CN207800592U - 功率半导体模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种功率半导体模块，包括陶瓷片、第一铜片、芯片、第二铜片和散热柱，第一铜片的背面贴设于陶瓷片的正面，第一铜片上设有导电线路，芯片焊接于第一铜片的正面并接入导电线路，第二铜片的正面贴设于陶瓷片的背面，散热柱焊接于第二铜片的背面。第二铜片不仅能够为功率半导体模块进行增强，还能利用铜材导热系数高的特点来快速将热量导向散热柱，有利于提高功率半导体模块的散热速度；散热柱焊于第二铜片的背面，焊接使得散热柱与第二铜片连接紧密，并且焊接工艺简单，无需模具将第二铜片与散热柱一体成型，降低了功率半导体模块的制作成本，散热柱上无需为拔模需要而设置锥度，具有更大的散热面积，保证良好散热效果。

Description

功率半导体模块

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，更具体地说，是涉及一种功率半导体模块。

背景技术

随着经济技术的高速发展，高铁、地铁、城市轨道交通、电力电子、大功率模块、太阳能和航天航空等领域均在不断发展，在这些领域中，功率半导体模块被广泛的用于这些领域的装置中，但是，功率半导体模块中的覆铜陶瓷基板的散热问题一直是人们关注的一大热点。

当前的覆铜陶瓷基板芯片散热主要采用铝碳化硅散热基板与覆铜陶瓷基板下表面的铜层焊接在一起起到散热作用。

覆铜陶瓷基板上蚀刻出工作线路之后，在其表面焊接芯片，覆铜陶瓷基板就可以进行工作，芯片在工作过程中会产生大量热量，需要进行及时的降温散热。

现有技术依靠铝碳化硅散热基板的碳化硅的导热性把芯片产生的热量传导过来，热量会集中在铝碳化硅散热基板的散热柱上，最后通过冷却液冲刷散热柱进行降温。

然而，由于铝碳化硅散热板散热柱的材质为铝，是由铝液通过模具在高温高压渗铝炉膛一体成型所得，散热柱必须做成带有锥度的结构才能从模具中脱模，散热柱从模具中脱模对模具的损耗比较大，制备工艺复杂因此成本较高，而且，铝的导热性一般，散热效果一般，并且带有锥度的散热柱的下表面积比较小，使得散热效果不佳。

同时，这种技术核心电子部件覆铜陶瓷基板和铝碳化硅散热基板需要分别进行制造，根据覆铜陶瓷基板的数量不同，制作的铝碳化硅散热基板的长度和宽度也不一样，制作好一定数量的覆铜陶瓷基板之后，将其分别拼装至铝碳化硅散热基板，拼装过程复杂，大大增加了功率半导体模块的制造成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种功率半导体模块，以解决现有技术中存在的功率半导体模块制作成本高、散热效果不好的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种功率半导体模块，包括

陶瓷片；

第一铜片和芯片，所述第一铜片的背面贴设于所述陶瓷片的正面，所述第一铜片上设有导电线路，所述芯片焊接于所述第一铜片的正面并接入所述导电线路；

第二铜片，所述第二铜片的正面贴设于所述陶瓷片的背面；以及

散热柱，所述散热柱焊接于所述第二铜片的背面。

进一步地，所述第一铜片上设有多个布线区，各所述布线区均布设有所述导电线路，各所述导电线路上均接入有所述芯片，进而使得所述功率半导体模块上集成多个DBC板。

进一步地，所述布线区设为3个且并排分布。

进一步地，还包括第一焊料层、第二焊料层和两个分设于所述第一铜片的两侧的第三铜片，所述第一铜片和所述第三铜片通过所述第一焊料层共同焊接于所述陶瓷片的正面，所述第二铜片通过所述第二焊料层焊接于所述陶瓷片的背面。

进一步地，所述第一焊料层包括内焊料层和外焊料层，所述第一铜片通过所述内焊料层焊接于所述陶瓷片的正面，所述第三铜片通过所述外焊料层焊接于所述陶瓷片的正面。

进一步地，还包括第三焊料层，所述散热柱通过所述第三焊料层焊接于所述第二铜片的背面。

进一步地，所述散热柱为纯铜柱，直径为3.5mm～4.5mm，高度为7.5mm～8.5mm。

进一步地，所述陶瓷片为氮化铝陶瓷片或氮化硅陶瓷片，厚度为0.6mm～0.7mm。

进一步地，所述第一铜片、所述第二铜片和所述第三铜片的厚度为0.25mm～0.35mm。

进一步地，所述第二铜片、所述外焊料层、所述第二焊料层、所述陶瓷片和所述第三铜片上均设有定位孔。

本实用新型提供的功率半导体模块的有益效果在于：与现有技术相比，第二铜片不仅能够为功率半导体模块进行增强，还能利用铜材导热系数高的特点来快速将热量导向散热柱，有利于提高功率半导体模块的散热速度；散热柱焊于第二铜片的背面，焊接使得散热柱与第二铜片连接紧密，并且焊接工艺简单，无需模具将第二铜片与散热柱一体成型，降低了功率半导体模块的制作成本，散热柱上无需为拔模需要而设置锥度，具有更大的散热面积，能够明显提升散热能力，保证良好散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的功率半导体模块的爆炸结构示意图；

图2为图1中第一铜片与第三铜片的俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的功率半导体模块的散热柱的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1-陶瓷片；2-第一铜片；21-布线区；3-芯片；4-第二铜片；5-散热柱；6-第三铜片；7-第一焊料层；71-内焊料层；72-外焊料层；8-第二焊料层；9-第三焊料层；10-定位孔。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，现对本实用新型提供的功率半导体模块进行说明。功率半导体模块，包括陶瓷片1、第一铜片2、芯片3、第二铜片4和散热柱5；第一铜片2的背面贴设于陶瓷片1的正面，第一铜片2上设有导电线路，芯片3焊接于第一铜片2的正面并接入导电线路；第二铜片4的正面贴设于陶瓷片1的背面；散热柱5焊接于第二铜片4的背面。

本实用新型提供的功率半导体模块，与现有技术相比，本实用新型中的功率半导体模块中陶瓷片1的设置，利用陶瓷片1热容量小、本身不蓄热和直接散热的特点来提高功率半导体模块的散热效果；通过第一铜片2与芯片3焊接的设置，只需将芯片3焊接于第一铜片2上，工艺简单，减少了功率半导体模块的制造成本；第二铜片4的设置不仅能够对功率半导体模块进行增强，还能利用铜片自身具有较好的散热效果来提高功率半导体模块的散热效果；散热柱5焊于第二铜片4的背面，焊接使得散热柱5与第二铜片4连接紧密，并且焊接工艺简单，散热柱5可直接焊接于第二铜片4上，无需模具将第二铜片4与散热柱5一体成型，进而降低了功率半导体模块的制作成本，散热柱5上无需为拔模需要而设置锥度，具有更大的散热面积，能够提升散热能力，保证良好散热效果。

进一步地，请参阅图2，作为本实用新型提供的功率半导体模块的一种具体实施方式，第一铜片2上设有多个布线区21，各布线区21均布设有导电线路，各导电线路上均接入有芯片3，进而使得功率半导体模块上集成多个DBC板。通过在第一铜片2上形成多个带有导电线路的布线区21，相当于功率半导体模块集成了多个DBC板，无需单独将多个DBC板焊接在散热基板上，这样使得功率半导体模块的制造工艺变的简单，进而降低了功率半导体模块的制造成本。

进一步地，请参阅图2，作为本实用新型提供的功率半导体模块的一种具体实施方式，布线区21设为3个且并排分布。布线区21并排设置3个，结构简单、紧凑，方便芯片焊接及散热结构设置。

进一步地，请一并参阅图1至图2，作为本实用新型提供的功率半导体模块的一种具体实施方式，还包括第一焊料层7、第二焊料层8和两个分设于第一铜片2的两侧的第三铜片6，第一铜片2和第三铜片6通过第一焊料层7共同焊接于陶瓷片1的正面，第二铜片4通过第二焊料层8焊接于陶瓷片1的背面。第一焊料层7的设置使得第一铜片2和第三铜片6分别与陶瓷片1连接更加紧密，第二焊料层8的设置使得第二铜片4与陶瓷片1之间的连接更加紧密，第一铜片2和第三铜片6通过第一焊料层贴在陶瓷片1的正面，第二铜片4通过第二焊料层贴在陶瓷片1的背面，能够防止焊接时陶瓷片1在高温环境中发生大形变而导致功率半导体模块出现翘边。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的功率半导体模块的一种具体实施方式，第一焊料层7包括内焊料层71和外焊料层72，第一铜片2通过内焊料层71焊接于陶瓷片1的正面，第三铜片6通过外焊料层72焊接于陶瓷片1的正面。第一铜片2与第三铜片6对应的焊料层分别设置，避免焊料浪费，也避免焊料填充至第一铜片2与第三铜片6之间，使第一铜片2与第三铜片6平整地与陶瓷片1连接。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的功率半导体模块的一种具体实施方式，还包括第三焊料层9，散热柱5通过第三焊料层9焊接于第二铜片4的背面。第三焊料层9的设置，使得散热柱5能够与第二铜片4连接更加紧密，使得在热传导时热量能高效传导到散热柱5上，进而提升了功率半导体模块的散热效率。

进一步地，请参阅图1及图3，作为本实用新型提供的功率半导体模块的一种具体实施方式，散热柱5为纯铜柱，直径为3.5mm～4.5mm，高度为7.5mm～8.5mm。铜的散热效果比较好，纯铜柱可直接焊接于第二铜片4上，无需模具将第二铜片4与纯铜柱一体成型，进而降低了功率半导体模块的制作成本，直径和高度的选取不仅使得纯铜柱的散热效果好，而且节省了材料，不会造成材料的浪费。

优选地，纯铜柱的直径为4mm，高度为8mm，这样的设置使得纯铜柱的制造成本降低的同时保持良好的散热效果，降低了功率半导体模块的制作成本。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的功率半导体模块的一种具体实施方式，陶瓷片1为氮化铝陶瓷片或氮化硅陶瓷片，厚度为0.6mm～0.7mm。氮化铝材料和氮化硅材料热导率好，膨胀系数低，强度高，耐高温，因此选用氮化铝陶瓷片1或氮化硅陶瓷片1能够防止陶瓷片1出现受热爆裂的情况；陶瓷片1过厚会导致热导率降低，陶瓷片1过薄会导致陶瓷片1受热爆裂，选取0.6mm～0.7mm之间的陶瓷片1，厚薄适中，不会产生陶瓷片1的热导率降低或者是受热爆裂的情况发生。

优选地，陶瓷片1的厚度为0.63mm，这样的设置能使得陶瓷片1不仅制造成本降低而且陶瓷片1不会产生陶瓷片1的热导率降低或者是受热爆裂的情况发生，进而降低了功率半导体模块的制作成本。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的功率半导体模块的一种具体实施方式，第一铜片2、第二铜片4和第三铜片6的厚度为0.25mm～0.35mm。铜片厚度过厚会导致散热不佳，铜片过薄会导致铜片受热弯曲，选取0.25mm～0.35mm的铜片，厚薄适中，不会产生铜片散热不佳或者是受热弯曲的情况。

优选地，铜片的厚度为0.3mm，这样的设置能使得铜片不仅制造成本降低，而且散热效果良好，还能避免受热弯曲，降低了功率半导体模块的制作成本。

进一步地，请一并参阅图1及图2，作为本实用新型提供的功率半导体模块的一种具体实施方式，第二铜片4、外焊料层72、第二焊料层8、陶瓷片1和第三铜片6上均设有定位孔10。定位孔10的设置使得第二铜片4、外焊料层72、第二焊料层8、陶瓷片1和第三铜片6在焊接过程中，能实现精准的焊接，不会产生因为尺寸的偏差而导致功率半导体模块报废，提升了功率半导体模块的合格率，进而降低了功率半导体模块的制作成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.功率半导体模块，其特征在于：包括

陶瓷片；

第一铜片和芯片，所述第一铜片的背面贴设于所述陶瓷片的正面，所述第一铜片上设有导电线路，所述芯片焊接于所述第一铜片的正面并接入所述导电线路；

第二铜片，所述第二铜片的正面贴设于所述陶瓷片的背面；以及

散热柱，所述散热柱焊接于所述第二铜片的背面。

2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于：所述第一铜片上设有多个布线区，各所述布线区均布设有所述导电线路，各所述导电线路上均接入有所述芯片。

3.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于：所述布线区设为3个且并排分布。

4.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于：还包括第一焊料层、第二焊料层和两个分设于所述第一铜片的两侧的第三铜片，所述第一铜片和所述第三铜片通过所述第一焊料层共同焊接于所述陶瓷片的正面，所述第二铜片通过所述第二焊料层焊接于所述陶瓷片的背面。

5.根据权利要求4所述的功率半导体模块，其特征在于：所述第一焊料层包括内焊料层和外焊料层，所述第一铜片通过所述内焊料层焊接于所述陶瓷片的正面，所述第三铜片通过所述外焊料层焊接于所述陶瓷片的正面。

6.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于：还包括第三焊料层，所述散热柱通过所述第三焊料层焊接于所述第二铜片的背面。

7.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于：所述散热柱为纯铜柱，直径为3.5mm～4.5mm，高度为7.5mm～8.5mm。

8.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于：所述陶瓷片为氮化铝陶瓷片或氮化硅陶瓷片，厚度为0.6mm～0.7mm。

9.根据权利要求4所述的功率半导体模块，其特征在于：所述第一铜片、所述第二铜片和所述第三铜片的厚度为0.25mm～0.35mm。

10.根据权利要求5所述的功率半导体模块，其特征在于：所述第二铜片、所述外焊料层、所述第二焊料层、所述陶瓷片和所述第三铜片上均设有定位孔。