CN215644454U

CN215644454U - 功率模块及电子设备

Info

Publication number: CN215644454U
Application number: CN202121723336.2U
Authority: CN
Inventors: 廖雯祺
Original assignee: Saic Infineon Automotive Power Semiconductor Shanghai Co ltd
Current assignee: Saic Infineon Automotive Power Semiconductor Shanghai Co ltd
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2031-07-27

Abstract

本申请提供了一种功率模块及电子设备，涉及半导体技术领域。功率模块包括金属板；散热结构，金属板设于散热结构，金属板与散热结构一体成型；芯片，芯片设于金属板上；信号端子，信号端子设于金属板上。金属板与散热结构一体成型，当组装该功率模块的过程中，只需要将信号端子安装于金属板上即可，在金属板和散热结构之间不需要通过焊接或者其他连接方式实现连接，避免对影响信号端子在金属板上的安装质量，同时减少了功率模块的结构层，功率模块的热阻小，散热好。

Description

功率模块及电子设备

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种功率模块及电子设备。

背景技术

现有功率模块的结构一般为芯片及信号端子下表面一次焊接在DCB(双面覆铜陶瓷基板)上层铜皮，DCB下层铜皮二次焊接到底板上。功率模块应用时芯片发热，为了将芯片产生的热量及时带走散出，底板通常放置在散热装置上。应用时，为保护及驱动芯片，控制板及驱动板通过压接将信号端子插入到对应PCB孔中，这对信号端子的位置及垂直度都有比较高的要求。二次焊接时一次焊接时的焊料再次融化，芯片及信号端子位置发生偏移，影响信号端子的垂直度导致端子与控制板及驱动板上的孔对位不准，进而影响控制板及驱动板的安装。

同时芯片下方散热需经一次焊料、三层结构的DCB、二次焊料及底板，模块散热路径结构层多，模块热阻大，散热差。制作时需经过二次焊接，二次焊接时存在空洞问题，进一步增加热阻。

实用新型内容

本申请实施例提供一种功率模块及电子设备，以改善现有功率模块二次焊接影响信号端子的安装质量的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种功率模块，包括金属板；散热结构，金属板设于散热结构，金属板与散热结构一体成型；芯片，芯片设于金属板上；信号端子，信号端子设于金属板上。

上述技术方案中，金属板与散热结构一体成型，当组装该功率模块的过程中，只需要将信号端子安装于金属板上即可，在金属板和散热结构之间不需要通过焊接或者其他连接方式实现连接，避免对影响信号端子在金属板上的安装质量，同时减少了功率模块的结构层，功率模块的热阻小，散热好。

在本申请第一方面的一些实施例中，芯片焊接于金属板上。

上述技术方案中，芯片焊接于金属板上能够保证芯片安装的结构稳定和电气性能。将芯片焊接于金属板上，由于金属板与散热结构一体成型，金属板与散热结构之间不会有二次焊接，不会对芯片和金属板之间的焊接关系造成影响，保证芯片在金属板上的安装质量。

在本申请第一方面的一些实施例中，信号端子包括端子底座和端子插针，端子底座焊接于金属板，端子插针插设于底座。

上述技术方案中，信号端子的端子底座焊接在金属板上，端子插针插设在底座上，当信号端子的部分结构损坏时，不会造成整个信号端子都报废，比如，当端子底座损坏后，有可能端子插针并未损坏，或者端子插针损坏后，有可能端子底座并未损坏，这样能够降低功率模块的生产成本。

在本申请第一方面的一些实施例中，信号端子为一体式结构。

上述技术方案中，信号端子为一体式结构，信号端子本身不需要组装，只需要将其安装在金属板上即可，能够减少功率模块的组装工序。

在本申请第一方面的一些实施例中，信号端子垂直于金属板所在平面。

上述技术方案中，信号端子垂直于金属板所在平面能够更好地保护和驱动芯片，以保证信号端子与控制板和驱动板上的孔准确对位，保证控制板及驱动板的有效安装。

在本申请第一方面的一些实施例中，散热结构包括用于盛放冷却液的散热通道。

上述技术方案中，通过冷却液在散热通道内流动以将芯片产生的热量及时带走散出，散热性能好，散热效率高。

在本申请第一方面的一些实施例中，散热结构为陶瓷材料。

上述技术方案中，散热结构为陶瓷材料，陶瓷材料既能实现功率模块绝缘也能实现芯片散热。

在本申请第一方面的一些实施例中，芯片包括IGBT和FRD组件、Diode、MOSFET中的一种或多种。

上述技术方案中，芯片包括IGBT和FRD组件、Diode、MOSFET中的一种或者多种能够根据实际需要选择不同的芯片及芯片组合，以保证功率模块的性能和成本。

在本申请第一方面的一些实施例中，芯片包括硅器件、宽禁带半导体器件中的一种或者多种。

上述技术方案中，芯片包括硅器件、宽禁带半导体器件中的一种或者多种能够根据实际需要选择不同材质的芯片，以保证功率模块的性能和成本。

第二方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括第一方面实施例提供的功率模块。

上述技术方案中，该功率模块因金属板和散热结构一体成型，当组装该功率模块的过程中，只需要将信号端子安装于金属板上即可，在金属板和散热结构之间不需要通过焊接或者其他连接方式实现连接，避免对影响信号端子在金属板上的安装质量，同时减少了功率模块的结构层，功率模块的热阻小，散热好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为现有技术中功率模块的示意图；

图2为本申请实施例提供的功率模块的示意图；

图3为本申请实施例提供的金属板和散热结构一体成型的示意图；

图4为散热通道为折形的散热结构的示意图；

图5为本申请实施例提供的功率模块的组装流程图。

图标：100-功率模块；10-芯片；20-信号端子；21-端子底座；22-端子插针；30-DCB；40-底板；50-散热装置；60-金属板；70-散热结构；71-散热通道；711-入口；712-出口；72-引导件；80-焊料。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

如图1所示，组装功率模块100时，先将芯片10的下表面和信号端子20的下表面通过焊料80焊接在DCB 30(双面覆铜陶瓷基板)的上层铜皮，形成功率模块100的一次焊接，再将DCB 30的下层铜皮通过焊料80焊接到底板40上，形成二次焊接。应用时，为保护及驱动芯片，控制板及驱动板通过压接将信号端子20插入到对应PCB板上的孔中，这对信号端子20的位置及垂直度都有比较高的要求。二次焊接时一次焊接时的焊料80再次融化，芯片10及信号端子20位置发生偏移，影响信号端子20的垂直度导致端子与控制板及驱动板上的孔对位不准，进而影响控制板及驱动板的安装。

为了将芯片10产生的热量及时带走散出，底板40通常放置在散热装置50上。此外，DCB 30为由三层结构形成，因此，芯片10下方散热需经一次焊料80、三层结构的DCB30、二次焊料80及底板40，功率模块100散热路径结构层多，模块热阻大，散热差。制作时需经过二次焊接，二次焊接时存在空洞问题，进一步增加热阻。

基于此，如图2所示，本申请实施例提供一种功率模块100，该功率模块100包括金属板60、散热结构70、芯片10和信号端子20。金属板60设于散热结构70，金属板60与散热结构70一体成型。芯片10设于金属板60上。信号端子20设于金属板60上。

如图2、图3所示，在本实施例中，金属板60为铜板，并且金属板60是已经刻蚀图形的铜板，对金属板60进行刻蚀可以实现不同芯片10间的电气功能隔离。在其他实施例中，金属板60也可以根据实际需要比如加工工艺、电气功能需求、生产成本等选择其他金属材质。

在本实施例中，芯片10的下表面和信号端子20的下表面均焊接于金属板60。芯片10和信号端子20焊接于金属板60上能够保证芯片10和信号端子20安装的结构稳定和电气性能。在其他实施例中，芯片10和金属板60之间也可以通过其他方式连接。

将芯片10焊接于金属板60上，由于金属板60与散热结构70一体成型，金属板60与散热结构70之间不会有二次焊接，不会对芯片10、信号端子20和金属板60之间的焊接关系造成影响，保证芯片10、信号端子20在金属板60上的安装质量。

金属板60与散热结构70一体成型，当组装该功率模块100的过程中，只需要将信号端子20安装于金属板60上即可，在金属板60和散热结构70之间不需要通过焊接或者其他连接方式实现连接，其制作工艺简单，仅需一次焊接，不存在因二次焊接造成信号端子20和芯片10与金属板60之间的焊料80层融化，芯片10和信号端子20不会发生二次偏移，信号端子20在金属板60上的安装质量得以保证，从而保证与驱动控制板的孔对位精度，有利于系统组装。

此外，金属板60与散热结构70一体成型，减少了功率模块100的结构层，功率模块100的热阻小，散热好。

芯片10包括IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)和FRD(快恢复二极管)组件、Diode(二极管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效晶体管)，能够根据实际需要选择不同的芯片及芯片组合，以保证功率模块100的性能和成本。

根据芯片10的材质不同，芯片10也可以包括硅器件、宽禁带半导体器件中的一种或者多种，以保证功率模块100的性能和成本。

芯片10可以是单个，也可以是多个，多个芯片10之间可以是串联或者并联，也可以是串联和并联同时存在。以满足各种电流电压规格。在本实施例中，芯片10为两个，一个芯片10为IGBT，另一个芯片10为FRD，两个芯片10并联。

在本实施例中，信号端子20包括端子底座21和端子插针22，端子底座21焊接于金属板60，端子底座21上设有插孔，端子插针22插设于底座的插孔内。

信号端子20的端子底座21焊接在金属板60上，端子插针22插设在底座上，实现电气连接，在本实施例中，信号端子20为分体式，当信号端子20的部分结构损坏时，不会造成整个信号端子20都报废，比如，当端子底座21损坏后，有可能端子插针22并未损坏，或者端子插针22损坏后，有可能端子底座21并未损坏，这样能够降低功率模块100的生产成本。

在其他实施例中，信号端子20也可以为一体式结构。则信号端子20本身不需要组装，只需要将其安装在金属板60上即可，能够减少功率模块100的组装工序。

在本实施例中，信号端子20垂直于金属板60所在平面，以保证信号端子20与控制板和驱动板上的孔准确对位，保证控制板及驱动板的有效安装。

在本实施例中，散热结构70包括用于盛放冷却液的散热通道71。通过冷却液在散热通道71内流动以将芯片10产生的热量及时带走散出，散热性能好，散热效率高。散热通道71的两端分别为进口和出口，冷却液经进口进入散热通道71，并从出口排出散热通道71，冷却液在流动的过程中带走芯片10产生的热量。散热通道71可以是一个、两个及两个以上的其他个数，在本实施例中，散热通道71为一个。

散热通道71可以有多种形式，比如带翅片的结构、带柱状结构、折形结构等。如图4所示，散热结构70的底壁间隔设有折形的引导件72，相邻的两个折形的引导件72之间形成散热通道71，在本实施例中，散热结构70具有多个散热通道71，所有散热通道71共用一个入口711和共用一个出口712，冷却液从入口711进入散热通道71，从出口712排出，两个折形的引导件72形成的散热通道71，使得冷却液的流动行程增大，更有利于散热。

为了保证散热性能，散热结构70采用高导热绝缘材料，比如，在本实施例中，散热结构70为陶瓷材料，既能实现功率模块100绝缘也能实现芯片10散热。

在组装过程中，IGBT及FRD放置在已刻蚀图形铜板(金属板60)的对应区域，已刻蚀图形铜板(金属板60)与散热结构70。IGBT、FRD和端子底座21焊接在已刻蚀图形铜板上。散热结构70既实现了模块的良好散热，也实现了模块的电气绝缘。

实际组装过程中，如图5所示，首先将焊料80印刷到表面带有已刻蚀图形铜板的散热结构70上，再将IGBT、FRD、和端子底座21放置于已刻蚀图形铜板对应位置，以上均装配完成后入炉进行焊接，焊接完成后出炉。出炉后对上述装配体绑线形成电气连接，绑线完成后将端子插针22插入端子底座21的插孔中，然后进行装框灌胶。模块成品制作完成，最后进行模块性能测试。

本申请还提供一种电子设备，该电子设备包括上述任一实施例提供的功率模块100。该功率模块100因金属板60和散热结构70一体成型，当组装该功率模块100的过程中，只需要将信号端子20安装于金属板60上即可，在金属板60和散热结构70之间不需要通过焊接或者其他连接方式实现连接，避免对影响信号端子20在金属板60上的安装质量，同时减少了功率模块100的结构层，功率模块100的热阻小，散热好。电子设备包括但不限于车辆、计算机、手机等。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种功率模块，其特征在于，包括：

金属板；

散热结构，所述金属板设于所述散热结构，所述金属板与所述散热结构一体成型；

芯片，所述芯片设于所述金属板上；以及

信号端子，所述信号端子设于所述金属板上。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述芯片焊接于所述金属板上。

3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述信号端子包括端子底座和端子插针，所述端子底座焊接于所述金属板，所述端子插针插设于所述底座。

4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述信号端子为一体式结构。

5.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述信号端子垂直于所述金属板所在平面。

6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述散热结构包括用于盛放冷却液的散热通道。

7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述散热结构为陶瓷材料。

8.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述芯片包括IGBT和FRD组件、Diode、MOSFET中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述芯片还包括硅器件和/或宽禁带半导体器件。

10.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求1-9任一项所述的功率模块。