CN208014679U - 一种用于功率模块的高导热基板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于功率模块的高导热基板，由上铜层、陶瓷层和背铜层组成，背铜层通过焊接连接到功率模块底板上，陶瓷层为绝缘层，上铜层为复合层，其中上铜层的结构由上表面的铜层、中部的TPG网络‑铜混合体和下部的陶瓷金属化层组成，陶瓷金属化层是直接在陶瓷层上制作而成，上表面的铜层在表面上通过焊料焊接功率半导体芯片，中部的TPG网络‑铜混合体是由TPG网络骨架和填充于其中的铜组成。使用本实用新型的高导热基板，与不填充TPG的常规纯铜陶瓷基板相比，在100W热损耗的情况下，芯片结温可以降低6~15℃，有效提高模块运行的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体电子器件制造技术领域，具体来说涉及一种用于功率模块的高导热基板。
背景技术
随着电子器件的发展，对功率模块的要求也越来越高。然而随着功率模块的集成度和功率的提高，发热量也随之增加，如果产生的热量不能及时排出，则对功率模块的运行和寿命产生影响。
实用新型内容
针对以上问题，本实用新型提出了一种新型的用于功率模块的基板结构。本实用新型公开的基板结构，集绝缘、导热、电路连接于一体，具有更高的集成度和更好导热散热性能。
具体来说，本实用新型采用了以下技术方案：
一种用于功率模块的高导热基板，其特征在于，所述高导热基板由上铜层、陶瓷层和背铜层组成，背铜层通过焊接连接到功率模块底板上，陶瓷层为绝缘层，上铜层为复合层，其中上铜层的结构由上表面的铜层、中部的TPG网络-铜混合体和下部的陶瓷金属化层组成，陶瓷金属化层是直接在陶瓷层上制作而成，上表面的铜层在表面上通过焊料焊接功率半导体芯片，中部的TPG网络-铜混合体是由TPG网络骨架和填充于其中的铜组成。
优选地，TPG网络骨架的上端与上表面的铜层相接触，而TPG网络骨架的下端与陶瓷金属化层相接触。进一步，TPG网络骨架由多个相互连接的多边形TPG网络骨架单元组成。其中，组成TPG网络骨架的多边形TPG网络骨架单元呈正方形、矩形、三角形或者六边形。
在优选方案中，上铜层的各复合层的厚度为：上表面的铜层的厚度为0.05~0.2mm；中部TPG网络-铜混合体的厚度为0.5~2.5mm；下部陶瓷金属化层的厚度为0~0.1mm。
另外，陶瓷层为氧化铝陶瓷层、氮化铝陶瓷层或者氮化硅陶瓷层，其厚度为0.3~2mm。
进一步，背铜层厚度为0~0.5mm。
有益效果：本实用新型所公开的功率模块的高导热基板，集绝缘、导热、电路连接于一体，更适用于具有更高集成度的器件。本实用新型的高导热基板由三层构成，电路图案层/陶瓷绝缘层/背铜层，其中电路图案层由铜层内嵌高定向热解石墨（TPG）网格，用以增强功率模块芯片在工作时热量损耗在水平方向上的扩散，具有更好的散热导热性能，热量散布快速而均匀，从而均匀、快速且稳定地降低芯片工作时的温度，提高功率模块的工作寿命。
附图说明
图1是本实用新型的导热基板的结构示意图。
在图中：1、TPG网络；2、上铜层；3、陶瓷层；4、背铜层；5、功率半导体芯片；6、焊料。
具体实施方式
下面将结合附图来进一步详细说明本实用新型。
本实用新型公开了一种用于功率模块的高导热基板，集绝缘、导热、电路连接于一体。一般而言，用于功率模块的基板由三层构成，即电路图案层/陶瓷绝缘层/背铜层。电路图案层为连接功率半导体芯片的层，一般由铜构成。铜下方为陶瓷绝缘层，陶瓷绝缘层通过或不通过背铜层与底板焊接在一起。
参见图1，本实用新型的高导热基板也是由三层构成，即上铜层2、陶瓷层3和背铜层4，其中上铜层即为电路图案层，其上通过焊料6焊接功率半导体芯片5。但是不同之处在于，本实用新型的上铜层为复合层，其中由铜层内嵌高定向热解石墨（TPG）网络1，用以增强功率模块芯片在工作时热量损耗在水平方向上的扩散，从而降低芯片工作时的温度，提高功率模块的工作寿命。
在本实用新型的上铜层复合层中，外表即上表面为铜层，厚度为0.05~0.2mm；中心为多边形TPG网络和铜的混合体，厚度0.5~2.5mm；下层为陶瓷金属化层，厚度为0~0.1mm，该陶瓷金属化层直接制作在陶瓷上。
陶瓷层的陶瓷材料可以是氧化铝陶瓷，氮化铝陶瓷，或者氮化硅陶瓷，厚度为0.3~2mm。
背铜层用于将基板焊接到功率模块底板上，以增大芯片并联数量，厚度为0~0.5mm，其中当厚度为0时，表明直接将陶瓷与散热器安装在一起。
TPG网络是由多边形TPG网络单元组成，其中多边形TPG网络单元的形状可以是正方形、矩形、三角形或者六边形网络，其中TPG填充面积比为36%~50%。
数值计算表明，使用本实用新型的TPG网络填充的高导热基板，与不填充TPG的常规纯铜陶瓷基板相比，在100W热损耗的情况下，芯片结温可以降低6~15℃，有效提高模块运行的可靠性。
上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细的说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (8)
1.一种用于功率模块的高导热基板，其特征在于，所述高导热基板由上铜层、陶瓷层和背铜层组成，背铜层通过焊接连接到功率模块底板上，陶瓷层为绝缘层，上铜层为复合层，其中上铜层的结构由上表面的铜层、中部的TPG网络-铜混合体和下部的陶瓷金属化层组成，陶瓷金属化层是直接在陶瓷层上制作而成，上表面的铜层在表面上通过焊料焊接功率半导体芯片，中部的TPG网络-铜混合体是由TPG网络骨架和填充于其中的铜组成。
2.如权利要求1所述的用于功率模块的高导热基板，其特征在于，TPG网络骨架的上端与上表面的铜层相接触，而TPG网络骨架的下端与陶瓷金属化层相接触。
3.如权利要求2所述的用于功率模块的高导热基板，其特征在于，TPG网络骨架由多个相互连接的多边形TPG网络骨架单元组成。
4.如权利要求3所述的用于功率模块的高导热基板，其特征在于，组成TPG网络骨架的多边形TPG网络骨架单元呈正方形、矩形、三角形或者六边形。
5.如权利要求1所述的用于功率模块的高导热基板，其特征在于，TPG网络的填充面积比为36%~50%。
6.如权利要求1所述的用于功率模块的高导热基板，其特征在于，上铜层的各复合层的厚度为：上表面的铜层的厚度为0.05~0.2mm；中部TPG网络-铜混合体的厚度为0.5~2.5mm；下部陶瓷金属化层的厚度为0~0.1mm。
7.如权利要求1所述的用于功率模块的高导热基板，其特征在于，陶瓷层为氧化铝陶瓷层、氮化铝陶瓷层或者氮化硅陶瓷层，其厚度为0.3~2mm。
8.如权利要求1所述的用于功率模块的高导热基板，其特征在于，背铜层厚度为0~0.5mm。
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| CN201820324077.8U CN208014679U (zh) | 2018-03-09 | 2018-03-09 | 一种用于功率模块的高导热基板 |
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Publications (1)
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| CN208014679U true CN208014679U (zh) | 2018-10-26 |
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2018
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