CN208028049U - 功率半导体分立器件散热结构及电气装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种功率半导体分立器件散热结构及电气装置，所述功率半导体分立器件包括封装在绝缘外壳内的芯片以及焊接到所述芯片的铜框架，且所述铜框架露出于所述绝缘外壳的底部，其特征在于，所述散热结构包括散热器和陶瓷基片；所述陶瓷基片的上表面具有第一金属层、下表面具有第二金属层，且所述第一金属层和第二金属层相互绝缘；所述功率半导体分立器件的铜框架焊接到所述陶瓷基片的第一金属层，所述散热器焊接到所述陶瓷基片的第二金属层。本实用新型通过将功率半导体分立器件的铜框架焊接到陶瓷基片上表面的第一金属层，同时将散热器焊接到陶瓷基片下表面的第二金属层，可大大简化功率半导体分立器件散热结构，并提高散热效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及散热技术领域，更具体地说，涉及一种功率半导体分立器件散热结构及电气装置。
背景技术
功率器件在使用过程中，其散热效果好坏，往往决定了功率器件的输出能力。目前，考虑到散热等因素，功率器件普遍采用分立形式，可称为功率半导体分立器件。功率半导体分立器件由于其封装形式，底部的铜框架是带电的，因此在与散热器连接时，除了考虑散热问题，还需要考虑绝缘问题。
功率半导体分立器件在装配时，常常使用陶瓷基片加硅脂的方法(对散热需求不高的电源类产品则采用导热垫片形式)，如图1所示。如图1，功率半导体分立器件的芯片11通过焊层12焊接到铜框架13后封装在绝缘外壳10内，且铜框架13露出于绝缘外壳10的底部。散热器17通过陶瓷基片14与上述功率半导体分立器件相连，从而为功率半导体分立器件散热。
陶瓷基片14具有优良的电绝缘性能以及高导热特性，同时为了减小陶瓷基片14与功率半导体分立器件之间的接触热阻，以及陶瓷基片14与散热器17之间的接触热阻，保证功率半导体分立器件和陶瓷基片14之间以及陶瓷基片14与散热器17之间的充分接触，还需在功率半导体分立器件和陶瓷基片14之间以及陶瓷基片14和散热器17之间分别涂覆有硅脂层15、16。
上述装配结构需涂覆两次硅脂，工艺复杂。并且，由于硅脂导热系数在2-8KW/(m·℃)左右，越来越不能满足现在功率器件的散热需求。此外，现有装配结构中，还需通过安装螺钉或卡簧的方式对功率器件进行固定，装配复杂，且功率器件引脚定位困难。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述功率半导体分立器件散热结构工艺复杂、越来越不能满足散热需求的问题，提供一种功率半导体分立器件散热结构及电气装置。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种功率半导体分立器件散热结构，所述功率半导体分立器件包括封装在绝缘外壳内的芯片以及焊接到所述芯片的铜框架，且所述铜框架露出于所述绝缘外壳的底部，所述散热结构包括散热器和陶瓷基片；所述陶瓷基片的上表面具有第一金属层、下表面具有第二金属层，且所述第一金属层和第二金属层相互绝缘；所述功率半导体分立器件的铜框架焊接到所述陶瓷基片的第一金属层，所述散热器焊接到所述陶瓷基片的第二金属层。
在本实用新型所述的功率半导体分立器件散热结构中，所述第一金属层和第二金属层为覆铜。
在本实用新型所述的功率半导体分立器件散热结构中，所述第一金属层和第二金属层分别键合在所述陶瓷基片的上表面和下表面。
在本实用新型所述的功率半导体分立器件散热结构中，所述功率半导体分立器件的铜框架与所述陶瓷基片的第一金属层之间通过钎焊方式焊接，所述散热器与所述陶瓷基片的第二金属层之间通过钎焊方式焊接。
在本实用新型所述的功率半导体分立器件散热结构中，所述第一金属层的面积小于所述陶瓷基片上表面的面积并大于所述铜框架露出绝缘外壳的面积。
在本实用新型所述的功率半导体分立器件散热结构中，所述第二金属层的面积小于所述陶瓷基片下表面的面积。
在本实用新型所述的功率半导体分立器件散热结构中，所述散热器包括散热基板以及位于散热基板一侧的散热齿片，所述散热器的散热基板焊接在第二金属层上。
在本实用新型所述的功率半导体分立器件散热结构中，所述陶瓷基片的厚度小于或等于1mm。
本实用新型还提供一种电气装置，包括至少一个功率半导体分立器件，所述电气装置还包括如上所述的功率半导体分立器件散热结构。
本实用新型的功率半导体分立器件散热结构及电气装置具有以下有益效果：通过将功率半导体分立器件的铜框架焊接到陶瓷基片上表面的第一金属层，同时将散热器焊接到陶瓷基片下表面的第二金属层，可大大简化功率半导体分立器件散热结构，并提高散热效率。
附图说明
图1是现有功率半导体分立器件散热结构的示意图；
图2是本实用新型功率半导体分立器件散热结构实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。
如图2所示，是本实用新型功率半导体分立器件散热结构实施例的示意图，该功率半导体分立器件散热结构可应用于任何使用功率半导体分立器件的电气装置，例如电机驱动器等，并实现功率半导体分立器件的高效散热。
本实用新型所适用的功率半导体分立器件包括绝缘外壳20、芯片21以及铜框架23(铜框架23通常为铜质，用于为芯片21散热)，其中芯片21通过第一焊层22与铜框架23连接固定，上述芯片21、焊层22及铜框架23封装在绝缘外壳20，且铜框架23的底部露出于绝缘外壳20的底部。
本实用新型的功率半导体分立器件散热结构包括散热器27和陶瓷基片24。本实施例中的陶瓷基片24具体可采用氧化铝陶瓷等材料，其具有耐高温、电绝缘性能高、热导率大、化学稳定性好等主要优点。该陶瓷基片24的上表面具有第一金属层241、下表面具有第二金属层242，且第一金属层241和第二金属层242相互绝缘；功率半导体分立器件的铜框架23焊接到陶瓷基片24的第一金属层241(即铜框架23与第一金属层241之间具有第二焊层25)，散热器27焊接到陶瓷基片24的第二金属层242(即散热器27与第二金属层242之间具有第三焊层26)。
由于功率半导体分立器件的铜框架23通过第二焊层25与陶瓷基片24固定，同时散热器27通过第三焊层26与陶瓷基片24固定，且焊接材料的导热系数较大(通常为硅脂导热系数的20倍以上)，因此可大大提高散热效率。并且功率半导体分立器件的铜框架23与陶瓷基片24的第一金属层241之间的第二焊层25，以及散热器27与陶瓷基片24的第二金属层242之间的第三焊层26可通过钎焊方式完成，即焊接操作可一次过炉完成，从而省略了两侧涂覆硅脂的操作，简化了工艺流程。
上述陶瓷基片24的厚度可小于或等于1mm，其可更好地实现导热。
具体地，上述陶瓷基片24上的第一金属层241和第二金属层242可为覆铜。当然，在实际应用中，第一金属层241和第二金属层242也可采用其他金属，只需其导热性能良好(导电性能可不考虑)。
特别地，上述陶瓷基片24上的第一金属层241和第二金属层242可分别通过键合方式与陶瓷基片24的本体结合。键合方式具有结构稳定的特点，可使得第一金属层241和第二金属层242不易从陶瓷基片24的本体脱落。
为保证第一金属层241和第二金属层242相互绝缘，同时保证焊接效果，上述第一金属层241的面积小于陶瓷基片24上表面的面积，并大于铜框架23露出绝缘外壳20的面积。而第二金属层242的面积则小于陶瓷基片24下表面的面积。
上述散热器27可包括散热基板以及位于散热基板一侧的散热齿片，且散热器27的散热基板焊接在第二金属层242上。该散热器通过散热基板吸收热量，并通过散热齿片散发到空气中。
本实用新型还提供一种电气装置，该电气装置包括至少一个功率半导体分立器件，且该电气装置还包括如上所述的功率半导体分立器件散热结构。通过散热结构，可实现功率半导体分立器件的高效散热。上述电气装置具体可以是电机驱动器等。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种功率半导体分立器件散热结构，所述功率半导体分立器件包括封装在绝缘外壳内的芯片以及焊接到所述芯片的铜框架，且所述铜框架露出于所述绝缘外壳的底部，其特征在于，所述散热结构包括散热器和陶瓷基片；所述陶瓷基片的上表面具有第一金属层、下表面具有第二金属层，且所述第一金属层和第二金属层相互绝缘；所述功率半导体分立器件的铜框架焊接到所述陶瓷基片的第一金属层，所述散热器焊接到所述陶瓷基片的第二金属层。
2.根据权利要求1所述的功率半导体分立器件散热结构，其特征在于，所述第一金属层和第二金属层为覆铜。
3.根据权利要求1所述的功率半导体分立器件散热结构，其特征在于，所述第一金属层和第二金属层分别键合在所述陶瓷基片的上表面和下表面。
4.根据权利要求1所述的功率半导体分立器件散热结构，其特征在于，所述功率半导体分立器件的铜框架与所述陶瓷基片的第一金属层之间通过钎焊方式焊接，所述散热器与所述陶瓷基片的第二金属层之间通过钎焊方式焊接。
5.根据权利要求1所述的功率半导体分立器件散热结构，其特征在于，所述第一金属层的面积小于所述陶瓷基片上表面的面积并大于所述铜框架露出绝缘外壳的面积。
6.根据权利要求1所述的功率半导体分立器件散热结构，其特征在于，所述第二金属层的面积小于所述陶瓷基片下表面的面积。
7.根据权利要求1所述的功率半导体分立器件散热结构，其特征在于，所述散热器包括散热基板以及位于散热基板一侧的散热齿片，所述散热器的散热基板焊接在第二金属层上。
8.根据权利要求1所述的功率半导体分立器件散热结构，其特征在于，所述陶瓷基片的厚度小于或等于1mm。
9.一种电气装置，包括至少一个功率半导体分立器件，其特征在于，所述电气装置还包括如权利要求1-8中任一项所述的功率半导体分立器件散热结构。
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|---|---|---|---|---|
| CN110828385A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-02-21 | 江苏浚泽电气有限公司 | 一种拆装式半导体分立器件 |
| CN111312672A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-06-19 | 深圳麦格米特电气股份有限公司 | 一种功率半导体组件 |
| CN115020359A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-09-06 | 成都复锦功率半导体技术发展有限公司 | 一种半导体芯片封装结构及其制备方法 |
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