CN207282488U - 半导体装置及具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体装置及具有其的车辆，所述半导体装置包括：散热器，所述散热器具有多个散热扁管，多个所述散热扁管层叠布置；功率模块，所述功率模块设在相邻的两个散热扁管之间，且所述功率模块的两端表面分别接触相对的散热扁管的表面，且所述功率模块与相邻的两个散热扁管中至少一个的表面焊接；水管，所述水管与所述散热扁管连通成散热通路。根据本实用新型的半导体装置，通过使功率模块与相邻的两个散热扁管中至少一个的表面焊接，并使水管与散热扁管连通成散热通路。由此，可以为发热的功率模块及电子元件等提供了良好的散热路径，保证了功率模块的正常工作。

Description

半导体装置及具有其的车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，特别是涉及一种半导体装置及具有其的车辆。

背景技术

相关技术中，采用薄涂热界面材料来连接功率模块与散热器的方式广泛应用在各种电力变换装置中。然而，由于热界面材料本身的特性，热导率低、可靠性受环境影响大、寿命不长、特殊场合不适合等缺点；在一些环境恶劣、工况较复杂的应用场合中，存在一些挥发、变质、不均匀等情况，会导致热界面材料热阻急剧增加，功率模块温度升高，严重影响功率模块性能、寿命及可靠性。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种半导体装置，所述半导体装置的散热性好，且可靠性高。

根据本实用新型第一方面实施例的半导体装置，包括：散热器，所述散热器具有多个散热扁管，多个所述散热扁管层叠布置；功率模块，所述功率模块设在相邻的两个散热扁管之间，且所述功率模块的两端表面分别接触相对的两个散热扁管的表面，且所述功率模块与相邻的两个散热扁管中至少一个的表面焊接；水管，所述水管与所述散热扁管连通成散热通路，所述散热扁管为长条形且两端分别设有过水孔连接水管。

根据本实用新型实施例的半导体装置，通过使功率模块与相邻的两个散热扁管中至少一个的表面焊接，并使水管与散热扁管连通成散热通路。由此，可以为发热的功率模块及电子元件等提供了良好的散热路径，保证了功率模块的正常工作。

另外，根据本实用新型上述实施例的半导体装置还具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述功率模块的两个端面均与相对的散热扁管的表面焊接。

根据本实用新型的一个实施例，所述功率模块的一端表面与相对的散热扁管焊接，且所述功率模块的另一端表面与相对的散热扁管之间设置热界面材料层。

可选地，焊接所用焊料包括锡、铅和银中的至少一种。

根据本实用新型的一些实施例，所述功率模块两端表面均匀涂抹焊料，且所述功率模块的至少一端表面与散热器表面完全贴合并焊接。

可选地，每相邻的两个所述散热扁管之间均设有至少一个所述功率模块。

根据本实用新型的一个实施例，所述功率模块的两个端面分别与相对的散热扁管的表面贴合。

根据本实用新型的一个实施例，所述功率模块内设有芯片，且所述功率模块靠近芯片一端与相对的散热扁管焊接。

根据本实用新型第二方面实施例的车辆，包括上述所述的半导体装置。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的半导体装置的一个爆炸图；

图2是根据本实用新型一个实施例的半导体装置的示意图；

图3是根据本实用新型另一个实施例的半导体装置的示意图。

附图标记：半导体装置100，散热器扁管1，过水孔11，功率模块2，水管3，进水管31，出水管32，热界面材料层4，焊料层5。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，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。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

相关技术中，采用薄涂热界面材料的方法，通过外力压紧使功率模块与散热器紧密贴合。包含由功率模块、热界面材料及扁平状散热扁管组成的双面水冷散热器；所述散热器两个散热扁管中放置一个功率模块，依次排列；功率模块与散热扁管之间均匀涂一层薄薄的热界面材料，功率模块与散热器通过挤压压紧，使热界面材料在两个平面之间形成非常薄的界面；所述方法具有操作方便，可均匀填充两个接触界面，为发热的功率模块及电子元件提供了良好的散热路径，保证了功率模块的正常工作。

然而，采用热界面材料的连接方式主要受如下几点限制：其一，热界面材料导热系数低<10W/(m·k)，热阻大；其二，热界面材料易挥发、变质、存在使用过程中变得不均匀等情况，导致热阻变大；其三，在复杂工况下，高要求下，可靠性、寿命达不到要求。

下面结合附图描述根据本实用新型实施例的半导体装置100，半导体装置100可以为例如双面水冷散热器等。

如图1-图3所示，根据本实用新型实施例的半导体装置100，包括：散热器、功率模块以及水管3。

具体而言，所述散热器具有多个散热扁管1，多个散热扁管1层叠布置，功率模块2设在相邻的两个散热扁管1之间，并且功率模块2的两端表面分别接触相对的两个散热扁管1的表面。例如，在图1的示例中，功率模块2具有第一表面和第二表面，功率模块2的第一表面可以与相对的散热器扁管1接触，功率模块2的第二表面也可以与相对的散热器扁管1接触。由此有利于使功率模块2更好地进行散热。

而且功率模块2与相邻的两个散热扁管1中至少一个的表面焊接。也就是说，可以是功率模块2的第一表面与对应的散热器扁管1的表面焊接，也可以是功率模块2的第二表面与对应的散热器扁管1的表面焊接。这样不仅可以实现功率模块2与散热器扁管1之间的可靠连接，还有利于改善功率模块2的散热效果。

水管3与散热扁管1连通成散热通路。由此，可以为发热的功率模块2及电子元件等提供了良好的散热路径，保证了功率模块2的正常工作。

例如，水管3可以包括进水管31和出水管32，冷却水可以经由进水管31流经多个散热扁管1，与功率模块2换热后再经由出水管32排出。

根据本实用新型实施例的半导体装置100，通过使功率模块2与相邻的两个散热扁管1中至少一个的表面焊接，并使水管3与散热扁管1连通成散热通路。由此，可以为发热的功率模块2及电子元件等提供了良好的散热路径，保证了功率模块2的正常工作。

可选地，焊接所用的焊料可以包括锡、铅和银中的至少一种。由此，可以通过焊料更好地进行散热，从而有利于保证功率模块2的使用性能。

根据本实用新型的一个实施例，功率模块2的两个端面均与相对的散热扁管1的表面焊接。也就是说，功率模块2的第一表面和第二表面均可以与相对的散热扁管1的表面焊接。由此，不仅可以保证功率模块2与相对的散热扁管1的连接可靠性，还有利于通过焊料使功率模块2更好地进行散热。

例如，参照图2，将功率模块2的两个端面均使用焊料通过焊接的方式与对应的散热扁管1进行连接。图中示意出功率模块2的第一表面A和第二表面B，并且第一表面A和第二表面B均与相对的散热扁管1的表面焊接，在第一表面A与相对的散热扁管1的表面之间可以通过焊料层5焊接，在第二表面B与相对的散热扁管1的表面之间也可以通过焊料层5焊接。

由于功率模块2的两个端面与对应的散热扁管1之间焊接粘合层都是通过焊料，热导效率较高，得到更高的散热性能。通过散热器结构优化或工艺改进，双面焊接可完全实现。

根据本实用新型的一个实施例，功率模块2的一端表面与相对的散热扁管1焊接，而且功率模块2的另一端表面与相对的散热扁管1之间设置热界面材料层4。由此，使得功率模块2的一端表面可以通过焊接所用的焊料进行散热，功率模块2的另一端表面可以通过热界面材料层4进行散热，有利于改善功率模块2的散热效果，提高功率模块2的使用可靠性。

功率模块2单面焊接的工艺可完全实现，使得半导体装置100的单个散热通道可拆装、可更换单个散热器通道及功率模块2。

例如，参照图3，将功率模块2的一面用焊料通过焊接的方式与散热器平面进行连接，功率模块2的另一面用热界面材料与散热器平面进行连接。图中示意出功率模块2的第一表面A与相对的散热扁管1的表面之间可以通过热界面材料层4相连，功率模块2的第二表面B与相对的散热扁管1的表面之间可以通过焊料层5焊接。

当然，在第二表面B与相对的散热扁管1的表面之间可以通过热界面材料层4相连，在第一表面A与相对的散热扁管1的表面之间可以通过焊料层5焊接。

热界面材料层4的导热系数很低<10W/(m·k)，而焊料层5的导热系数可达到几十W/(m·k)以上；材料导热系数越大，那么材料本身的热阻就越小，导热性能更好，散热更佳，功率模块温度越低，可靠性也越高。

与采用热界面材料的方法相比，焊接的方式可把总热阻降低近40%，可大幅度降低功率模块2的工作温度，从而提高了功率模块2和电力变换装置的寿命。热阻降低近40%；提高了散热效率；提高了接触界面可靠性、寿命；降低了功率模块2的工作温度，提高了功率模块2的可靠性、稳定性及寿命。

功率模块2的第一表面A与散热器平面通过焊料层5焊接；功率模块2的第二表面B与散热器平面采用热界面材料层4填充并利用外力压紧。焊料主要由锡和铅组成，还含有银等微量金属成分。功率模块2的表面均匀涂抹焊料（膏状，以下统称锡膏），用真空回流焊的工艺完成焊接与散热器表面完全贴合。

真空回流焊工艺：首先，通过控制提高真空回流焊炉腔内温度，使锡膏液化完全吸附功率模块2及散热器平面，然后控制降低炉腔内温度，使锡膏能迅速固化，达到焊接的目的。这种工艺的优点是可靠性高、焊点无空洞、缺陷率低，应用成熟。

根据本实用新型的一些实施例，功率模块2两端表面均匀涂抹焊料，且功率模块2的至少一端表面与散热器（例如散热器扁管1）表面完全贴合并焊接。例如，可以是功率模块2的第一表面A与散热器表面完全贴合并焊接，也可以是功率模块2的第二表面B与散热器表面完全贴合并焊接。由此，通过焊料有利于为发热的功率模块2及电子元件等提供了良好的散热路径，保证了功率模块2的正常工作。

可选地，每相邻的两个散热扁管1之间均设有至少一个功率模块2。例如，每相邻的两个散热扁管1之间可以设有一个功率模块2或多个功率模块2。由此，可以根据实际需要适应性设置功率模块2的个数，将半导体装置100制作成不同的规格，方便选择。

根据本实用新型的一个实施例，功率模块2的两个端面分别与相对的散热扁管1的表面贴合。也就是说，功率模块2的第一表面A可以与相对的散热扁管1的表面贴合，且第二表面B也可以与相对的散热扁管1的表面贴合。由此，使得功率模块2在工作中产生的热量可以通过散热扁管1进一步导出，从而有利于保证功率模块2的使用性能。

根据本实用新型的一个实施例，功率模块2内设有芯片，并且功率模块2靠近芯片一端与相对的散热扁管1焊接。芯片在功率模块2中的设置位置可以关于功率模块2不对称，使得芯片到相邻的两个散热扁管1之间的距离不相等，通过使功率模块2靠近芯片一端与相对的散热扁管1焊接，功率模块2产生的热量可以通过焊接所用的焊料导出，有利于改善功率模块2的散热效果。

例如，芯片到功率模块2的两个端面之间的距离的比值可以为例如1:2等，本实用新型对此不作具体限定。

功率模块2靠近芯片一端用焊料采用焊接的工艺进行焊接；功率模块2远离芯片一端可以通过均匀薄涂热界面材料层4与散热器表面紧密贴合。它具有结构简单，加工方便，性能稳定，散热性能佳，充分利用双面水冷的散热能力进行模块散热，提高了功率模块2的稳定性，降低了功率模块2失效率，使整个半导体装置100的散热性能得到提高。

参照图1，根据本实用新型的一个实施例，散热扁管1为长条形，并且散热扁管1的两端分别设有过水孔11，过水孔11可以连接水管3。由此，使得水流可以经由进水管31流经过水孔11进入多个散热扁管1，与功率模块2换热后再经由出水管32排出，实现对功率模块2的散热。

冷却水由进水管31进入半导体装置100，流经散热扁管1内，对应的散热扁管平面与功率模块2的一面通过焊料层5贴合，功率模块2产生的热量通过焊料导热被与之贴合的散热扁管1内的冷却水带走，冷却水从出水管32排出。功率模块2的另一面与对应的散热扁管1平面通过热界面材料层4紧密贴合。功率模块2产生的热量通过热界面材料层4导热被与之贴合的散热扁管1内的冷却水带走。热界面材料层4与散热扁管1平面通过对整个散热器施加外力的方式进行压紧。

根据本实用新型第二方面实施例的车辆，包括上述的半导体装置100。由此，通过在所述车辆上设置上述第一方面实施例的半导体装置100，有利于提高车辆的散热性能。

根据本实用新型实施例的半导体装置100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

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实用新型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须针对的是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。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其特征在于，包括：

散热器，所述散热器具有多个散热扁管，多个所述散热扁管层叠布置；

功率模块，所述功率模块设在相邻的两个散热扁管之间，且所述功率模块的两端表面分别接触相对的散热扁管的表面，且所述功率模块与相邻的两个散热扁管中至少一个的表面焊接；

水管，所述水管与所述散热扁管连通成散热通路，所述散热扁管为长条形且两端分别设有过水孔连接水管。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述功率模块的两个端面均与相对的散热扁管的表面焊接。

3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述功率模块的一端表面与相对的散热扁管焊接，且所述功率模块的另一端表面与相对的散热扁管之间设置热界面材料层。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，焊接所用焊料包括锡、铅和银中的至少一种。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述功率模块两端表面均匀涂抹焊料，且所述功率模块的至少一端表面与散热器表面完全贴合并焊接。

6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，所述功率模块与所述散热器扁管通过真空回流焊工艺焊接。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，每相邻的两个所述散热扁管之间均设有至少一个所述功率模块。

8.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述功率模块的两个端面分别与相对的散热扁管的表面贴合。

9.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述功率模块内设有芯片，且所述功率模块靠近芯片的一端与相对的散热扁管焊接。

10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的半导体装置。