CN208271874U - 散热基板及采用该散热基板的功率模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种散热基板及采用该散热基板的功率模组，散热基板包括绝缘基材、内嵌于绝缘基材的多个散热器、位于散热基板下表面的散热板、设在散热基板上表面一侧且向散热基板上方延伸的多个金属连接端子块；其中，散热器包括陶瓷本体并通过金属层焊接至散热板；每一金属连接端子块在散热基板的厚度方向上与每一散热器至少部分重叠。在金属连接端子块上设功率器件构成功率模组。本实用新型中功率器件通过金属连接端子块将热量传递至散热器，进一步扩展至散热板，进行快速散热，散热效率高；在绝缘基材中埋设陶瓷散热结构，利用陶瓷良好的散热性能和电绝缘性能，可以很好的提高功率模组的散热性能及耐电压性能。

Description

散热基板及采用该散热基板的功率模组

技术领域

本实用新型涉及半导体器件领域，具体地说，是涉及一种散热性能好、耐电压能力强的散热基板及采用该散热基板的功率模组。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，电力电子器件的功率越来越大，其工作时产生的热量也不断增加，如果不及时将例如IGBT、GTR(电力晶体管)、Power MOSFET(电力场效应晶体管)、晶闸管等功率器件产生的热量散发出去，热量会在短时间内集中，将严重影响该功率器件的使用。因此，对作为电子电子器件载板的散热基板的散热性能要求也越来越高。

为此，提出了利用陶瓷来增强功率器件散热的解决方案。例如中国专利文献201220065375.2公开了一种高导热性组合线路板，由大功率电子器件、基板、陶瓷片和散热器组成，大功率电子器件安装于基板上面，基板下面为散热器，安装在基板上的大功率电子器件相应位置开设有通孔，在该通孔内填充与通孔相匹配的陶瓷片。然而，由于基板和陶瓷片的热膨胀系数相差很大，容易造成陶瓷片与基板的连接不稳定，从而影响大功率电子器件与基板之间的连接，甚至产生陶瓷片从基板分离、脱落等不良现象，这种现象造成功率器件产生的热量无法及时散去，最终对功率器件造成损坏。因此，在利用陶瓷进行功率器件快速散热的同时，需要解决陶瓷容易脱落的问题。

另外，功率器件在使用过程中需要承受较大的电压和电流，还需要提高散热基板的耐电压性能及功率器件连接位的载流能力。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种散热性能好、耐电压能力强的散热基板及采用该散热基板的功率模组。

为了实现上述目的，一方面，本实用新型提供了一种散热基板，包括：

绝缘基材；

多个散热器，其内嵌于绝缘基材；散热器包括陶瓷本体、位于陶瓷本体上方的上金属层、位于陶瓷本体下方的下金属层；

散热板，其位于散热基板的下表面；其中，散热器通过下金属层焊接至散热板；

多个金属连接端子块，其与多个散热器一一对应地设在散热基板的上表面一侧，并向散热基板的上方延伸；每一金属连接端子块在散热基板的厚度方向上与相应散热器至少部分重叠。

由上述技术方案可见，散热器中的陶瓷本体的上下表面分别设有上金属层和下金属层，具体的，上金属层和下金属层均为铜层，例如采用厚度为10μm—35μm的铜层；表面覆铜后的散热器具有高强度、高绝缘性的特点。

进一步的，散热器通过下金属层焊接至散热板(优选为铜板，也可以采用铝板或者其他性能相似的金属材料制成的金属板)，在散热器和散热板之间采用焊接的方式，可以达到良好的连接性能，在焊接处具有优越的结构强度，散热器不会从散热板及绝缘基材分离、脱落，以提高整体结构的热稳定性，从而保证散热基板散热过程的流畅。

需要说明的是，金属连接端子块设在散热基板的上表面一侧，并向散热基板的上方延伸，使得金属连接端子块的上表面明显高于散热基板的上表面，多个金属连接端子块的高度可以相同，也可以不相同。金属连接端子块的厚度尺寸比现有散热基板中由电镀铜或压延铜蚀刻而成的连接端子大得多，从而具有载流能力强且散热性能佳的优点。优选的，金属连接端子块的厚度(在垂直于散热基板厚度方向上的尺寸)为1mm—20mm，更优选的，金属连接端子块的厚度为1.5mm—10mm，例如6mm。

本实用新型中，功率模块设在金属连接端子块上，其产生的热量主要通过金属连接端子块传递至散热器，并进一步扩散至散热板，进行快速的散热。其中，金属连接端子块和散热器的数目相同，每一个金属连接端子块设在与其对应的散热器的上方，且每一金属连接端子块在散热基板的厚度方向上与每一散热器至少部分重叠，以便于热量在散热基板厚度方向上的快速传导。

本实用新型中，金属连接端子块在散热基板的厚度方向上所覆盖的面积可以大于、等于或者小于散热器的面积。作为本实用新型散热基板的一种优选方案，金属连接端子块在散热基板的厚度方向完全覆盖散热器，更优选的，金属连接端子块在散热基板的厚度方向所覆盖的面积等于散热器的面积。这样设置的好处在于，可以减少金属连接端子块和散热器之间热阻，且金属连接端子块的面积可以根据所安装功率器件的大小而进行灵活调整。

为了便于实现金属连接端子块和功率器件之间的稳定快速连接，根据本实用新型散热基板的又一种优选方案，在金属连接端子块上设有用来安装功率器件的螺纹连接孔，功率器件的引脚可以通过螺母锁紧在金属连接端子块上。

根据本实用新型散热基板的另一种具体实施方式，散热基板进一步包括导电线路层，导电线路层形成于绝缘基材的上表面。具体的，在绝缘基材的上表面设有覆铜层，通过对覆铜层采用例如蚀刻的方式形成导电线路层。优选的，导电线路层的厚度为15μm—70μm，例如，导电线路层的厚度为35μm。

进一步的，在本方案中，至少部分金属连接端子块与导电线路层之间电性连接，例如全部的金属连接端子块均和导电线路层之间电性连接。

为了实现导电线路层、散热器、散热板之间的连接，根据本实用新型散热基板的另一种具体实施方式，绝缘基材包括有机绝缘介质层和固化连接层，有机绝缘介质层和固化连接层依次交替设置；具体的，有机绝缘介质层和固化连接层均有多层，例如共计有9层，有机绝缘介质层例如为FR-4或BT板材，固化连接层由半固化片热压固化形成，从而使得绝缘基材与导电线路层、散热板和散热器相互连接。

为了实现本实用新型的目的，另一方面，本实用新型提供了一种功率模组，包括功率器件和上述的任意一种散热基板，其中，功率器件的引脚设在金属连接端子块上。

在本实用新型功率模组的上述方案中，功率器件产生的热量通过金属连接端子块传递至散热基板进行快速散热。在散热基板中埋设有陶瓷结构，由于陶瓷本身具有极佳的耐电压性能，将功率器件设在散热基板的金属连接端子块上，有利于提高功率模组的耐电压性能。其中，功率器件包括但不限于IGBT、GTR(电力晶体管)、Power MOSFET(电力场效应晶体管)、晶闸管。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：

1、在绝缘基材中埋设陶瓷结构，一方面，利用陶瓷良好的散热性能，结合散热板，可以对功率器件进行快速散热，另一方面，利用陶瓷极佳的电绝缘性，提高功率模组的耐电压性能；

2、本实用新型中散热器通过焊接的方式固定至散热板，二者之间连接关系牢靠，不会出现散热器分离、脱落的现象，保证功率器件散热的流畅；

3、金属连接端子块具有极佳的载流和散热性能，功率器件通过金属连接端子块将热量传递至散热器，进一步扩展至散热板，进行快速散热，散热效率高。

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本实用新型功率模组实施例1的剖面示意图；

图2是本实用新型功率模组实施例1的制作过程的第一状态的剖视图；

图3是本实用新型功率模组实施例1的制作过程的第二状态的剖视图；

图4是本实用新型功率模组实施例1的制作过程的第三状态的剖视图；

图5是本实用新型功率模组实施例1的制作过程的第四状态的剖视图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的功率模组包括散热基板，在散热基板上设有功率器件，如图1所示，散热基板包括：设在散热基板下表面的散热板100、设在散热基板上表面的覆铜层200、设在散热板100和覆铜层200之间的绝缘基材300、内嵌于绝缘基材300的多个散热器400、以及设在散热基板的上表面一侧并向散热基板的上方延伸的多个金属连接端子块500。

散热器400和金属连接端子块500一一对应设置，且每一金属连接端子块500在散热基板的厚度方向上与相应散热器400至少部分重叠。其中，金属连接端子块500在散热基板的厚度方向上所覆盖的面积可以大于、等于或者小于散热器400的面积，如图1所示，本实施例中的金属连接端子块500在散热基板的厚度方向所覆盖的面积等于散热器400的面积，以减少金属连接端子块500和散热器400之间热阻。

进一步的，金属连接端子块500的厚度为1mm—20mm，优选的，金属连接端子块500的厚度为1.5mm—10mm，例如金属连接端子块500的厚度为6mm。功率器件(图中未示出)的引脚设在金属连接端子块500上，其产生的热量主要通过金属连接端子块500传递至散热器400，并进一步扩散至散热板100，进行快速的散热。更具体的，功率器件的端子块可以采用焊接、贴装等方式设在金属连接端子块500上，也可以采用螺纹连接的方式，例如在金属连接端子块500上设置用于连接功率器件引脚的螺纹连接孔，功率器件的引脚通过螺钉固定在金属连接端子块500上，以实现功率器件和金属连接端子块500之间的连接。

为了促进散热基板的散热，散热板100包括金属散热板，例如散热板100为铜板，相应的，也可以为铝板或者其他相似性能的金属材料制成的金属散热板。优选的，散热板100的厚度至少为0.5毫米以上，例如选用1.5毫米厚度的散热板100。如图2所示，在散热器400的上下表面设有金属层，具体的，散热器400包括陶瓷本体401、设在陶瓷本体401上方的上金属层402、设在陶瓷本体401下方的下金属层403，优选的，上金属层402和下金属层403均包括铜层，铜层的厚度为10μm—35μm，例如采用厚度为25μm的铜层。进一步的，散热器400通过下金属层403焊接至散热板100，在散热器400和散热板100之间形成焊接连接区域，例如锡层。在散热器400和散热板100之间采用焊接的方式，可以达到良好的连接性能，在焊接处具有优越的结构强度，散热器400不会从金属散热板100及绝缘基材300分离、脱落，以提高整体结构的热稳定性，从而保证散热基板散热过程的流畅。

本实施例中的散热基板还设有导电线路层600，导电线路层600形成于绝缘基材300的上表面。具体的，对覆铜层200进行例如蚀刻的方式形成该导电线路层600。优选的，导电线路层600的厚度为15μm—70μm，例如，导电线路层600的厚度为35μm。其中，至少部分金属连接端子块500与导电线路层600之间电性连接，例如全部的金属连接端子块500均和导电线路层600之间电性连接或者仅仅有部分金属连接端子块500和导电线路层600之间电性连接，金属连接端子块500和导电线路层600之间是否电性连接，可以根据金属连接端子块500上所安装功率器件的需求灵活调整，例如位于图1中最左侧的金属连接端子块500与导电线路层600之间不进行电性连接，其它两个金属连接端子块500与导电线路层600之间电性连接。

为了实现散热板100和导电线路层600之间的固定连接及电绝缘，在散热板100和导电线路层600之间设置了绝缘基材300，绝缘基材300包括若干交替设置的有机绝缘介质层和固化连接层，具体的，有机绝缘介质层为FR-4或BT板材，固化连接层由半固化片固化而成，使绝缘基材300与导电线路层600、金属散热板100、散热器400相互连接。

本实施例中，通过在散热基板中内嵌了多个散热器400，通过绝缘基材300将导电线路层600、散热器400、散热板100连接起来，功率器件的引脚通过金属连接端子块500设在散热基板上，以实现快速散热的目的；散热器400中设有陶瓷本体401(例如氮化铝陶瓷本体、氮化铝陶瓷本体)，利用陶瓷良好的散热性能和极佳的电绝缘性，可以很好的提高功率模组的散热性能及耐电压性能。

下面结合图2-图5说明本实施例的散热基板的一种制造过程：

首先获得一块厚度均匀、表面平整、洁净的散热板100(铜板)，具体的，散热板100的厚度为0.5mm以上，例如选用厚度为1.5mm的散热板100，并将散热板100平整放置。

接着进行散热器400的固定，如图2所示，将散热器400通过焊接的方式固定在散热板100上，且多个散热器400之间有一定的间距；在每一个散热器400的上下表面分别设有铜层，铜层的厚度例如25μm，具体的，每一个散热器400通过下表面的铜层焊接至散热板100。

然后在散热板100上放置绝缘基材300，绝缘基材300包括依次交替层叠带有通孔的半固化片和有机绝缘介质层，多个散热器400设置在绝缘基材300的通孔内；接着对绝缘基材300进行热压，经过高温压合后，绝缘基材300中的半固化片变成液态状流动填充多个散热器400和绝缘基材300之间的间隙处，到半固化片固化后，绝缘基材300、各个散热器400、散热板100之间相互连接。

压合完成后，在散热器400的上表面可能存在部分溢出的固化材料，如图3所示，此时，采用研磨设备将溢出的固化材料进行除去，结果如图4所示。

最后，通过化学镀在图4半成品的上表面形成一层底铜层，其中，底铜层的厚度较小；然后，再通过电镀的方式在底铜层的上表面形成较厚的加厚铜层，底铜层和加厚铜层形成覆铜层200。紧接着，一方面，根据预先设置的电路图案，在覆铜层200上通过例如蚀刻的方式形成导电线路层600，另一方面，将金属连接端子块500焊至预先设定的对应于散热器400的位置，形成如图1所示的散热基板，更具体的，在覆铜层200的上表面设有阻焊层(图中未示出)。

需要说明的是，本实施例中所述的方向“上”“下”是以图1至图5所示的方向进行说明，但不应立即为对本实用新型的限定。虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本实用新型实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本实用新型所做的同等改进，应为本实用新型的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种散热基板，包括：

绝缘基材；

多个散热器，其内嵌于所述绝缘基材；所述散热器包括陶瓷本体、位于所述陶瓷本体上方的上金属层、位于所述陶瓷本体下方的下金属层；

散热板，其位于所述散热基板的下表面；

其特征在于：

所述散热器通过所述下金属层焊接至所述散热板；

多个金属连接端子块，其与所述多个散热器一一对应地设在所述散热基板的上表面一侧，并向所述散热基板的上方延伸；其中，每一所述金属连接端子块在所述散热基板的厚度方向上与相应散热器至少部分重叠。

2.如权利要求1所述的散热基板，其特征在于，所述金属连接端子块的厚度为1mm—20mm。

3.如权利要求2所述的散热基板，其特征在于，所述金属连接端子块的厚度为1.5mm—10mm。

4.如权利要求1所述的散热基板，其特征在于，所述金属连接端子块在所述散热基板的厚度方向完全覆盖所述散热器。

5.如权利要求1所述的散热基板，其特征在于，所述金属连接端子块上设置有螺纹连接孔。

6.如权利要求1所述的散热基板，其特征在于，所述上金属层的厚度为10μm—35μm；所述下金属层的厚度为10μm—35μm。

7.如权利要求1所述的散热基板，其特征在于，所述散热基板进一步包括导电线路层，所述导电线路层形成于所述绝缘基材的上表面。

8.如权利要求7所述的散热基板，其特征在于，至少部分所述金属连接端子块与所述导电线路层之间电性连接。

9.如权利要求7所述的散热基板，其特征在于，所述导电线路层的厚度为15μm—70μm。

10.一种功率模组，包括功率器件，其特征在于，还包括如权利要求1-9之一所述的散热基板，所述功率器件的引脚设在所述金属连接端子块上。