CN117038601A - 一种三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块 - Google Patents

一种三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电源封装技术领域，公开了一种三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其包括硅体、多个金属柱、上金属板、上钼片、上芯片组件、下金属板、下钼片以及下芯片组件；金属柱沿竖直方向延伸，金属柱位于硅体内；上金属板铺设在硅体的上表面，上金属板与金属柱的顶端电相连且热传导；上钼片焊接于上金属板的上表面；上芯片组件焊接于上钼片；下金属板铺设在硅体的下表面，下金属板与金属柱的底端电相连且热传导；下钼片焊接于下金属板的下表面；下芯片组件焊接于下钼片，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块在工作时，上芯片组件和下芯片组件可以快速将热量传递到硅体，硅体可以迅速排走热量。

Description

一种三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块
技术领域
本发明涉及电源封装技术领域，特别是涉及一种三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块。
背景技术
目前广泛应用的电源封装技术是使用铝线连接器件顶端端子，这种方式生产出来的电源装置通常为单面散热，散热效果差，且使用铝线连接容易导致寄生电感较大，再者电损耗大，功率密度低。
而对于倒装IGBT芯片双面散热封装技术来说，虽然该方式使用双面散热结构，且通过用焊接端子方式引出电极来代替传统打线式连接，但芯片布局仍为平面结构，散热效果不理想，功率密度不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其包括硅体、多个金属柱、上金属板、上钼片、上芯片组件、下金属板、下钼片以及下芯片组件；所述金属柱沿竖直方向延伸，所述金属柱位于所述硅体内；所述上金属板铺设在所述硅体的上表面，所述上金属板与所述金属柱的顶端电相连且热传导；所述上钼片焊接于所述上金属板的上表面；所述上芯片组件焊接于所述上钼片；所述下金属板铺设在所述硅体的下表面，所述下金属板与所述金属柱的底端电相连且热传导；所述下钼片焊接于所述下金属板的下表面；所述下芯片组件焊接于所述下钼片。
进一步地，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括第一端子，所述第一端子焊接于所述上金属板，所述上芯片组件包括第一芯片，所述第一端子与所述第一芯片的栅极电连接。
进一步地，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括上衬板，所述上衬板于所述上芯片组件的上表面相连。
进一步地，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括第二端子，所述第二端子焊接于所述上金属板，所述下芯片组件包括第二芯片，所述第二端子通过金属柱与所述第二芯片的栅极电连接。
进一步地，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括第三端子，所述第三端子焊接于所述上衬板，所述上芯片组件包括第三芯片，所述第三端子与所述第三芯片的集电极电连接，所述第三端子通过所述金属柱与所述第二芯片的发射极电连接。
进一步地，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括上基板，所述上基板位于所述上衬板上方，所述上基板与所述上衬板热传导。
进一步地，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括液管，所述硅体开设有多条液冷管道，所述液冷管道沿水平方向延伸，所述上基板设有多个通孔，所述液管分别与所述液冷管道和所述通孔相连通。
进一步地，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括下衬板，所述下衬板于所述下芯片组件的上表面相连。
进一步地，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括下基板，所述下基板位于所述下衬板下方，所述下基板与所述下衬板热传导。
进一步地，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括钼柱，所述钼柱的顶端与所述上衬板相连且热传导，所述钼柱的底端与所述下衬板相连且热传导。
本发明实施例一种三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块与现有技术相比，其有益效果在于：通过在硅体中设置金属柱，在硅体的上表面和下表面分别设置上金属板和下金属板，利用金属柱传递上金属板和下金属板之间的热量，且由于硅体由硅材质制成，硅材质本身具有良好的导热性，使得三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块在工作时，上芯片组件和下芯片组件可以快速将热量传递到硅体，硅体可以迅速排走热量，使得三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块整体热量更加均匀，极大的提高了三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块的热管理能力，且整体结构更密集，功率密度更高。
附图说明
图1是本发明一种实施例的平面示意图；
图2是图1中A-A的剖视图；
图3是图2中A部分的放大图；
图4是图2中B部分的放大图；
图5是本发明一种实施例的立体示意图；
图6是本发明一种实施例的剖视图。
图中，1、上基板；2、液管；3、硅体；301、金属柱；302、液冷管道；303、上金属板；304、下金属板；4、下基板；5、下硅脂；6、下衬板；7、第一钼柱；8、上衬板；9、上硅脂；10、第二钼柱；11、第三芯片；12、上钼片；13、下钼片；14、第二芯片；15、焊料；16、第四端子；17、第一端子；18、第二端子；19、第三端子；20、第五端子；21：第四芯片；22：第一芯片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-4所示，本发明实施例优选实施例的一种三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其包括硅体3、多个金属柱301、上金属板303、上钼片12、上芯片组件、下金属板304、下钼片13以及下芯片组件，所述上芯片组件和所述下芯片组件可以通过所述金属柱301导热，上金属板303或下金属板304可以通过金属柱301传输电信号。
如图1-3所示，所述金属柱301沿竖直方向延伸，所述金属柱301位于所述硅体3内，且所属金属柱301贯穿所述硅体3，其中，金属柱301之间相互间隔，相邻的两个金属柱301之间不直接连接。所述上金属板303铺设在所述硅体3的上表面，所述上金属板303为铜板，其中上金属板303至少为两个，每个上金属板303至少与一个金属柱301相接触，相邻两个上金属板303之间不电连接，所述上金属板303与所述金属柱301的顶端电相连且热传导。
如图1-3所示，所述上钼片12通过焊料15焊接于所述上金属板303的上表面，其中上钼片12至少为两个，所述上钼片12与上金属板303一一对应，相邻两个上钼片12之间不电连接，所述上钼片12与所述上金属板303导电且热传导。所述上芯片组件通过焊料15焊接于所述上钼片12，所述上芯片组件可以通过上钼片12向上金属板303传递热量。
如图1-4所示，所述下金属板304铺设在所述硅体3的下表面，所述下金属板304为铜板，其中下金属板304至少为两个，每个下金属板304至少与一个金属柱301相接触，相邻两个下金属板304之间不电连接，所述下金属板304与所述金属柱301的底端电相连且热传导。所述下钼片13焊接于所述下金属板304的下表面，其中下钼片13至少为两个，所述下钼片13与下金属板304一一对应，相邻两个下钼片13之间不电连接，所述下钼片13与所述下金属板304导电且热传导。所述下芯片组件通过焊料15焊接于所述下钼片13，所述下芯片组件可以通过下钼片13向下金属板304传递热量。
本发明在硅体3中设置金属柱301，在硅体3的上表面和下表面分别设置上金属板303和下金属板304，利用金属柱301传递上金属板303和下金属板304之间的热量，且由于硅体3由硅材质制成，硅材质本身具有良好的导热性，使得三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块在工作时，上芯片组件和下芯片组件可以快速将热量传递到硅体3，硅体3可以迅速排走热量，使得三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块整体热量更加均匀，极大的提高了三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块的热管理能力，且整体结构更密集，功率密度更高。
如图1-6所示，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括第一端子17，所述第一端子17焊接于所述上金属板303，所述上芯片组件包括第一芯片22，所述第一芯片22为IGBT芯片，所述第一端子17与所述第一芯片22的栅极电连接，其中所述第一端子17可以通过铜片与所述第一芯片22的栅极电连接，所述第一端子17也可以通过导线与所述第一芯片22的栅极电连接，所述第一端子17也可以通过直接与所述第一芯片22的栅极焊接在一起。三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括上衬板8，所述上衬板8于所述上芯片组件的上表面相连，所述上衬板8为陶瓷板，陶瓷板上有铜制的印刷电路，上衬板8可以对上芯片组件进行保护。
如图2-6所示，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括第二端子18，所述第二端子18焊接于其中一个上金属板303，所述下芯片组件包括第二芯片14和第四芯片21，所述第二芯片14为IGBT芯片，第四芯片2121为FWD芯片，第二芯片14的栅极与其中一个下金属板304电连接，所述第二端子18通过金属柱301与所述第二芯片14的栅极电连接，电信号可以从第二端子18传递到上金属板303，再从上金属板303传递到金属柱301，接着从金属柱301传递到下金属片，最后从下金属片传递到第二芯片14的栅极，金属柱301既可以用于导热，也可以用于传递电信号，相对利用铝线传递芯片的电信号来说，可以节省更多的空间，结构更加紧凑，散热更好。
如图2-6所示，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括第三端子19，所述第三端子19焊接于所述上衬板8上的印刷电路，所述上芯片组件包括第三芯片11，第三芯片11为FWD芯片，所述第三端子19与所述第三芯片11的集电极电连接，第三端子19的电信号可以从上衬板8传递到上金属板303，再从上金属板303传递到第三芯片11的集电极；所述第三端子19通过所述金属柱301与所述第二芯片14的发射极电连接，第三端子19的电信号可以从上衬板8传递到上金属板303，再从上金属板303传递到其中一个金属柱301，从金属柱301传递到所述第二芯片14的发射极，金属柱301和上金属板303既可以用于导热，也可以用于传递电信号，硅体3上下两面都可以设置芯片，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块的结构可以设计得更加紧凑，且还不会影响散热效果。
如图1-2所示，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括上基板1，所述上基板1位于所述上衬板8上方，所述上衬板8的上表面涂布散热用的上硅脂9，所述上基板1通过上硅脂9与所述上衬板8热传导，上基板1采用导热材料制成，上芯片组件可以通过上基板1进行散热。
如图1-5所示，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括多条液管2，所述硅体3开设有多条液冷管道302，液冷管道302用于输送冷却液，所述液冷管道302沿水平方向延伸，所述上基板1设有多个通孔，所述液管2分别与所述液冷管道302和所述通孔相连通，通孔可以外接液冷设备，液冷设备输出的冷却液经过通孔进入液管2，再从液管2进入液冷管道302，从而带走硅体3的热量，再从液冷管道302返回液冷设备，使得硅体3可以迅速散热。此外，冷却液在经过通孔时，也可以与上基板1交换热量。
如图2所示，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括下衬板6，所述下衬板6于所述下芯片组件的上表面相连，所述下衬板6为陶瓷板，陶瓷板上同样有铜制的印刷电路，下衬板6可以对下芯片组件进行保护。
如图1-6所示，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括下基板4，所述下基板4位于所述下衬板6下方，所述下基板4与所述下衬板6热传导。所述下衬板6的下表面涂布散热用的下硅脂5，所述下基板4通过下硅脂5与所述下衬板6热传导，下基板4采用导热材料制成，下芯片组件可以通过下基板4进行散热。下基板4同样开设有通孔，部分液管2与下基板4相连接。液冷设备输出的冷却液经过下基板4时可以与下基板4交换热量，再从下基板4进入液管2，接着从液管2进入液冷管道302，从而带走硅体3的热量，再从液冷管道302返回液冷设备，硅体3和下基板4都可以通过外接的液冷设备迅速散热。
如图5-6所示，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括第四端子16和第五端子20，所述第四端子16和所述第五端子20焊接于所述上衬板8上的印刷电路，第四端子16与上芯片组件或下芯片组件电连接，第五端子20与上芯片组件或下芯片组件电连接。
如图1所示，三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块还包括钼柱，所述钼柱的顶端与所述上衬板8相连且热传导，所述钼柱的底端与所述下衬板6相连且热传导，上衬板8和下衬板6之间可以通过钼柱传递热量，使得三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块整体热量更加均衡。所述钼柱包括尺寸不同的第一钼柱7和第二钼柱10。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其特征在于，包括：
硅体；
多个金属柱，所述金属柱沿竖直方向延伸，所述金属柱位于所述硅体内；
上金属板，所述上金属板铺设在所述硅体的上表面，所述上金属板与所述金属柱的顶端电相连且热传导；
上钼片，所述上钼片焊接于所述上金属板的上表面；
上芯片组件，所述上芯片组件焊接于所述上钼片；
下金属板，所述下金属板铺设在所述硅体的下表面，所述下金属板与所述金属柱的底端电相连且热传导；
下钼片，所述下钼片焊接于所述下金属板的下表面；
下芯片组件，所述下芯片组件焊接于所述下钼片。
2.根据权利要求1所述的三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其特征在于：还包括第一端子，所述第一端子焊接于所述上金属板，所述上芯片组件包括第一芯片，所述第一端子与所述第一芯片的栅极电连接。
3.根据权利要求1所述的三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其特征在于：还包括上衬板，所述上衬板于所述上芯片组件的上表面相连。
4.根据权利要求3所述的三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其特征在于：还包括第二端子，所述第二端子焊接于所述上金属板，所述下芯片组件包括第二芯片，所述第二端子通过金属柱与所述第二芯片的栅极电连接。
5.根据权利要求4所述的三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其特征在于：还包括第三端子，所述第三端子焊接于所述上衬板，所述上芯片组件包括第三芯片，所述第三端子与所述第三芯片的集电极电连接，所述第三端子通过所述金属柱与所述第二芯片的发射极电连接。
6.根据权利要求3所述的三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其特征在于：还包括上基板，所述上基板位于所述上衬板上方，所述上基板与所述上衬板热传导。
7.根据权利要求6所述的三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其特征在于：还包括液管，所述硅体开设有多条液冷管道，所述液冷管道沿水平方向延伸，所述上基板设有多个通孔，所述液管分别与所述液冷管道和所述通孔相连通。
8.根据权利要求6所述的三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其特征在于：还包括下衬板，所述下衬板于所述下芯片组件的上表面相连。
9.根据权利要求8所述的三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其特征在于：还包括下基板，所述下基板位于所述下衬板下方，所述下基板与所述下衬板热传导。
10.根据权利要求8所述的三通道散热高集成堆叠式半桥功率模块，其特征在于：还包括钼柱，所述钼柱的顶端与所述上衬板相连且热传导，所述钼柱的底端与所述下衬板相连且热传导。
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