CN215266281U - 功率模块与电子装置 - Google Patents

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朱贤龙
闫鹏修
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Abstract

本实用新型涉及一种功率模块与电子装置，功率模块包括第一散热底板、第一覆铜陶瓷板、第一芯片、第二芯片、第二覆铜陶瓷板与第二散热底板。第一散热底板、第一覆铜陶瓷板、第一芯片、第二芯片、第二覆铜陶瓷板与第二散热底板由下至上依次叠层设置。在工作时产生的热量，一方面通过第一芯片、第一覆铜陶瓷板及第一散热底板向外扩散出去，另一方面还能通过第二芯片、第二覆铜陶瓷板及第二散热底板向外扩散出去，如此能提高功率模块的散热性能，降低热阻，保证产品质量。此外，相对于传统的功率模块，可以将原有功率模块中芯片上的电路分布于层叠设置的第一芯片与第二芯片上，从而能有利于减小功率模块的体积尺寸，增大功率模块的应用场景。

Description

功率模块与电子装置
技术领域
本实用新型涉及半导体电子器件技术领域，特别是涉及一种功率模块与电子装置。
背景技术
功率模块，例如可以是IGBT模块，FRD功率模块，MOSFET功率模块等等，通常是将覆铜陶瓷板焊接装设于散热底板上，并在覆铜陶瓷板的表面上进行刻蚀、贴芯片和电气连接等操作。此外，为了保证覆铜陶瓷板上的元器件不被污染，以及不影响功率模块的正常工作，在覆铜陶瓷板与芯片的外围灌入硅凝胶，硅凝胶对覆铜陶瓷板与芯片起到保护作用。然而，传统的功率模块的元器件产生的热量通过覆铜陶瓷板传递给散热底板，由散热底板向外扩散，覆铜陶瓷板与芯片的外围的硅凝胶的散热性能较差，如此功率模块的散热性能较差，不能满足大多用户的需求。
实用新型内容
基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种功率模块与电子装置，它能够提高散热性能。
其技术方案如下：一种功率模块，所述功率模块包括：第一散热底板、第一覆铜陶瓷板、第一芯片、第二芯片、第二覆铜陶瓷板与第二散热底板，所述第一散热底板、所述第一覆铜陶瓷板、所述第一芯片、所述第二芯片、所述第二覆铜陶瓷板与所述第二散热底板由下至上依次叠层设置，所述第一散热底板与所述第一覆铜陶瓷板相连，所述第一覆铜陶瓷板与所述第一芯片相连，所述第一芯片与所述第二芯片相连，所述第二芯片与所述第二覆铜陶瓷板相连，所述第二覆铜陶瓷板与所述第二散热底板相连。
上述的功率模块，在工作时产生的热量，一方面通过第一芯片、第一覆铜陶瓷板及第一散热底板向外扩散出去，另一方面还能通过第二芯片、第二覆铜陶瓷板及第二散热底板向外扩散出去，如此能提高功率模块的散热性能，降低热阻，保证产品质量。此外，相对于传统的功率模块，可以将原有功率模块中芯片上的电路分布于层叠设置的第一芯片与第二芯片上，从而能有利于减小功率模块的体积尺寸，增大功率模块的应用场景。
在其中一个实施例中，所述第一芯片工作时的电流方向与第二芯片工作时的电流方向相反。
在其中一个实施例中，所述第一芯片通过金属块与所述第二芯片相连。
在其中一个实施例中，所述功率模块还包括外壳；所述第一覆铜陶瓷板包括第一陶瓷板本体、设于所述第一陶瓷板本体的其中一侧面上的第一铜层、以及设于所述第一陶瓷板本体的另一侧面上的第二铜层，所述第一铜层与所述第一散热底板相连，所述第一芯片设于所述第二铜层上；所述第二覆铜陶瓷板包括第二陶瓷板本体、设于所述第二陶瓷板本体的其中一侧面上的第三铜层、以及设于所述第二陶瓷板本体的另一侧面上的第四铜层，所述第三铜层与所述第二散热底板相连，所述第二芯片设于所述第四铜层上；所述外壳绕设于所述第一陶瓷板本体、第二铜层、第一芯片、第二芯片、第四铜层及第二陶瓷板本体的外围，所述外壳设有相对的两个开口，其中一个所述开口露出所述第一铜层，另一个所述开口露出所述第三铜层。
在其中一个实施例中，所述外壳的内部填充有凝胶或树脂。
在其中一个实施例中，所述第一芯片的引脚与所述第二芯片的引脚贯穿所述外壳伸出到所述外壳外。
在其中一个实施例中，所述第一散热底板与所述第二散热底板均为散热铜板或散热铝板。
在其中一个实施例中，所述第一散热底板背离于所述第一覆铜陶瓷板的侧面上设有若干个第一散热翅片或若干个第一散热柱。
在其中一个实施例中，所述第二散热底板背离于所述第二覆铜陶瓷板的侧面上设有若干个第二散热翅片或若干个第二散热柱。
一种电子装置，所述电子装置包括所述的功率模块。
上述的功率模块，在工作时产生的热量，一方面通过第一芯片、第一覆铜陶瓷板及第一散热底板向外扩散出去，另一方面还能通过第二芯片、第二覆铜陶瓷板及第二散热底板向外扩散出去，如此能提高功率模块的散热性能，降低热阻，保证产品质量。此外，相对于传统的功率模块，可以将原有功率模块中芯片上的电路分布于层叠设置的第一芯片与第二芯片上，从而能有利于减小功率模块的体积尺寸，增大功率模块的应用场景。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
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为本实用新型一实施例的功率模块的结构示意图；
图2为图1在A处的放大结构示意图；
图3为本实用新型一实施例的功率模块设有外壳与散热柱时的一视角结构图；
图4为本实用新型一实施例的功率模块设有外壳与散热柱时的另一视角结构图；
图5为本实用新型一实施例的功率模块设有外壳与散热柱时的又一视角结构图；
图6为本实用新型一实施例的功率模块省略散热底板与散热柱时的一视角结构图；
图7为本实用新型一实施例的功率模块省略散热底板与散热柱时的另一视角结构图；
图8为本实用新型一实施例的功率模块省略散热底板与散热柱时的又一视角结构图。
10、第一散热底板；11、第一散热柱；20、第一覆铜陶瓷板；21、第一陶瓷板本体；22、第一铜层；23、第二铜层；30、第一芯片；40、第二芯片；50、第二覆铜陶瓷板；51、第二陶瓷板本体；52、第三铜层；53、第四铜层；60、第二散热底板；61、第二散热柱；70、金属块；80、外壳；90、引脚。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
参阅图1与图2，图1示出了本实用新型一实施例的功率模块的结构示意图，图2示出了图1在A处的放大结构示意图。本实用新型一实施例提供的一种功率模块，功率模块包括第一散热底板10、第一覆铜陶瓷板20、第一芯片30、第二芯片40、第二覆铜陶瓷板50与第二散热底板60。第一散热底板10、第一覆铜陶瓷板20、第一芯片30、第二芯片40、第二覆铜陶瓷板50与第二散热底板60由下至上依次叠层设置。第一散热底板10与第一覆铜陶瓷板20相连，第一覆铜陶瓷板20与第一芯片30相连。第一芯片30与第二芯片40相连，第二芯片40与第二覆铜陶瓷板50相连。第二覆铜陶瓷板50与第二散热底板60相连。
上述的功率模块，在工作时产生的热量，一方面通过第一芯片30、第一覆铜陶瓷板20及第一散热底板10向外扩散出去，另一方面还能通过第二芯片40、第二覆铜陶瓷板50及第二散热底板60向外扩散出去，如此能提高功率模块的散热性能，降低热阻，保证产品质量。此外，相对于传统的功率模块，可以将原有功率模块中芯片上的电路分布于层叠设置的第一芯片30与第二芯片40上，从而能有利于减小功率模块的体积尺寸，增大功率模块的应用场景。
一般而言，传统的功率模块的所有芯片都设置于覆铜陶瓷板背离于散热底板的侧面上，在实现功率模块的电气功能时由于材料的物理特性，功率模块会产生杂散电感，且产生的杂散电感较高不易降低。此外，传统的功率模块的所有芯片均铺设于同一个覆铜陶瓷板背离于散热底板的侧面上，空间利用率较低。
进一步地，第一芯片30工作时的电流方向与第二芯片40工作时的电流方向相反。如此，通过第一覆铜陶瓷板20与第二覆铜陶瓷板50的版图设计，在第一覆铜陶瓷板20与第二覆铜陶瓷板50上合理布置第一芯片30和第二芯片40，以使得第一芯片30工作时的电流方向与第二芯片40工作时的电流方向相反，这样便能降低功率模块工作时产生的杂散电感，提高产品性能。
需要说明的是，第一芯片30与第二芯片40分别在第一覆铜陶瓷板20与第二覆铜陶瓷板50上的布局设计方式较多，只要能实现第一芯片30工作时的电流方向与第二芯片40工作时的电流方向相反即可，在此不做具体限定。
请参阅图2，在一个实施例中，第一芯片30通过金属块70与第二芯片40 相连。具体而言，金属块70例如为金属钼块，当然也可以采用其它材质的金属块70电性连接，在此不进行限定。第一芯片30与第二芯片40需要电性连接的部位采用金属块70相连，能保证第一芯片30与第二芯片40的电性连接效果，保证产品质量。
请参阅图2至图5，图3示出了本实用新型一实施例的功率模块设有外壳 80与散热柱时的一视角结构图，图4示出了本实用新型一实施例的功率模块设有外壳80与散热柱时的另一视角结构图，图5示出了本实用新型一实施例的功率模块设有外壳80与散热柱时的又一视角结构图。在一个实施例中，功率模块还包括外壳80。第一覆铜陶瓷板20包括第一陶瓷板本体21、设于第一陶瓷板本体21的其中一侧面上的第一铜层22、以及设于第一陶瓷板本体21的另一侧面上的第二铜层23。第一铜层22与第一散热底板10相连，第一芯片30设于第二铜层23上。
同样地，第二覆铜陶瓷板50包括第二陶瓷板本体51、设于第二陶瓷板本体 51的其中一侧面上的第三铜层52、以及设于第二陶瓷板本体51的另一侧面上的第四铜层53。第三铜层52与第二散热底板60相连。第二芯片40设于第四铜层53上。
请参阅图3与图4，具体而言，外壳80绕设于第一陶瓷板本体21、第二铜层23、第一芯片30、第二芯片40、第四铜层53及第二陶瓷板本体51的外围。外壳80设有相对的两个开口(图未示)，其中一个开口(如图3所示位于外壳 80的底面)露出第一铜层22，另一个开口(如图3所示位于外壳80的顶面) 露出第三铜层52。如此，由于外壳80绕设于第一陶瓷板本体21、第二铜层23、第一芯片30、第二芯片40、第四铜层53及第二陶瓷板本体51的外围，因此外壳80对第一陶瓷板本体21、第二铜层23、第一芯片30、第二芯片40、第四铜层53及第二陶瓷板本体51起到保护作用，能避免第一陶瓷板本体21、第二铜层23、第一芯片30、第二芯片40、第四铜层53及第二陶瓷板本体51出现损伤的不良现象。
具体而言，第一铜层22与第一散热底板10采用例如真空回流焊技术焊接连接。同样地，第一芯片30与第二铜层23采用例如真空回流焊技术焊接连接。第三铜层52与第二散热底板60采用例如真空回流焊技术焊接连接。第二芯片 40与第四铜层53采用例如真空回流焊技术焊接连接。此外，第一芯片30的数量例如可以是一个、两个、三个或其它数量，在此不进行限定。同样地，第二芯片40的数量例如可以是一个、两个、三个或其它数量，在此不进行限定。
进一步地，外壳80的内部填充有凝胶或树脂。凝胶具体例如为硅凝胶，或者其它材质的凝胶。凝胶填充于外壳80内部后，凝胶或树脂包裹于第一芯片30、第二芯片40、第一覆铜陶瓷板20及第一覆铜陶瓷板50的外部，起到缓冲作用，避免外壳80局部受力而出现损坏，此外，凝胶或树脂还能使得功率模块具有较好的绝缘防护性能。
请参阅图6至图8，图6为示出了本实用新型一实施例的功率模块省略散热底板与散热柱时的一视角结构图，图7示出了本实用新型一实施例的功率模块省略散热底板与散热柱时的另一视角结构图，图8示出了本实用新型一实施例的功率模块省略散热底板与散热柱时的又一视角结构图。进一步地，第一芯片 30的引脚90与第二芯片40的引脚90贯穿外壳80伸出到外壳80外。引脚90 具体分为信号端子与功率端子。
请再参阅图2与图4，进一步地，第一散热底板10与第二散热底板60均为散热铜板或散热铝板。当然，第一散热底板10与第二散热底板60也可以为其它材质的散热金属板，在此不进行限定。
请再参阅图2与图4，进一步地，第一散热底板10背离于第一覆铜陶瓷板 20的侧面上设有若干个第一散热翅片或若干个第一散热柱11。如此，能使得功率模块具有较好的散热性能，从而能延长功率模块的使用寿命。具体而言，第一散热柱11与第一散热底板10一体成型。第一散热柱11相当于增大了第一散热底板10的散热面积，提高了散热效果。一体成型方式可采用挤压、铸造、压装、注塑、焊接等工艺实现。当然，也可以采用螺栓、螺钉、销钉、铆钉、卡接件、粘胶等等固定连接，在此不进行限定。进一步地，第一散热柱11呈阵列式布置于第一散热底板10上。当水流通过第一散热柱11时，在第一散热柱11 的阻挡扰流作用下，能实现冷却水流与第一散热底板10充分接触，从而能较好地将第一散热底板10上的热量向外扩散，散热性能较好。
请再参阅图2与图4，进一步地，第二散热底板60背离于第二覆铜陶瓷板 50的侧面上设有若干个第二散热翅片或若干个第二散热柱61。如此，能使得功率模块具有较好的散热性能，从而能延长功率模块的使用寿命。具体而言，第二散热柱61与第二散热底板60一体成型。第二散热柱61相当于增大了第二散热底板60的散热面积，提高了散热效果。一体成型方式可采用挤压、铸造、压装、注塑、焊接等工艺实现。当然，也可以采用螺栓、螺钉、销钉、铆钉、卡接件、粘胶等等固定连接，在此不进行限定。进一步地，第二散热柱61呈阵列式布置于第二散热底板60上。当水流通过第二散热柱61时，在第二散热柱61 的阻挡扰流作用下，能实现冷却水流与第二散热底板60充分接触，从而能较好地将第二散热底板60上的热量向外扩散，散热性能较好。
请再参阅图2与图4，在一个实施例中，一种电子装置，电子装置包括上述任意一实施例功率模块。
上述的功率模块，在工作时产生的热量，一方面通过第一芯片30、第一覆铜陶瓷板20及第一散热底板10向外扩散出去，另一方面还能通过第二芯片40、第二覆铜陶瓷板50及第二散热底板60向外扩散出去，如此能提高功率模块的散热性能，降低热阻，保证产品质量。此外，相对于传统的功率模块，可以将原有功率模块中芯片上的电路分布于层叠设置的第一芯片30与第二芯片40上，从而能有利于减小功率模块的体积尺寸，增大功率模块的应用场景。
其中，上述的功率模块例如可以是IGBT功率模块，FRD功率模块，MOSFET 功率模块等等，在此不进行限定。其中，绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是金属-氧化物半导体场效应晶体管和快速二极管组成的复合全控性电压驱动式功率半导体器件，结合了MOSFET与FRD的优点,具备开关速度快，输入阻抗高、反向恢复时间短、热稳定性好、通态压降低、高电压等特点，广泛应用于风能、太阳能、轨道交通、电动汽车、智能电网、家电变频领域等，已成为功率半导体器件的主流。快恢复二极管(FastRecovery Diode，FRD)是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管 (field-effect transistor)。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

Claims (10)

1.一种功率模块，其特征在于，所述功率模块包括：
第一散热底板、第一覆铜陶瓷板、第一芯片、第二芯片、第二覆铜陶瓷板与第二散热底板，所述第一散热底板、所述第一覆铜陶瓷板、所述第一芯片、所述第二芯片、所述第二覆铜陶瓷板与所述第二散热底板由下至上依次叠层设置，所述第一散热底板与所述第一覆铜陶瓷板相连，所述第一覆铜陶瓷板与所述第一芯片相连，所述第一芯片与所述第二芯片相连，所述第二芯片与所述第二覆铜陶瓷板相连，所述第二覆铜陶瓷板与所述第二散热底板相连。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一芯片工作时的电流方向与第二芯片工作时的电流方向相反。
3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一芯片通过金属块与所述第二芯片相连。
4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括外壳；所述第一覆铜陶瓷板包括第一陶瓷板本体、设于所述第一陶瓷板本体的其中一侧面上的第一铜层、以及设于所述第一陶瓷板本体的另一侧面上的第二铜层，所述第一铜层与所述第一散热底板相连，所述第一芯片设于所述第二铜层上；所述第二覆铜陶瓷板包括第二陶瓷板本体、设于所述第二陶瓷板本体的其中一侧面上的第三铜层、以及设于所述第二陶瓷板本体的另一侧面上的第四铜层，所述第三铜层与所述第二散热底板相连，所述第二芯片设于所述第四铜层上；所述外壳绕设于所述第一陶瓷板本体、第二铜层、第一芯片、第二芯片、第四铜层及第二陶瓷板本体的外围，所述外壳设有相对的两个开口，其中一个所述开口露出所述第一铜层，另一个所述开口露出所述第三铜层。
5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述外壳的内部填充有凝胶或树脂。
6.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述第一芯片的引脚与所述第二芯片的引脚贯穿所述外壳伸出到所述外壳外。
7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一散热底板与所述第二散热底板均为散热铜板或散热铝板。
8.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一散热底板背离于所述第一覆铜陶瓷板的侧面上设有若干个第一散热翅片或若干个第一散热柱。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的功率模块，其特征在于，所述第二散热底板背离于所述第二覆铜陶瓷板的侧面上设有若干个第二散热翅片或若干个第二散热柱。
10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括如权利要求1至9任意一项所述的功率模块。
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