CN212230427U - 一种定点冷却SiC混合功率模块 - Google Patents

一种定点冷却SiC混合功率模块 Download PDF

Info

Publication number
CN212230427U
CN212230427U CN202020649547.5U CN202020649547U CN212230427U CN 212230427 U CN212230427 U CN 212230427U CN 202020649547 U CN202020649547 U CN 202020649547U CN 212230427 U CN212230427 U CN 212230427U
Authority
CN
China
Prior art keywords
dbc substrate
power module
layer
fixed point
sic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202020649547.5U
Other languages
English (en)
Inventor
肖彪
张家华
符超
张佳佳
张凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Original Assignee
Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai filed Critical Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority to CN202020649547.5U priority Critical patent/CN212230427U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN212230427U publication Critical patent/CN212230427U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/4847Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本申请涉及了一种定点冷却SiC混合功率模块,包括内部芯片;该内部芯片包括IGBT芯片和SiC二极管;该定点冷却SiC混合功率模块还包括:上DBC基板位于内部芯片的上方;下DBC基板位于内部芯片的下方;上热沉和下热沉分别位于上DBC基板的上端和下DBC基板的下端;上热脂层位于上热沉与上DBC基板之间;下热脂层位于下热沉与下DBC基板之间;上微通道结构设于上热脂层和上DBC基板内且向下延伸;下微通道结构设于下热脂层和下DBC基板内且向上延伸。本申请提供的定点冷却SiC混合功率模块有效降低功耗,成本较低,以及可以进行双面换热冷却,集中针对热源的热点区域性散热,散热高效,避免定点冷却SiC混合功率模块电热疲劳加快,影响定点冷却SiC混合功率模块的工作性能。

Description

一种定点冷却SiC混合功率模块
技术领域
本实用新型涉及一种电子功率模块,尤其涉及一种定点冷却SiC混合功率模块。
背景技术
IGBT模块,即绝缘栅双极型晶体管,广泛应用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。目前,现有的IGBT模块由IGBT芯片与Si-FRD(硅快恢复二极管)通过特定电路桥接封装,形成混合功率模块;该GBT模块的内部芯片具体通过键合线连接并引出至输出端,属于平板堆叠模型,为单面散热模型,大部分热量仅通过下方的基板传递到外界;但是该IGBT模块具有电热疲劳特性,散热效果较差,在工作期间产生发电热效应,导致其温度上升,电热疲劳加快,严重时工作性能会下降。特别在电动汽车中,IGBT模块温度循环次数多,结温变化幅度可达40℃以上,因此,由IGBT模块温度循环造成的热应力问题尤为严重。相关统计表明,功率模块接近55%的失效原因是由于内部芯片散热效果差,导致结温升高,加快器件疲劳失效进程。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服了现有技术的问题,提供了一种低功耗、双面散热效率高的定点冷却SiC混合功率模块。
为了达到上述目的,本实用新型采用以下方案:
一种定点冷却SiC混合功率模块,包括内部芯片,所述内部芯片包括IGBT芯片和SiC二极管;所述IGBT芯片与所述SiC二极管相串联;所述定点冷却SiC混合功率模块还包括:
上DBC基板,其位于所述内部芯片的上方;
下DBC基板,其位于所述内部芯片的下方;
上热沉、下热沉;所述上热沉和下热沉分别位于所述上DBC基板的上端和下DBC基板的下端;
上热脂层,其位于所述上热沉与上DBC基板之间;
下热脂层,其位于所述下热沉与下DBC基板之间;
上微通道结构,其设于所述上热脂层和所述上DBC基板内且向下延伸;
下微通道结构,其设于所述下热脂层和所述下DBC基板内且向上延伸。
进一步地,所述上热沉内设有位于所述上DBC基板上方的上TEC制冷片;所述下热沉内设有位于所述下DBC基板下方的下TEC制冷片。
进一步地,所述上微通道结构设于所述上TEC制冷片的下方且向下贯穿所述上热脂层并穿过所述上DBC基板;所述下微通道结构设于所述下TEC制冷片的上方且向上贯穿所述下热脂层并穿过所述下DBC基板。
进一步地,所述上DBC基板与下DBC基板之间具有2个所述内部芯片;所述上微通道结构的数量为3条;所述下微通道结构的数量为3条。
进一步地,所述上TEC制冷片位于IGBT芯片的上方,所述下TEC制冷片位于IGBT芯片的下方;所述上微通道结构向下垂直于所述上热脂层和上DBC基板;所述下微通道结构向上垂直于所述下热脂层和下DBC基板。
进一步地,所述上微通道结构和下微通道结构均为圆孔通道;所述上微通道结构的直径为10μm~1000μm;所述下微通道结构的直径为10μm~1000μm。
进一步地,所述上微通道结构的直径为10μm、50μm或100μm;所述下微通道结构的直径均10μm、50μm或100μm。
进一步地,所述上DBC基板的下端开设有上凹口;所述下DBC基板的上端开设有下凹口;所述上凹口和下凹口在上DBC基板和下DBC基板压接封装时形成一个用于灌入惰性气体的密封腔;所述内部芯片位于所述密封腔内。
进一步地,所述上DBC基板与所述下DBC基板相对所述内部芯片相对称;所述上DBC基板由上至下依次包括外铜层、AlN陶瓷层和内铜层;所述下DBC基板由下至上依次包括所述外铜层、AlN陶瓷层和内铜层;
所述上微通道结构贯穿所述外铜层、AlN陶瓷层且所述上微通道结构的下端面与所述内铜层的上端面相接触;
所述下微通道结构贯穿所述外铜层、AlN陶瓷层且所述下微通道结构的上端面与所述内铜层的下端面相接触;
所述上凹口和下凹口对应设于所述上DBC基板和下DBC基板的内铜层上。
进一步地,所述上热脂层和下热脂层的厚度均为0.2mm~0.4mm;所述外铜层和内铜层的厚度均为0.2mm~0.4mm;所述AlN陶瓷层的厚度为0.7mm~0.9mm。
进一步地,所述上热脂层和下热脂层的厚度均为0.3mm;所述外铜层和内铜层的厚度均为0.4mm;所述AlN陶瓷层的厚度为0.9mm。
进一步地,所述上DBC基板与所述内部芯片之间、所述下DBC基板与内部芯片之间分别设有上缓冲层和下缓冲层。
进一步地,所述上缓冲层和下缓冲层均为Mo缓冲层;所述上缓冲层和下缓冲层的厚度均为0.1mm~0.3mm。
进一步地,所述上缓冲层和下缓冲层的厚度均为0.2mm。
进一步地,所述IGBT芯片和SiC二极管均具有两个;两个所述SiC二极管位于两个所述 IGBT芯片的后方。
与现有的技术相比,本实用新型具有如下优点:
1.本实用新型的定点冷却SiC混合功率模块通过用SiC二极管代替Si-FRD(硅快恢复二极管),通过铜层布线与IGBT芯片相连接,构成一个半桥式拓扑结构,形成一种混合功率模块,有效降低功耗,提高开关速度,降低热量的散发,提升产品的整体可靠性,而且成本较低。
2.本实用新型的定点冷却SiC混合功率模块通过压接式封装的方式形成,在内部芯片的上表面上由上至下依次设置了上热沉、上热脂层和上DBC基板;在内部芯片的下表面上由下至上依次设置了下热沉、下热脂层和下DBC基板,通过压接式封装形成定点冷却SiC混合功率模块,形成双面散热结构,在上热沉和下热沉两侧的冷空气的作用下,双向进行双面换热冷却,同时,在上热脂层和上DBC基板内设置上微通道结构,下热脂层和下DBC基板内设置下微通道结构可以消除热扩散效应,从而将冷却效果集中在内部芯片上,集中针对热源的热点区域性散热,提升整体散热的均匀性,加快散热效率,避免定点冷却SiC混合功率模块电热疲劳加快,影响定点冷却SiC混合功率模块的工作性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
图1是本实用新型的定点冷却SiC混合功率模块的结构示意图。
图2是本实用新型的定点冷却SiC混合功率模块的内部芯片的俯视结构示意图。
图3是本实用新型的定点冷却SiC混合功率模块的内部芯片的半桥式拓扑结构的电路示意图。
图4是本实用新型的现有的IGBT模块的结构示意图。
图中包括:
内部芯片1、IGBT芯片11、SiC二极管12、上DBC基板2、下DBC基板3、上热沉4、下热沉5、上热脂层6、下热脂层7、上TEC制冷片8、下TEC制冷片9、上微通道结构10、下微通道结构13、上凹口14、下凹口15、密封腔16、外铜层17、AlN陶瓷层18、内铜层19、上缓冲层20、下缓冲层21。
具体实施方式
结合以下实施例对本申请作进一步描述。
如图1至图4,一种定点冷却SiC混合功率模块,包括内部芯片1,所述内部芯片1包括 IGBT芯片11和SiC二极管12;所述IGBT芯片11与所述SiC二极管12相串联;所述定点冷却SiC混合功率模块还包括上DBC基板2、下DBC基板3、上热沉4、下热沉5、上热脂层6、下热脂层7、上微通道结构10和下微通道结构13。其中,上DBC基板2位于所述内部芯片1 的上方;下DBC基板3位于所述内部芯片1的下方;所述上热沉4和下热沉5分别位于所述上DBC基板2的上端和下DBC基板3的下端;上热脂层6位于所述上热沉4与上DBC基板2 之间;下热脂层7位于所述下热沉5与下DBC基板3之间;上微通道结构10设于所述上热脂层6和所述上DBC基板2内且向下延伸;下微通道结构13设于所述下热脂层7和所述下DBC 基板3内且向上延伸。
该定点冷却SiC混合功率模块通过用SiC二极管12代替Si-FRD(硅快恢复二极管),通过铜层布线与IGBT芯片11相连接,构成一个半桥式拓扑结构,形成一种混合功率模块,有效降低功耗,提高开关速度,降低热量的散发,提升产品的整体可靠性,而且成本较低;同时,采用压接式封装的方式形成定点冷却SiC混合功率模块,在内部芯片1的上表面上由上至下依次设置了上热沉4、上热脂层6和上DBC基板2;在内部芯片1的下表面上由下至上依次设置了下热沉5、下热脂层7和下DBC基板3,通过压接式封装形成定点冷却SiC混合功率模块,形成双面散热结构,在上热沉4和下热沉5两侧的冷空气的作用下,双向进行双面换热冷却;同时,由于上DBC基板2和下DBC基板3的散热效应,沿上DBC基板2和下DBC 基板3的横向热流会损失一部分冷却性能,在上热脂层4和上DBC基板2内设置上微通道结构10,下热脂层5和下DBC基板3内设置下微通道结构13可以消除热扩散效应,从而将冷却效果集中在内部芯片1上,集中针对热源的热点区域性散热,提升整体散热的均匀性,加快散热效率,避免定点冷却SiC混合功率模块电热疲劳加快,影响定点冷却SiC混合功率模块的工作性能。
所述IGBT芯片11和SiC二极管12均具有两个;两个所述SiC二极管12位于两个所述IGBT芯片11的后方。通过在两个IGBT芯片11的后方设置两个SiC二极管12,通过在两个IGBT芯片11和两个SiC二极管12进行铜层布线,构成一个半桥式拓扑结构,经过加工后,形成所述内部芯片1,同时进行双面换热冷却,加快散热效率,提升内部芯片1的工作性能。
由于铜和硅的热膨胀系数差异较大,为了减少铜层布线与IGBT芯片11和两个SiC二极管12的表面之间热循环的机械应力,所述上DBC基板2与所述内部芯片1之间、所述下DBC 基板3与内部芯片1之间分别设有上缓冲层20和下缓冲层21。优选的,所述上缓冲层20和下缓冲层21均为Mo缓冲层,即钼缓存层。通过设置上缓冲层20和下缓冲层21,有助于减少铜层布线与IGBT芯片11和SiC二极管12的表面之间热循环的机械应力,采用直接压接结构,即使用铜层布线在IGBT芯片11和两个SiC二极管12的表面的上下表面上施加压力,均衡压力,避免内部芯片1承受过大压力,有利于铜层布线分别与IGBT芯片11和两个SiC二极管12形成良好接触。其中,所述上缓冲层20和下缓冲层21的厚度为0.1mm~0.3mm。优选的,所述上缓冲层20和下缓冲层21的厚度为0.2mm。通过设定上缓冲层20和下缓冲层21 的厚度范围,有助于减少铜层布线与IGBT芯片11和两个SiC二极管12的表面之间热循环的机械应力,均衡压力,避免内部芯片1承受过大压力,以及适当设置上缓冲层20和下缓冲层 21的厚度范围,可以避免成本过高。
为了加快定点冷却SiC混合功率模块的散热效率,所述上热沉4内设有位于所述上DBC 基板2上方的上TEC制冷片8;所述下热沉5内设有位于所述下DBC基板3下方的下TEC制冷片9。该上TEC制冷片8和下TEC制冷片9结构简单,尺寸小,可靠性高。该上TEC制冷片8和下TEC制冷片9由2片绝缘陶瓷材料、8对N、P型半导体材料通过金属Cu串联组成,通过外加直流电源,实现制冷。通过在上热沉4和下热沉5的下端分别开设定位槽,将上TEC 制冷片8和下TEC制冷片9对应内嵌于定位槽内,从内部芯片1的上下方向实现双向定点定区域散热,极大地优化内部芯片1所在区域的散热情况,优化整体的散热均匀性。
所述上微通道结构10设于所述上TEC制冷片8的下方且向下贯穿所述上热脂层6并穿过所述上DBC基板2;所述下微通道结构13设于所述下TEC制冷片9的上方且向上贯穿所述下热脂层7并穿过所述下DBC基板3。由于上DBC基板2和下DBC基板3的散热效应,沿上DBC 基板2和下DBC基板3的横向热流分别会损失一部分上TEC制冷片8的冷却性能和下TEC制冷片9的冷却性能,因此,通过设置上微通道结构10和下微通道结构13,以消除热扩散效应,从而将上TEC制冷片8和下TEC制冷片9的冷却效果集中在内部芯片1上,提升定点散热效果。
在本具体实施方式中,所述上DBC基板2与下DBC基板3之间具有2个所述内部芯片1;所述上微通道结构10的数量最多为3条;所述下微通道结构13的数量最多为3条。优选的,所述上微通道结构10的数量为3条;所述下微通道结构13的数量为3条。3条上微通道结构10均匀排位分布在上TEC制冷片8的下方;3条下微通道结构13均匀排位分布在下TEC 制冷片9的上方。根据2个内部芯片1,合理限定上微通道结构10和下微通道结构13的数量范围,最多可以为3条,一方面可以消除热扩散效应,从而将上TEC制冷片8和下TEC制冷片9的冷却效果集中在两个内部芯片1上,提升定点散热效果;另一方面,避免上微通道结构10和下微通道结构13的数量过多,造成定点冷却SiC混合功率模块的结构不稳定。当然,在另一具体实施方式中,内部芯片1的数量也可以为1个,上微通道结构10和下微通道结构13的数量都是最多为2个。
所述上微通道结构10和下微通道结构13均为圆孔通道;所述上微通道结构10和下微通道结构13的直径均为10μm~1000μm。通过将上微通道结构10和下微通道结构13的直径限定在10μm~1000μm内,使上DBC基板2和下DBC基板3具有良好的承压性能,避免在压接式封装的过程中,由于失衡,使内部芯片1承受压力过大,导致损坏。所述上微通道结构 10和下微通道结构13的优选直径均为10μm、50μm、100μm三种规格。具体的,所述上微通道结构10和下微通道结构13的最优直径为50μm。将上微通道结构10和下微通道结构13 的直径设置为50μm,可以保证上DBC基板2和下DBC基板3的结构稳定性,具有良好的承压性能,同时内部芯片1的散热效果达到最优。当然,在另一些具体实施方式中,上微通道结构10和下微通道结构13也可以为多变形通道,例如方形通道、三角形通道、六边形通道等。
由于功率模块的热量主要是由IGBT芯片11产生,具体的,所述上TEC制冷片8位于IGBT 芯片11的上方,所述下TEC制冷片9位于IGBT芯片11的下方。通过在内部芯片1所对应的 IGBT芯片11区域进行定点冷却,主要通过上TEC制冷片8、下TEC制冷片9与上微通道结构10、下微通道结相结合,集中针对热源的热点区域性散热,使定点冷却SiC混合功率模块散热效果更显著,提升整体散热的均匀性。
优选的,所述上微通道结构10向下垂直于所述上热脂层6和上DBC基板2;所述下微通道结构13向上垂直于所述下热脂层7和下DBC基板3。通过设置上微通道结构10向下垂直于上热脂层6和上DBC基板2,以及下微通道结构13向上垂直于下热脂层7和下DBC基板3,使上DBC基板2和下DBC基板3具有良好的承压性能,同时,设置上微通道结构10和下微通道结构13的长度最短,结构简单,节约加工成本,以及可以避免在压接式封装的过程中,由于失衡,使内部芯片1承受压力过大,导致损坏。
所述上DBC基板2的下端开设有上凹口14;所述下DBC基板3的上端开设有下凹口15;所述上凹口14和下凹口15分别在上DBC基板2和下DBC基板3压接封装时形成一个用于灌入惰性气体的密封腔16;所述内部芯片1位于所述密封腔16内。在上DBC基板2和下DBC 基板3压接封装时,可以将上凹口14和下凹口15相合密封形成一个密封腔16,通过在该密封腔16内灌入惰性气体以防止金属材料氧化,具体是防止内部芯片1上的金属被氧化。
所述上DBC基板2与所述下DBC基板3相对所述内部芯片1相对称;所述上DBC基板2由上至下依次包括外铜层17、AlN陶瓷层18和内铜层19;所述下DBC基板3由下至上依次包括所述外铜层17、AlN陶瓷层18和内铜层19;所述上微通道结构10贯穿所述外铜层17、 AlN陶瓷层18且所述上微通道结构10的下端面与所述内铜层19的上端面相接触;所述下微通道结构13贯穿所述外铜层17、AlN陶瓷层18且所述下微通道结构13的上端面与所述内铜层19的下端面相接触;所述上凹口14和下凹口15对应设于所述上DBC基板2和下DBC基板 3的内铜层19上。在外铜层17和内铜层19之间设置AlN陶瓷层18,AlN陶瓷层18的热导率为170~240W/(mK),热膨胀系数为3.3~5.0x10-6/K,具有良好的绝缘和导热的作用。该上DBC基板2和下DBC基板3均由外铜层17、AlN陶瓷层18和内铜层19构成,由于Cu和 AlN陶瓷层18能充分反应键合,两者牢固结合,原因在于:在常规的高温的条件下,使AlN 陶瓷层18与氧气发生氧化,并在AlN陶瓷层18的表面形成一层致密氧化铝薄膜,以及外铜层17或内铜层19与氧气反应,外铜层17或内铜层19的表面生产氧化亚铜,然后氧化铝薄膜再与氧化亚铜反生反应生成CuAlO2,使外铜层17、内铜层19和AlN陶瓷层18能充分反应键合,三者牢固结合,通过上DBC基板2与下DBC基板3作为基板,对内部芯片1进行压接式封装后,不仅作为绝缘、高效导热层,而且可以交直接与上热沉4、上热脂层6、上TEC制冷片8、下热沉5、下热脂层7、下TEC制冷片9形成的双面散热器相连,进行热交换。
其中,所述上热脂层6和下热脂层7的厚度均为0.2mm~0.4mm;所述外铜层17和内铜层19的厚度均为0.2mm~0.4mm;所述AlN陶瓷层18的厚度为0.7mm~0.9mm。优选的,所述上热脂层6和下热脂层7的厚度均为0.4mm;所述AlN陶瓷层18的厚度为0.9mm。通过设定上热脂层6和下热脂层7的厚度范围和AlN陶瓷层18的厚度范围,使上DBC基板2和下DBC 基板3具有高效导热性,可以实现双面换热冷却,加快散热效率。
该定点冷却SiC混合功率模块通过用SiC二极管12代替Si-FRD(硅快恢复二极管),通过铜层布线与IGBT芯片11相连接,构成一个半桥式拓扑结构,形成一种混合功率模块,有效降低功耗,提高开关速度,降低热量的散发,提升产品的整体可靠性,而且成本较低;同时,采用压接式封装的方式形成定点冷却SiC混合功率模块,在内部芯片1的上下方设置了上DBC基板2、下DBC基板3、上热沉4、下热沉5、上热脂层6、下热脂层7、上TEC制冷片8、下TEC制冷片9、上微通道结构10、下微通道结构13,通过压接式封装形成定点冷却 SiC混合功率模块,形成双面散热结构,在上热沉4和下热沉5两侧的冷空气的作用下,以及在内部芯片1所对应的IGBT芯片11区域进行定点冷却,主要通过上TEC制冷片8、下TEC 制冷片9与上微通道结构10、下微通道结相结合,双向进行双面换热冷却,加快散热效率,集中针对热源的热点区域性散热,提升整体散热的均匀性,避免定点冷却SiC混合功率模块电热疲劳加快,影响定点冷却SiC混合功率模块的工作性能。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对本申请保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (15)

1.一种定点冷却SiC混合功率模块,包括内部芯片,其特征在于,所述内部芯片包括IGBT芯片和SiC二极管;所述IGBT芯片与所述SiC二极管相串联;所述定点冷却SiC混合功率模块还包括:
上DBC基板,其位于所述内部芯片的上方;
下DBC基板,其位于所述内部芯片的下方;
上热沉、下热沉;所述上热沉和下热沉分别位于所述上DBC基板的上端和下DBC基板的下端;
上热脂层,其位于所述上热沉与上DBC基板之间;
下热脂层,其位于所述下热沉与下DBC基板之间;
上微通道结构,其设于所述上热脂层和所述上DBC基板内且向下延伸;
下微通道结构,其设于所述下热脂层和所述下DBC基板内且向上延伸。
2.根据权利要求1所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上热沉内设有位于所述上DBC基板上方的上TEC制冷片;所述下热沉内设有位于所述下DBC基板下方的下TEC制冷片。
3.根据权利要求2所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上微通道结构设于所述上TEC制冷片的下方且向下贯穿所述上热脂层并穿过所述上DBC基板;所述下微通道结构设于所述下TEC制冷片的上方且向上贯穿所述下热脂层并穿过所述下DBC基板。
4.根据权利要求3所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上DBC基板与下DBC基板之间具有2个所述内部芯片;所述上微通道结构的数量为3条;所述下微通道结构的数量为3条。
5.根据权利要求3所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上TEC制冷片位于IGBT芯片的上方,所述下TEC制冷片位于IGBT芯片的下方;所述上微通道结构向下垂直于所述上热脂层和上DBC基板;所述下微通道结构向上垂直于所述下热脂层和下DBC基板。
6.根据权利要求3所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上微通道结构和下微通道结构均为圆孔通道;所述上微通道结构的直径为10μm~1000μm;所述下微通道结构的直径为10μm~1000μm。
7.根据权利要求6所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上微通道结构的直径为10μm、50μm或100μm;所述下微通道结构的直径为10μm、50μm或100μm。
8.根据权利要求3所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上DBC基板的下端开设有上凹口;所述下DBC基板的上端开设有下凹口;所述上凹口和下凹口在上DBC基板和下DBC基板压接封装时形成一个用于灌入惰性气体的密封腔;所述内部芯片位于所述密封腔内。
9.根据权利要求8所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上DBC基板与所述下DBC基板相对所述内部芯片相对称;所述上DBC基板由上至下依次包括外铜层、AlN陶瓷层和内铜层;所述下DBC基板由下至上依次包括所述外铜层、AlN陶瓷层和内铜层;
所述上微通道结构贯穿所述外铜层、AlN陶瓷层且所述上微通道结构的下端面与所述内铜层的上端面相接触;
所述下微通道结构贯穿所述外铜层、AlN陶瓷层且所述下微通道结构的上端面与所述内铜层的下端面相接触;
所述上凹口和下凹口对应设于所述上DBC基板和下DBC基板的内铜层上。
10.根据权利要求9所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上热脂层和下热脂层的厚度均为0.2mm~0.4mm;所述外铜层和内铜层的厚度均为0.2mm~0.4mm;所述AlN陶瓷层的厚度为0.7mm~0.9mm。
11.根据权利要求10所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上热脂层和下热脂层的厚度均为0.3mm;所述外铜层和内铜层的厚度均为0.4mm;所述AlN陶瓷层的厚度为0.9mm。
12.根据权利要求1所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上DBC基板与所述内部芯片之间、所述下DBC基板与内部芯片之间分别设有上缓冲层和下缓冲层。
13.根据权利要求12所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上缓冲层和下缓冲层均为Mo缓冲层;所述上缓冲层和下缓冲层的厚度均为0.1mm~0.3mm。
14.根据权利要求13所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述上缓冲层和下缓冲层的厚度均为0.2mm。
15.根据权利要求1所述的定点冷却SiC混合功率模块,其特征在于,所述IGBT芯片和SiC二极管均具有两个;两个所述SiC二极管位于两个所述IGBT芯片的后方。
CN202020649547.5U 2020-04-26 2020-04-26 一种定点冷却SiC混合功率模块 Active CN212230427U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202020649547.5U CN212230427U (zh) 2020-04-26 2020-04-26 一种定点冷却SiC混合功率模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202020649547.5U CN212230427U (zh) 2020-04-26 2020-04-26 一种定点冷却SiC混合功率模块

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN212230427U true CN212230427U (zh) 2020-12-25

Family

ID=73908553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202020649547.5U Active CN212230427U (zh) 2020-04-26 2020-04-26 一种定点冷却SiC混合功率模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN212230427U (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107170714B (zh) 一种低寄生电感功率模块及双面散热低寄生电感功率模块
JP6217756B2 (ja) 半導体モジュール
CN1873973B (zh) 一种大功率半导体发光元件的封装
WO2019071743A1 (zh) 采用低温烧结纳米银的双面互连硅基igbt模块的方法
CN101789404A (zh) 散热器
CN109817591B (zh) 一种高功率密度igbt模块的双面水冷散热结构及加工工艺
CN111261599B (zh) 基于石墨烯基封装衬板的大功率ipm的结构及加工工艺
CN110660762A (zh) 热传递结构、电力电子模块及其制造方法以及冷却元件
CN113130455A (zh) 一种高热可靠性的多单元功率集成模块及其加工工艺
JP2004006603A (ja) 半導体パワーデバイス
CN102710102A (zh) 一种液冷的igbt变流装置和制造方法
CN211182190U (zh) 绝缘栅双极型晶体管、智能功率模块及空调器
CN110707057B (zh) 一种SiC功率器件的封装结构
CN212230427U (zh) 一种定点冷却SiC混合功率模块
TW201608678A (zh) 晶片封裝模組與封裝基板
JP2009021445A (ja) インバータ装置
CN114551381B (zh) 一种嵌入式双面散热mosfet模块封装结构
WO2021047273A1 (zh) 倒装led光源
CN209708964U (zh) 一种功率模块及电子设备
CN207233722U (zh) 一种新型igbt模块封装结构
CN115116986A (zh) 一种3d双面散热封装结构的功率模块
CN213816144U (zh) 一种igbt功率模块
CN220798609U (zh) 一种主动散热功率模块
CN212750867U (zh) 一种双面散热封装器件
CN202616229U (zh) 一种液冷的igbt变流装置

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant