CN203607387U - 双面散热的功率模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种双面散热的功率模块，下覆金属陶瓷基板通过铜基板与下散热器固定连接，半导体芯片设置在上覆金属陶瓷基板和下覆金属陶瓷基板之间，半导体芯片的集电极与下覆金属陶瓷基板连接、发射极和栅极分别与上覆金属陶瓷基板上的发射极区和栅极区连接，上散热器固定在上覆金属陶瓷基板的顶部并穿出外壳，印制电路板安装在铜基板上，上覆金属陶瓷基板其发射极引出端和栅极引出端分别与印制电路板连接，下覆金属陶瓷基板的集电极区与印制电路板连接，印制电路板设有对应的电极座和端子座，外壳安装在铜基板上，电极座和端子座的顶部设置在外壳上。本实用新型结构合理，能降低制造难度和制造成本，并能保证功率模块高效可靠的长时间使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种双面散热的功率模块，属于功率模块的散热技术领域。
背景技术
半导体功率模块主要包括铜基板、覆金属陶瓷基板、半导体芯片以及电极端子和壳体。半导体功率模块在工作过程中，半导体芯片所产生的热量是通过铜基板传递至与其下部的散热器上，将半导体芯片的热量散出。随着技术的发展，功率器件的功率越来越高，半导体芯片的功耗也在逐渐增加，往往半导体芯片所产生的热量也越来越大，如半导体芯片的热量不及时散出，严重影响功率模块的工作性能。目前功率模块的散热机构大都采用翅片式的散热器，该散热器连接在铜基板的底部，因此半导体芯片呈单面散热，而单面散热已经不能满足大功率半导体芯片的散热要求，现在迫切需要采用新的技术来解决散热的性能从而保证模块高效可靠的长时间使用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构合理，能降低制造难度和制造成本，能提高功率模块散热可靠性的双面散热的功率模块。
本实用新型为达到上述目的的技术方案是：一种双面散热的功率模块，包括铜基板、覆金属陶瓷基板和半导体芯片，其特征在于：所述的覆金属陶瓷基板包括上覆金属陶瓷基板和下覆金属陶瓷基板，下覆金属陶瓷基板固定在铜基板，铜基板与下散热器固定连接，半导体芯片设置在上覆金属陶瓷基板和下覆金属陶瓷基板之间，且半导体芯片的集电极与下覆金属陶瓷基板连接、发射极和栅极分别与上覆金属陶瓷基板上的发射极区和栅极区连接，上散热器固定在上覆金属陶瓷基板的顶部并穿出外壳，中空的印制电路板安装在铜基板上，上覆金属陶瓷基板其发射极引出端和栅极引出端分别与印制电路板连接，下覆金属陶瓷基板的集电极区与印制电路板连接，印制电路板设有对应的两个电极座和一个端子座，外壳安装在铜基板上，电极座和端子座的顶部设置在外壳上。
本实用新型的覆金属陶瓷基板包括上覆金属陶瓷基板和下覆金属陶瓷基板，将半导体芯片的集电极焊接在下覆金属陶瓷基板上、其发射极与栅极分别与上覆金属陶瓷基板上的发射极和栅极连接，将半导体芯片连接在两个覆金属陶瓷基板之间，而下覆金属陶瓷基板通过铜基板与下散热器连接，上覆金属陶瓷基板又与上散热器连接，故能通过上、下两个散热器对半导体芯片工作中产生的热量及时散出，能提高功率模块的整体散热效果，能保证功率模块高效可靠的长时间使用，提高功率模块的使用寿命。本实用新型利用上覆金属陶瓷基板其内部的陶瓷层起到电气绝缘性能，并通过上覆金属陶瓷基板的两个引出端与印制电路板连接，将信号端子引至印制电路板，而下覆金属陶瓷基板的集电极区也引至印制电路板上，通过设置在印制电路板上的电极座以及端子座引出外壳实现与外部电路的连接，结构合理，能大幅度降低上覆金属陶瓷基板的版图制造难度及焊接工艺，能灵活方便将各电极端子和信号端子引出。本实用新型将连接在上覆金属陶瓷基板上的散热器穿出外壳，直接与外部空气接触，而提高散热效果。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的详细描述。
图1是本实用新型双面散热的功率模块的结构示意图。
图2是本实用新型双面散热的功率模块拆除外壳的立体结构示意图。
图3是本实用新型上覆金属陶瓷基板的结构示意图。
其中：1—下散热器，2—铜基板，3—印制电路板，4—外壳，4-1—窗口，5—下覆金属陶瓷基板，6—半导体芯片，7—钼片，8—上覆金属陶瓷基板，8-1—发射极引出端，8-2—栅极引出端，9—上散热器，10—电极座，11—紧固件，12—端子座。
具体实施方式
见图1、2所示，本实用新型双面散热的功率模块，包括铜基板2、覆金属陶瓷基板和半导体芯片6，该半导体芯片6可采用MOS管、IGBT或晶闸管等。
见图1、2所示，本实用新型的覆金属陶瓷基板包括上覆金属陶瓷基板8和下覆金属陶瓷基板5，上覆金属陶瓷基板8和下覆金属陶瓷基板5均由陶瓷层和覆在陶瓷层上下两面的金属层构成，下覆金属陶瓷基板5固定在铜基板2，可采用焊接的方式将下覆金属陶瓷基板5焊接在铜基板2上，而铜基板2与下散热器1固定连接，铜基板2可采用导热胶固定在下散热器1上，其下散热器1的连接面积大于铜基板2的面积，半导体芯片6设置在上覆金属陶瓷基板8和下覆金属陶瓷基板5之间，半导体芯片6的集电极与下覆金属陶瓷基板5连接、发射极和栅极分别与上覆金属陶瓷基板8上的发射极区和栅极区连接，下覆金属陶瓷基板5的集电极区与印制电路板3连接，半导体芯片6可通过下部的焊片与覆金属陶瓷基板5焊接，将半导体芯片6的集电极与下覆金属陶瓷基板5连接，而覆金属陶瓷基板5的集电极区与印制电路板3焊接，将集电极引至印制电路板3上。本实用新型的上覆金属陶瓷基板8上设有版图，半导体芯片6的发射极和栅极分别通过上部的焊片与上覆金属陶瓷基板8的发射极区和栅极区焊热接，本实用新型为降低半导体芯片6与上覆金属陶瓷基板8连接时的热膨胀系数，本实用新型半导体芯片6的发射极和栅极分别通过钼片7与上覆金属陶瓷基板8上的发射极区和栅极区连接，上散热器9固定在上覆金属陶瓷基板8的顶部并穿出外壳4，同样可通过导热胶将上散热器9固定在上覆金属陶瓷基板8的上部，并利用上覆金属陶瓷基板8内绝缘的陶瓷层起到电气的绝缘性能，能够实现上散热器9和下散热器1同时对半导体芯片6进行散热。
见图1、2所示，本实用新型中空的印制电路板3安装在铜基板2上，该印制电路板3包括绝缘层和覆在绝缘层两面的铜层构成，印制电路板3的铜层上设有版图，印制电路板3通过紧固件11安装在铜基板2上，上覆金属陶瓷基板8其发射极引出端8-1和栅极引出端8-2分别与印制电路板3连接，见图2所示，本实用新型发射极引出端8-1和栅极引出端8-2上分别设有连接孔，而印制电路板3上设有对应的安装孔，导电件将发射极引出端8-1和栅极引出端8-2固定在印制电路板3，导电件可采用金属固紧件或铆钉等，将上覆金属陶瓷基板8其发射极引出端8-1和栅极引出端8-2与印制电路板3可靠连接，也方便通过焊料将上覆金属陶瓷基板8其发射极引出端8-1和栅极引出端8-2与印制电路板3可靠连接，将半导体芯片6的发射极和栅极引至印制电路板3上。
见图1、2所示，本实用新型印制电路板3上设有对应的两个电极座10和一个端子座12，将半导体芯片的发射极和集电极引至两电极座10上，而栅极引至端子座12，通过两个电极座10和端子座12与外部的电路连接。
见图1、2所示，本实用新型外壳4安装在铜基板2上，可通过紧固件安装在铜基板2上，外壳4上设有内止口并与铜基板2周边相配，方便对外壳4的定位，外壳4罩在上覆金属陶瓷基板8，电极座10和端子座12的顶部设置在外壳4上，将电极座10和端子座12引至外壳4，外壳4上设有上散热器9穿出的窗口4-1，使上散热器9穿出，使上散热器9与外部空气接触。本实用新型通过上下两散热器对半导体芯片6进行散热，提高散热效果。
Claims (4)
1.一种双面散热的功率模块，包括铜基板（2）、覆金属陶瓷基板和半导体芯片（6），其特征在于：所述的覆金属陶瓷基板包括上覆金属陶瓷基板（8）和下覆金属陶瓷基板（5），下覆金属陶瓷基板（5）固定在铜基板（2），铜基板（2）与下散热器（1）固定连接，半导体芯片（6）设置在上覆金属陶瓷基板（8）和下覆金属陶瓷基板（5）之间，且半导体芯片（6）的集电极与下覆金属陶瓷基板（5）连接、发射极和栅极分别与上覆金属陶瓷基板（8）上的发射极区和栅极区连接，上散热器（9）固定在上覆金属陶瓷基板（8）的顶部并穿出外壳（4），中空的印制电路板（3）安装在铜基板（2）上，上覆金属陶瓷基板（8）其发射极引出端（8-1）和栅极引出端（8-2）分别与印制电路板（3）连接，下覆金属陶瓷基板（5）的集电极区与印制电路板（3）连接，印制电路板（3）设有对应的两个电极座（10）和一个端子座（12），外壳（4）安装在铜基板（2）上，电极座（10）和端子座（12）的顶部设置在外壳（4）上。
2.根据权利要求1所述的双面散热的功率模块，其特征在于：所述的半导体芯片（6）的发射极和栅极分别通过钼片（7）与上覆金属陶瓷基板（8）上的发射极区和栅极区连接。
3.根据权利要求1所述的双面散热的功率模块，其特征在于：所述的印制电路板（3）包括绝缘层和覆在绝缘层两面的金属层。
4.根据权利要求1所述的双面散热的功率模块，其特征在于：所述发射极引出端（8-1）和栅极引出端（8-2）上分别设有连接孔，印制电路板（3）上设有对应的安装孔，导电件将发射极引出端（8-1）和栅极引出端（8-2）固定在印制电路板（3）。
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|---|---|---|---|---|
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| CN110071097A (zh) * | 2018-01-24 | 2019-07-30 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 半导体模块及集成式双面冷却型半导体装置 |
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