，即，高分子材料为与硅脂发生反应达到固化作用的材料。这样，当可固化硅脂置于散热器10和功率半导体封装20之间后，在加热或加压作用下，高分子膜层中的高分子材料向硅脂中扩散，并与硅脂发生化学反应，使得硅脂达到固化目的。
其中，当导热层30为可固化硅脂形成的固态导热层时，可固化硅脂设置在功率半导体封装20以及与散热器10之间后，可固化硅脂中呈液态状的硅脂会填充在功率半导体封装20以及与散热器10表面细微的凹凸不平的凹坑结构中，这样可固化硅脂固化后，导热层30与功率半导体封装20以及与散热器10(例如第一散热器11或第二散热器12)之间形成相互咬合的嵌合力，从而确保了导热层30与功率半导体封装20以及与散热器10之间牢固且紧密的结合，从而利于热量的快速传导，实现对功率半导体模组的及时散热。
需要说明的是，在一些示例中，也可以将功率半导体封装20和散热器10分别与导热层30接触的一面进行粗糙化处理，从而进一步增强导热层30与功率半导体封装20以及与散热器10之间的嵌合力。
其中，本申请实施例中，由于第二基板22为导电板，所以第二基板22表面不设置焊盘2209，IGBT芯片23与信号端子213通过绑定线211导通，例如，绑定线211的一端与信号端子213通过键合方式电连接，绑定线211的另一端与IGBT芯片23通过键合方式电连接(参见图11所示)，这样IGBT芯片23与信号端子213导通。
实施例六
本申请实施例还提供一种电机驱动器，包括电容和至少一个与电容相连的以上任一实施例中的功率半导体模组。其中，电容具体与功率半导体模组中的第一电极端子28和第二电极端子29电连接。本申请实施例中，功率半导体模组的结构和工作原理可以参考上述实施例的描述，本申请实施例中不再赘述。
本申请实施例提供的电机驱动器，通过包括上述功率半导体模组，降低了功率半导体模组在电机驱动器整机装配过程中造成的应力损坏风险。能够在电机驱动器整机装配前实现功率半导体封装与散热器的一体化集成加工，以及功率半导体模组的氦气 检验，这样可以将散热器漏气的不良产品提前筛选出来，而现有技术中往往将功能半导体封装、散热器先安装到电机驱动器整机中，然后将电机驱动器整机进行氦气检测，这样导致若散热器出现漏气时电机驱动器整机报废，大大增加成本，而本申请实施例中，可以提前对功率半导体模组先进行氦气检测，这样若散热器出现漏气，则只需将功率半导体模组进行替换，不会造成电机驱动器整机报废，所以本申请实施例中，提高了整机二次加工良率。
实施例七
本申请实施例还提供一种动力总成，包括电机和与电机连接的实施例六中的电机驱动器，其中，电机驱动器中的功率半导体模组的结构和工作原理可以参考上述实施例的描述，本申请实施例中不再赘述。
本申请实施例提供的动力总成，通过包括上述功率半导体模组，降低了功率半导体模组在电机驱动器整机装配过程中造成的应力损坏风险。能够在电机驱动器整机装配前实现功率半导体封装与散热器的一体化集成加工，以及功率半导体模组的氦气检验，避免了电机驱动器在整机测试时因散热器漏水而导致电机驱动器整机报废的风险。
实施例八
本申请实施例还提供一种车辆，包括车轮、电机以及与电机连接的实施例六中的电机驱动器，电机通过传动组件与车轮相连。
本申请实施例中，车辆可以为电动车/电动汽车(EV)、纯电动汽车(PEV/BEV)、混合动力汽车(HEV)、增程式电动汽车(REEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)、新能源汽车(New Energy Vehicle)等。
其中，电机驱动器中的功率半导体模组的结构和工作原理可以参考上述实施例的描述，本申请实施例中不再赘述。
本申请实施例提供的车辆，通过包括上述功率半导体模组，降低了功率半导体模组在电机驱动器整机装配过程中造成的应力损坏风险。能够在电机驱动器整机装配前实现功率半导体封装与散热器的一体化集成加工，以及功率半导体模组的氦气检验，避免了电机驱动器在整机测试时因散热器漏水而导致电机驱动器整机报废的风险。
实施例九
参见图12所示，本申请实施例还提供了一种功率半导体模组的制造方法，包括如下步骤：
S101：提供至少一个功率半导体封装和散热器；
S102：在功率半导体封装的顶面和/或底面分别设置界面材料；
例如，参见图4所示，可以在功率半导体封装20的顶面界面材料，界面材料可以为表面具有金属键合线的导热材料，或者，界面材料可以为可固化硅脂；这样功率半导体封装20的顶面与散热器10通过界面材料组成整体结构；或者，可以在功率半导体封装20的底面设置界面材料，这样功率半导体封装20的底面与散热器10通过界面材料组成整体结构；或者，可以在功率半导体封装20的顶面和底面分别设置界面材料， 这样功率半导体封装20的顶面和底面分别与散热器10(例如图1中的第一散热器11和第二散热器12)通过界面材料组成整体结构。
S103：将设置有界面材料的功率半导体封装20与散热器10在预设温度和预设压力下压合预设时间，形成功率半导体模组，其中，界面材料在功率半导体封装20与散热器10之间形成呈固态的导热层，其中：
当界面材料为可固化硅脂时，将设置有界面材料的功率半导体封装20与散热器10在预设温度和预设压力下压合预设时间，形成功率半导体模组包括：
将设置有界面材料的功率半导体封装20与散热器10在第一预设压力、第一预设温度的条件下进行第一预设时间的压合预处理；其中，第一预设压力可以为1MPa-3MPa，第一预设温度可以为110℃-130℃，第一预设时间可以为15分钟-25分钟。
将预处理后的功率半导体封装20与散热器10之间在第二预设压力、第二预设温度的条件下进行第二预设时间的固化处理，以使可固化硅脂形成分别与散热器10和功率半导体封装20结合的固态导热层。其中，第二预设压力可以为4MPa-8MPa，第二预设温度可以为170℃-190℃，第二预设时间可以为110分钟-130分钟。
可固化硅脂在经过预处理、固化处理后可形成具有粘性且稳定的固态导热层，将散热器10牢固的与功率半导体封装20固定，形成功率半导体模组。
当界面材料为表面具有金属键合线的导热材料时，在功率半导体封装20的顶面和底面分别设置界面材料之前还包括：
对功率半导体封装20的顶面和/或底面进行去氧化处理；
对散热器10朝向功率半导体封装20的一面形成金属镀层，或者对散热器10朝向功率半导体封装20的一面进行去氧化处理。
去氧化处理使功率半导体封装20的顶面、底面露出金属单质，散热器10朝向功率半导体封装20的一面形成金属镀层可防止氧化层的产生，以便使金属材料能够在散热器10以及功率半导体封装20之间形成具有分子键合力的固态导热层。
若不在散热器10朝向功率半导体封装20的一面施加金属镀层，也可对此面同样进行去氧化处理，使其露出金属单质，也能保证金属材料能够在散热器10以及功率半导体封装20之间形成具有分子键合力的固态导热层。
在本申请实施例的描述中，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”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者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申请实施例中的具体含义。
本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

Claims (26)

  1. 一种功率半导体模组，其特征在于：包括至少一个散热器和至少一个功率半导体封装；
    还包括：导热层，所述导热层位于所述散热器与所述功率半导体封装之间，所述导热层为表面具有金属键合线的导热材料或者由可固化硅脂形成的固态导热层；
    且所述功率半导体封装和所述散热器均与所述导热层结合以构成所述功率半导体模组。
  2. 根据权利要求1所述的功率半导体模组，其特征在于：所述导热层包括：金属导热片和设在所述金属导热片表面的所述金属键合线。
  3. 根据权利要求1或2所述的功率半导体模组，其特征在于：所述金属导热片为铜箔、铝箔、银箔或金箔，所述金属键合线为纳米铜线、纳米铝线、纳米银线或纳米金线。
  4. 根据权利要求1-3任一所述的功率半导体模组，其特征在于：所述导热层还包括：导热胶，所述导热胶分布在相邻所述金属键合线之间的间隙中。
  5. 根据权利要求1-4任一所述的功率半导体模组，其特征在于：所述散热器的数量为两个，两个所述散热器分别为相对的第一散热器和第二散热器，所述功率半导体封装设置于所述第一散热器与所述第二散热器之间，且所述功率半导体封装与所述第一散热器和所述第二散热器之间均设有所述导热层。
  6. 根据权利要求5所述的功率半导体模组，其特征在于：所述第一散热器和所述第二散热器的一端通过连接板相连，所述第一散热器和所述第二散热器的另一端通过紧固件连接；
    或者，所述第一散热器和所述第二散热器的两端通过连接管相连。
  7. 根据权利要求6所述的功率半导体模组，其特征在于：所述第一散热器、所述第二散热器的内部均设有散热水道，所述第一散热器内的所述散热水道和所述第二散热器内的所述散热水道通过所述连接板串联，所述第一散热器、所述第二散热器的另一端分别设有与所述散热水道连通的进水口、出水口；
    或者，所述第一散热器、所述第二散热器的内部均设有散热水道，所述第一散热器内的所述散热水道和所述第二散热器内的所述散热水道通过所述连接管并联，所述第一散热器的一端设有进水口、所述第二散热器在远离所述进水口的一端上设有出水口。
  8. 根据权利要求1-7任一所述的功率半导体模组，其特征在于：每个所述功率半导体封装至少包括第一基板、第二基板、至少一个芯片，所述芯片固定在所述第一基板与所述第二基板之间；
    且所述至少一个芯片与所述第一基板和所述第二基板电连接；
    所述散热器与所述第一基板和所述第二基板中的至少一个之间设有所述导热层。
  9. 根据权利要求8所述的功率半导体模组，其特征在于：所述芯片包括绝缘栅双极型晶体管芯片和二极管芯片；
    或者，所述芯片包括硅金属氧化物半导体场效应晶体管或者碳化硅金属氧化物半 导体场效应晶体管。
  10. 根据权利要求9所述的功率半导体模组，其特征在于，所述功率半导体封装还包括：至少一个导电衬垫，所述导电衬垫位于所述芯片和所述第一基板之间；
    且所述导电衬垫的两端分别通过导电连接层与所述芯片和所述第一基板相连。
  11. 根据权利要求10所述的功率半导体模组，其特征在于：所述第一基板具有相互绝缘的且并列排布的第一导电区域和第二导电区域；
    所述第二基板具有相互绝缘的且并列排布的第三导电区域和第四导电区域，所述第一导电区域与所述第三导电区域相对，所述第二导电区域与所述第四导电区域相对，
    所述芯片的部分位于所述第一导电区域与所述第三导电区域之间，所述芯片的部分位于所述第二导电区域与所述第四导电区域之间；
    且所述第一导电区域与所述第四导电区域导通，或者，所述第二导电区域与所述第三导电区域导通。
  12. 根据权利要求11所述的功率半导体模组，其特征在于：所述第一基板和所述第二基板均为导电板；
    且所述第一基板包括：相互绝缘的且并排分布的第一导电板和第二导电板，所述第一导电板上具有所述第一导电区域，所述第二导电板上具有所述第二导电区域；
    所述第二基板包括：相互绝缘的且并排分布的第三导电板和第四导电板，所述第三导电板上具有所述第三导电区域，所述第四导电板上具有所述第四导电区域；
    且所述散热器与所述导电板之间绝缘设置。
  13. 根据权利要求11所述的功率半导体模组，其特征在于：所述第一基板包括第一导电层和第一绝缘板，所述第一导电层位于所述第一绝缘板的朝向所述芯片的一面上；
    所述第二基板包括：第二导电层和第二绝缘板，所述第二导电层位于所述第二绝缘板的朝向所述芯片的一面上；
    且所述第一导电层至少包括所述第一导电区域和所述第二导电区域，所述第二导电层至少包括所述第三导电区域和所述第四导电区域。
  14. 根据权利要求13所述的功率半导体模组，其特征在于：所述第一基板还包括第一铜层，所述第一铜层位于所述第一绝缘板的朝向所述导热层的一面上；
    所述第二基板还包括第二铜层，所述第二铜层位于所述第二绝缘板的朝向导热层的一面上，所述散热器与所述第一铜层和所述第二铜层中的至少一个之间设有所述导热层。
  15. 根据权利要求11-14任一所述的功率半导体模组，其特征在于：所述功率半导体封装还包括接线端子，所述接线端子的一端具有第一端子和第二端子，所述第一端子和所述第二端子中的其中一个与所述第一导电区域电连接，所述第一端子和所述第二端子中的另一个与所述第四导电区域电连接，以使所述第一导电区域与所述第四导电区域导通；
    或者，所述第一端子和所述第二端子中的其中一个与所述第二导电区电连接，所述第一端子和所述第二端子中的另一个与所述第三导电区域电连接，以使所述第二导电区域和所述第三导电区域导通；
    或者，所述第一端子和所述第二端子均与所述第三导电区域或者均与第四导电区域电连接。
  16. 根据权利要求15所述的功率半导体模组，其特征在于，所述功率半导体封装还包括：第一电极端子和第二电极端子，所述第一电极端子和所述第二电极端子中的其中一个为正极端子，所述第一电极端子和所述第二电极端子中的另一个为负极端子；
    所述第一电极端子和第二电极端子中的其中一个与所述第一导电区域电连接，所述第一电极端子和第二电极端子中的另一个与所述第四导电区域电连接；
    或者，所述第一电极端子和第二电极端子中的其中一个与第二导电区域电连接，所述第一电极端子和第二电极端子中的另一个与第三导电区域电连接。
  17. 根据权利要求16所述的功率半导体模组，其特征在于，所述功率半导体封装还包括：第一导电柱和第二导电柱，所述第一导电柱和所述第二导电柱分别位于所述第一基板和所述第二基板之间；
    所述第二基板还具有第五导电区域，且所述第五导电区域与所述第三导电区域和所述第四导电区域均绝缘设置；
    所述接线端子的所述第一端子和所述第二端子均与所述第四导电区域电连接，所述第一导电柱的两端分别与所述第一导电区域和所述第四导电区域电连接，所述第二导电柱的两端分别与所述第二导电区域和所述第五导电区域电连接；
    所述第一电极端子和第二电极端子中的其中一个与第三导电区域电连接，所述第一电极端子和第二电极端子中的另一个与所述第五导电区域电连接。
  18. 根据权利要求10-17任一所述的功率半导体模组，其特征在于：
    所述功率半导体封装还包括：封装层，所述第一基板、所述第二基板、所述至少一个芯片位于所述封装层内；
    且所述封装层与所述第一基板以及所述第二基板中的至少一个相对的至少部分区域为裸露区域，所述第一基板与所述第二基板中的至少一个的朝向所述导热层的一面在所述裸露区域处裸露。
  19. 根据权利要求18所述的功率半导体模组，其特征在于，所述功率半导体封装还包括：信号端子，所述信号端子的一端位于所述封装层内且与所述芯片电连接，所述信号端子的另一端位于所述封装层外。
  20. 根据权利要求19所述的功率半导体模组，其特征在于，所述功率半导体封装还包括：绑定线，所述绑定线的一端与所述芯片电连接，所述绑定线的另一端与所述信号端子电连接；
    或者，所述第二基板的一端设有焊盘，所述绑定线的另一端与所述焊盘电连接，所述信号端子的一端与焊盘电连接；
    或者，所述第二基板的一端设有焊盘，所述芯片与所述焊盘电连接，所述信号端子的一端与焊盘电连接。
  21. 一种电机驱动器，其特征在于：包括电容和至少一个如权利要求1-20任一所述的功率半导体模组，所述功率半导体模组的电极端子与所述电容电连接。
  22. 一种动力总成，其特征在于：包括电机和与所述电机连接的如权利要求21所述的电机驱动器。
  23. 一种车辆，其特征在于：包括车轮、电机以及与所述电机连接的上述权利要求21所述的电机驱动器，所述电机通过传动组件与所述车轮相连。
  24. 一种功率半导体模组的制造方法，其特征在于：所述方法包括：
    提供至少一个功率半导体封装和散热器；
    在所述功率半导体封装的顶面和/或底面分别设置界面材料，所述界面材料为表面具有金属键合线的导热材料，或者，所述界面材料为可固化硅脂；
    将设置有所述界面材料的所述功率半导体封装与所述散热器在预设温度和预设压力下压合预设时间，形成所述功率半导体模组。
  25. 根据权利要求24所述的功率半导体模组的制造方法，其特征在于，当所述界面材料为可固化硅脂时，所述将设置有所述界面材料的所述功率半导体封装与所述散热器在预设温度和预设压力下压合预设时间，形成所述功率半导体模组，包括：
    将设置有所述界面材料的所述功率半导体封装与所述散热器在第一预设压力、第一预设温度条件下进行第一预设时间的压合预处理；
    将预处理后的所述功率半导体封装与所述散热器之间在第二预设压力、第二预设温度条件下进行第二预设时间的固化处理，以使可固化硅脂形成固态导热层。
  26. 根据权利要求24或25所述的功率半导体模组的制造方法，其特征在于，当所述界面材料为表面具有金属键合线的导热材料时，所述在所述功率半导体封装的顶面和/或底面分别设置界面材料之前还包括：
    对所述功率半导体封装的顶面和/或底面进行去氧化处理；
    对所述散热器朝向所述功率半导体封装的一面形成金属镀层，或者对所述散热器朝向所述功率半导体封装的一面进行去氧化处理。
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