TWI835404B - 功率模組 - Google Patents

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Abstract

一種功率模組包括至少一個功率元件、絕緣導熱層以及散 熱裝置。絕緣導熱層具有圖案化線路層。功率元件設置於圖案化線路層上並電性連接至圖案化線路層。散熱裝置包括散熱板與散熱座。散熱板具有相對的第一表面與第二表面，且絕緣導熱層設置於第一表面上。散熱座部分接合至散熱板，並在散熱板和散熱座之間形成空腔。散熱座具有位於空腔中的多個第一散熱凸塊。

Description

功率模組
本揭露是有關於一種功率模組。
常見的功率模組是以陶瓷基板承載多個功率元件，其中陶瓷基板熱耦接於散熱器(例如散熱鰭片)，且多個功率元件運行時產生的熱可經由陶瓷基板傳導至散熱器，再由散熱器與冷空氣進行熱交換以將熱排出。具體而言，陶瓷基板包括上層銅箔、中間陶瓷層及下層銅箔，其中多個功率元件設置於上層銅箔上，且下層銅箔透過焊料層接合於金屬底板(例如銅底板)。另外，金屬底板透過熱介面材料層接合於散熱器。
多個功率元件運行時產生的熱依序經由上層銅箔、中間陶瓷層、下層銅箔、焊料層、金屬底板及熱介面材料層傳導至散熱器，因熱傳導路徑過長，導致散熱效率不佳。另外，運行時的多個功率元件在陶瓷基板上形成多個熱源，並且因熱量局部集中或累積而產生多個熱點(hot spot)，在熱無法快速向外排出的情況下，中間陶瓷層會受到熱應力的作用而產生翹曲、破裂或脫層等情況，導致功率模組的效能表現及可靠度下滑。
本揭露提供一種功率模組，具有極佳的散熱效率、效能表現及可靠度。
本揭露一實施例的功率模組包括至少一個功率元件、絕緣導熱層以及散熱裝置。絕緣導熱層具有圖案化線路層。功率元件設置於圖案化線路層上並電性連接至圖案化線路層。散熱裝置包括散熱板與散熱座。散熱板具有相對的第一表面與第二表面，且絕緣導熱層設置於第一表面上。散熱座部分接合至散熱板，並在散熱板和散熱座之間形成空腔。散熱座具有位於空腔中的多個第一散熱凸塊。
本揭露另一實施例的功率模組包括至少一個功率元件、絕緣導熱層以及散熱裝置。絕緣導熱層具有圖案化線路層。功率元件設置於圖案化線路層上並電性連接至圖案化線路層。散熱裝置包括散熱板與散熱座。散熱板具有相對的第一表面與第二表面，且絕緣導熱層設置於第一表面上。散熱座部分接合至散熱板，並在散熱板和散熱座之間形成空腔。散熱板具有位於空腔中的多個第一散熱凸塊。
為讓本揭露的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、100A~100G:功率模組
101、102:毛細結構層
110:散熱裝置
1101:散熱座
1102:散熱板
1102a:第一表面
1102b:第二表面
1103:空腔
1104:第一散熱凸塊
1105:第二散熱凸塊
1106:第一支撐體
1107:第二支撐體
120:絕緣導熱層
121:絕緣本體
122:導熱填料
130:圖案化線路層
140:功率元件
150:散熱器
G1~G4:間距
H1~H4:高度
R1:第一區域
R2:第二區域
T1:厚度
圖1是本揭露第一實施例的功率模組的剖面示意圖。
圖2是本揭露第二實施例的功率模組的剖面示意圖。
圖3是本揭露第三實施例的功率模組的剖面示意圖。
圖4是本揭露第四實施例的功率模組的剖面示意圖。
圖5是本揭露第五實施例的功率模組的剖面示意圖。
圖6是本揭露第六實施例的功率模組的剖面示意圖。
圖7是本揭露第七實施例的功率模組的剖面示意圖。
圖8是本揭露第八實施例的功率模組的剖面示意圖。
圖1是本揭露第一實施例的功率模組的剖面示意圖。請參考圖1，在本實施例中，功率模組100包括散熱裝置110、絕緣導熱層120以及至少一個功率元件140，且絕緣導熱層120位於功率元件140與散熱裝置110之間。絕緣導熱層120具有圖案化線路層130，其中功率元件140設置於圖案化線路層130上，且電性連接於圖案化線路層130。另外，圖案化線路層130位於功率元件140與絕緣導熱層120之間。
散熱裝置110包括散熱座1101與散熱板1102，其中散熱板1102具有相對的第一表面1102a與第二表面1102b，且絕緣導熱層120設置於第一表面1102a上。另外，散熱座1101部分接合至散熱板1102，並在散熱板1102和散熱座1101之間形成空腔 1103。舉例來說，散熱板1102可採用電阻焊接、雷射焊接、電弧焊接、電離子焊接(或稱電漿焊接)或其他適用的焊接製程接合於散熱座1101，且形成於散熱板1102和散熱座1101之間的空腔1103可為真空腔，以容納工作流體(例如水或冷媒)。
請參考圖1，在本實施例中，功率模組100更包括散熱器150，其中絕緣導熱層120與散熱器150分別位於散熱裝置110的相對兩側，且散熱器150可為散熱鰭片，例如採用焊接製程接合於散熱座1101的底部。也就是說，散熱座1101位於散熱板1102與該散熱器150之間。
舉例來說，圖案化線路層130可採用熱壓合製程貼合於絕緣導熱層120上，且絕緣導熱層120可採用熱壓合製程貼合於第一表面1102a上。功率元件140可採用焊接製程以接合於圖案化線路層130上，並可採用打線接合製程以電性連接於圖案化線路層130。
請參考圖1，功率元件140可為功率晶片，且運行時產生的熱依序經由圖案化線路層130、絕緣導熱層120、散熱板1102及散熱座1101傳導至散熱器150，因熱傳導路徑縮短，功率元件140運行時產生的熱可快速地傳導至散熱器150，再由散熱器150與冷空氣進行熱交換以快速將熱排出，大幅提升了散熱效率。另外，熱傳導路徑的縮短代表著功率模組100的整體厚度縮減，故能滿足輕薄化的設計需求。
進一步來說，當功率元件140運行時產生的熱經由絕緣 導熱層120傳導至散熱裝置110時，散熱裝置110由點向面傳遞熱量，避免熱量局部集中或累積，防止絕緣導熱層120受到熱應力的作用而產生翹曲、破裂或脫層等情況，有助提升功率模組100的效能表現及可靠度。
舉例來說，絕緣導熱層120包括絕緣本體121及分布於絕緣本體121內的導熱填料122，其中絕緣本體121可由環氧樹脂、BT樹脂、氰酸酯樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚醯亞胺樹脂或其他樹脂，且導熱填料122可包括二氧化矽、氮化硼、氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、鑽石或其組合。在一示例中，絕緣導熱層120的熱傳導係數介於3W/mK至15W/mK之間，且厚度T1介於100微米至300微米之間。也就是說，絕緣導熱層120不僅具有較低的熱阻以加速熱傳導，也具有較薄的厚度以縮短熱傳導路徑。
請參考圖1，在本實施例中，功率元件140的正投影落在空腔1103內，以縮短熱傳導路徑。詳細而言，散熱座1101具有位於空腔1103中的多個第一散熱凸塊1104，其中散熱板1102具有位於第二表面1102b的多個第二散熱凸塊1105，且多個第二散熱凸塊1105位於空腔1103中。另一方面，散熱裝置110具有對應功率元件140的第一區域R1與相鄰第一區域R1的第二區域R2，且第二區域R2分布於第一區域R1的周圍。也就是說，第二區域R2圍繞第一區域R1。
進一步來說，功率元件140在散熱裝置110上的正投影與第一區域R1至少部分重疊。在本實施例中，功率元件140在散 熱裝置110上的正投影落在第一區域R1內，如圖1所示。在其他實施例中，功率元件140在散熱裝置110上的正投影與第一區域R1的重疊度大於等於60%，也就是說，功率元件140在散熱裝置110上的正投影的一部分可落在第一區域R1內，且另一部分可落在第二區域R2內。
具體來說，多個第二散熱凸塊1105較多個第一散熱凸塊1104靠近熱源(即功率元件140)，故多個第二散熱凸塊1105在空腔1103中所在的區域可視為蒸發區。相對地，多個第一散熱凸塊1104在空腔1103中所在的區域可視為冷凝區。當熱傳導至散熱裝置110時，空腔1103中的液態工作流體(例如水或冷媒)自多個第二散熱凸塊1105吸收熱而蒸發為氣態工作流體。因多個第一散熱凸塊1104較多個第二散熱凸塊1105遠離熱源(即功率元件140)，且熱可經由散熱座1101進一步傳導至散熱器150，氣態工作流體可在相對低溫的冷凝區(即多個第一散熱凸塊1104在空腔1103中所在的區域)內凝結為液態工作流體，再回流到相對高溫的蒸發區(即多個第二散熱凸塊1105在空腔1103中所在的區域)。
請參考圖1，當氣態工作流體在冷凝區(即多個第一散熱凸塊1104在空腔1103中所在的區域)內凝結為液態工作流體時，液態工作流體可透過多個第一散熱凸塊1104產生毛細作用力，並上升回到蒸發區(即多個第二散熱凸塊1105在空腔1103中所在的區域)。接著，液態工作流體可進一步透過多個第二散熱凸塊1105產生毛細作用力，並往熱源(即功率元件140)所在方向移動，以加 速工作流體的蒸發與凝結的循環。
在第一區域R1與第二區域R2內，多個第一散熱凸塊1104往散熱板1102延伸，且不與多個第二散熱凸塊1105接觸。相應地，在第一區域R1與第二區域R2內，多個第二散熱凸塊1105往散熱座1101延伸，且不與多個第一散熱凸塊1104接觸。
如圖1所示，多個第一散熱凸塊1104的一部分以第一密度排列於第一區域R1內，且另一部分以相同於第一密度的第二密度排列於第二區域R2內。另一方面，多個第二散熱凸塊1105的一部分以第三密度排列於第一區域R1內，且另一部分以不同於第三密度的第四密度排列於第二區域R2內。在本實施例中，第三密度可大於第一密度、第二密度及第四密度，且第四密度可等於第一密度與第二密度。因第一區域R1內的第二散熱凸塊1105採高密度分布，增加了熱交換面積，有助於加速液態工作流體蒸發為氣態工作流體，以提升散熱效率。
如圖1所示，在第一區域R1與第二區域R2內，相鄰的二個第一散熱凸塊1104之間的間距均為G1。在第二區域R2內，相鄰的二個第二散熱凸塊1105之間的間距為G1。另外，在第一區域R1內，相鄰的二個第二散熱凸塊1105之間的間距為G2。間距G2小於間距G1，在本實施例中，間距G1介於0.8毫米至1.1毫米之間，且間距G2介於0.08毫米至0.1毫米之間。因第一區域R1內的第二散熱凸塊1105採窄間距排列，有助於提升毛細作用力，以加速液態工作流體爬升。
舉例來說，第一散熱凸塊1104和第二散熱凸塊1105可為柱狀體、錐狀體或球狀體，或者是說，第一散熱凸塊1104和第二散熱凸塊1105的截面形狀可為長方形、正方形、平行四邊形、梯形、三角形、圓形、橢圓形、水滴形、子彈形或其他幾何形狀。第一散熱凸塊1104的寬度可等於第二散熱凸塊1105的寬度，且介於0.8毫米至1.1毫米之間，但不以此為限。另外，第一散熱凸塊1104的高度H1可等於第二散熱凸塊1105的高度H2，且介於1毫米至1.5毫米之間。
請參考圖1，在本實施例中，散熱座1101具有多個第一支撐體1106，且位於第一區域R1與第二區域R2外，或位於相鄰的二個第二區域R2之間。相應地，散熱板1102具有位於第二表面1102b的多個第二支撐體1107，且位於第一區域R1與第二區域R2外，或位於相鄰的二個第二區域R2之間。
多個第一支撐體1106與多個第二支撐體1107位於散熱座1101與散熱板1102之間，且散熱座1101與散熱板1102經由多個第一支撐體1106與多個第二支撐體1107進行接合，例如採用電阻焊接、雷射焊接、電弧焊接、電離子焊接(或稱電漿焊接)或其他適用的焊接製程。彼此接觸或接合的多個第一支撐體1106與多個第二支撐體1107可作為散熱裝置110的支撐結構，以防止產生凹陷或塌陷等情況。
如圖1所示，第一支撐體1106的高度H3可等於第二支撐體1107的高度H4，且介於2毫米至2.5毫米之間。第一支撐體 1106的高度H3高於第一散熱凸塊1104的高度H1，且第二支撐體1107的高度H4高於第二散熱凸塊1105的高度H2。基於前述高低差設計，空腔1103中的第一散熱凸塊1104不接觸第二散熱凸塊1105。
如圖1所示，第一支撐體1106的寬度可等於第二支撐體1107的寬度，且介於1.5毫米至2毫米之間，但不以此為限。第一支撐體1106的寬度可大於第一散熱凸塊1104的寬度，且第二支撐體1107的寬度可大於第二散熱凸塊1105的寬度。另一方面，相鄰的二個第一支撐體1106之間的間距G3可等於相鄰的二個第二支撐體1107之間的間距G4，且介於1.5毫米至2毫米之間，例如大於間距G1、G2。在其他示例中，相鄰的二個第一支撐體1106之間的間距G3可大於相鄰的二個第二支撐體1107之間的間距G4。
圖2是本揭露第二實施例的功率模組的剖面示意圖。請參考圖2，本實施例的功率模組100A與第一實施例的功率模組100的結構設計大致相同，差異在於：在本實施例中，第一區域R1內的第一散熱凸塊1104採高密度排列，而第一區域R1內的第二散熱凸塊1105採低密度排列。因第一區域R1內的第一散熱凸塊1104採高密度排列，增加了熱交換面積，有助於加速氣態工作流體凝結為液態工作流體。
具體來說，在第一區域R1與第二區域R2內，相鄰的二個第二散熱凸塊1105之間的間距為G1。在第一區域R1內，相鄰的二個第一散熱凸塊1104之間的間距為G2。另外，在第二區域 R2內，相鄰的二個第一散熱凸塊1104之間的間距為G1，且間距G2小於間距G1。因第一區域R1內的第一散熱凸塊1104採窄間距排列，有助於提升毛細作用力，以加速液態工作流體爬升。
如圖2所示，第一區域R1內的第一散熱凸塊1104的排列密度大於第二區域R2內的第一散熱凸塊1104的排列密度，其中第一區域R1內的第二散熱凸塊1105的排列密度等於第二區域R2內的第二散熱凸塊1105的排列密度，且等於第二區域R2內的第一散熱凸塊1104的排列密度。
圖3是本揭露第三實施例的功率模組的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例的功率模組100B與第一實施例的功率模組100的結構設計大致相同，差異在於：在本實施例中，第一區域R1內的第一散熱凸塊1104與第二散熱凸塊1105均採高密度排列。因第一區域R1內的第一散熱凸塊1104採高密度排列，增加了熱交換面積，有助於加速氣態工作流體凝結為液態工作流體。因第一區域R1內的第二散熱凸塊1105採高密度分布，增加了熱交換面積，有助於加速液態工作流體蒸發為氣態工作流體，以提升散熱效率。
具體來說，在第二區域R2內，相鄰的二個第一散熱凸塊1104之間的間距與相鄰的二個第二散熱凸塊1105之間的間距為G1。在第一區域R1內，相鄰的二個第一散熱凸塊1104之間的間距與相鄰的二個第二散熱凸塊1105之間的間距均為G2，且間距G2小於間距G1。因第一區域R1內的第一散熱凸塊1104與第二散熱凸塊1105均採窄間距排列，有助於提升毛細作用力，以加速 液態工作流體爬升。
如圖3所示，第一區域R1內的第一散熱凸塊1104的排列密度大於第二區域R2內的第一散熱凸塊1104的排列密度，且第一區域R1內的第二散熱凸塊1105的排列密度大於第二區域R2內的第二散熱凸塊1105的排列密度。另外，第一區域R1內的第一散熱凸塊1104的排列密度等於第一區域R1內的第二散熱凸塊1105的排列密度，且第二區域R2內的第一散熱凸塊1104的排列密度等於第二區域R2內的第二散熱凸塊1105的排列密度。
圖4是本揭露第四實施例的功率模組的剖面示意圖。請參考圖4，本實施例的功率模組100C與第一實施例的功率模組100的結構設計大致相同，差異在於：在本實施例中，第一區域R1內的第一散熱凸塊1104與第二散熱凸塊1105均採低密度排列。具體來說，在第一區域R1與第二區域R2內，相鄰的二個第一散熱凸塊1104之間的間距與相鄰的二個第二散熱凸塊1105之間的間距為G1。
如圖4所示，第一區域R1內的第一散熱凸塊1104的排列密度等於第二區域R2內的第一散熱凸塊1104的排列密度，且第一區域R1內的第二散熱凸塊1105的排列密度等於第二區域R2內的第二散熱凸塊1105的排列密度。另外，第一區域R1內的第一散熱凸塊1104的排列密度等於第一區域R1內的第二散熱凸塊1105的排列密度，且第二區域R2內的第一散熱凸塊1104的排列密度等於第二區域R2內的第二散熱凸塊1105的排列密度。
圖5是本揭露第五實施例的功率模組的剖面示意圖。請參考圖5，本實施例的功率模組100D與第二實施例的功率模組100A的結構設計大致相同，差異在於：在本實施例中，散熱板1102在第二表面1102b上未設有第二散熱凸塊1105與第二支撐體1107。詳細而言，散熱板1102具有毛細結構層101，其中毛細結構層101配置於第二表面1102b上，且位於空腔1103內。散熱座1101上的多個第一支撐體1106的一部分接合至散熱板1102，且散熱座1101上的多個第一支撐體1106的另一部分與毛細結構層101相接合。
詳細而言，毛細結構層101的部分區塊落在第一區域R1與第二區域R2內，有助於增加熱交換面積，以加速液態工作流體蒸發為氣態工作流體，提升散熱效率。另外，毛細結構層101也有助於提升毛細作用力，以加速液態工作流體爬升。
在第二區域R2內，相鄰的二個第一散熱凸塊1104之間的間距為G1。在第一區域R1內，相鄰的二個第一散熱凸塊1104之間的間距為G2，且間距G2小於間距G1。也就是說，第一區域R1內的第一散熱凸塊1104的排列密度大於第二區域R2內的第一散熱凸塊1104的排列密度。
進一步來說，因第一區域R1內的第一散熱凸塊1104採窄間距排列，有助於提升毛細作用力，以加速液態工作流體爬升。另外，因第一區域R1內的第一散熱凸塊1104採高密度排列，增加了熱交換面積，有助於加速氣態工作流體凝結為液態工作流體。
圖6是本揭露第六實施例的功率模組的剖面示意圖。請參考圖6，本實施例的功率模組100E與第五實施例的功率模組100D的結構設計大致相同，差異在於：在本實施例中，第一區域R1內的第一散熱凸塊1104採低密度排列。具體來說，在第一區域R1與第二區域R2內，相鄰的二個第一散熱凸塊1104之間的間距均為G1。也就是說，第一區域R1內的第一散熱凸塊1104的排列密度等於第二區域R2內的第一散熱凸塊1104的排列密度。
圖7是本揭露第七實施例的功率模組的剖面示意圖。請參考圖7，本實施例的功率模組100F與第二實施例的功率模組100A的結構設計大致相同，差異在於：在本實施例中，散熱座1101在朝向散熱板1102的表面上未設有第一散熱凸塊1104與第一支撐體1106。詳細而言，散熱座1101在朝向散熱板1102的表面上設有毛細結構層102，且毛細結構層102位於空腔1103內。散熱板1102上的多個第二支撐體1107的一部分接合至散熱座1101，且散熱板1102上的多個第二支撐體1107的另一部分與毛細結構層102相接合。
詳細而言，毛細結構層102的部分區塊落在第一區域R1與第二區域R2內，有助於增加熱交換面積，以加速氣態工作流體凝結為液態工作流體，提升散熱效率。另外，毛細結構層102也有助於提升毛細作用力，以加速液態工作流體爬升。
在第二區域R2內，相鄰的二個第二散熱凸塊1105之間的間距為G1。在第一區域R1內，相鄰的二個第二散熱凸塊1105 之間的間距為G2，且間距G2小於間距G1。也就是說，第一區域R1內的第二散熱凸塊1105的排列密度大於第二區域R2內的第二散熱凸塊1105的排列密度。
進一步來說，因第一區域R1內的第二散熱凸塊1105採窄間距排列，有助於提升毛細作用力，以加速液態工作流體爬升。另外，因第一區域R1內的第二散熱凸塊1105採高密度排列，增加了熱交換面積，有助於加速液態工作流體蒸發為氣態工作流體。
圖8是本揭露第八實施例的功率模組的剖面示意圖。請參考圖8，本實施例的功率模組100G與第七實施例的功率模組100F的結構設計大致相同，差異在於：在本實施例中，第一區域R1內的第二散熱凸塊1105採低密度排列。具體來說，在第一區域R1與第二區域R2內，相鄰的二個第二散熱凸塊1105之間的間距均為G1。也就是說，第一區域R1內的第二散熱凸塊1105的排列密度等於第二區域R2內的第二散熱凸塊1105的排列密度。
綜上所述，在本揭露的功率模組中，多個功率元件運行時產生的熱依序經由圖案化線路層、絕緣導熱層、散熱板及散熱座傳導至散熱器，因熱傳導路徑縮短，多個功率元件運行時產生的熱可快速地傳導至散熱器，再由散熱器與冷空氣進行熱交換以快速將熱排出，大幅提升了散熱效率。另外，熱傳導路徑的縮短代表著功率模組的整體厚度縮減，故能滿足輕薄化的設計需求。
進一步來說，當多個功率元件運行時產生的熱經由絕緣導熱層傳導至散熱裝置時，散熱裝置由點向面傳遞熱量，避免熱量 局部集中或累積，防止絕緣導熱層受到熱應力的作用而產生翹曲、破裂或脫層等情況，有助提升功率模組的效能表現及可靠度。另外，絕緣導熱層不僅具有較低的熱阻以加速熱傳導，也具有較薄的厚度以縮短熱傳導路徑。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:功率模組
110:散熱裝置
1101:散熱座
1102:散熱板
1102a:第一表面
1102b:第二表面
1103:空腔
1104:第一散熱凸塊
1105:第二散熱凸塊
1106:第一支撐體
1107:第二支撐體
120:絕緣導熱層
121:絕緣本體
122:導熱填料
130:圖案化線路層
140:功率元件
150:散熱器
G1~G4:間距
H1~H4:高度
R1:第一區域
R2:第二區域
T1:厚度

Claims (28)

  1. 一種功率模組，包括：至少一個功率元件；一絕緣導熱層，其中該絕緣導熱層上設有一圖案化線路層，該功率元件設置於該圖案化線路層上並電性連接至該圖案化線路層；以及一散熱裝置，包括：一散熱板，具有相對的一第一表面與一第二表面，且該絕緣導熱層設置於該第一表面上；以及一散熱座，部分接合至該散熱板，並在該散熱板和該散熱座之間形成一空腔，其中該散熱座具有多個第一散熱凸塊，且該些第一散熱凸塊位於該空腔中。
  2. 如請求項1所述的功率模組，其中該散熱裝置具有對應該功率元件的一第一區域與相鄰該第一區域的第二區域，該些第一散熱凸塊以一第一密度排列於該第一區域，並以一第二密度排列於該第二區域。
  3. 如請求項2所述的功率模組，其中該功率元件在該散熱裝置上的正投影與該第一區域至少部分重疊。
  4. 如請求項2所述的功率模組，其中該第二區域圍繞該第一區域。
  5. 如請求項2所述的功率模組，其中該第一密度等於該第二密度。
  6. 如請求項2所述的功率模組，其中該第一密度不同於該第二密度。
  7. 如請求項6所述的功率模組，其中該第一密度大於該第二密度。
  8. 如請求項2所述的功率模組，其中該散熱板具有多個第二散熱凸塊，且該些第二散熱凸塊位於該散熱板的該第二表面。
  9. 如請求項8所述的功率模組，其中該些第二散熱凸塊以一第三密度排列於該第一區域，且以一第四密度排列於該第二區域。
  10. 如請求項9所述的功率模組，其中該第三密度等於該第四密度。
  11. 如請求項9所述的功率模組，其中該第三密度不同於該第四密度。
  12. 如請求項11所述的功率模組，其中該第三密度大於該第四密度。
  13. 如請求項9所述的功率模組，其中該第一密度等於該第三密度。
  14. 如請求項9所述的功率模組，其中該第二密度等於該第四密度。
  15. 如請求項9所述的功率模組，其中該第一密度不同於該第三密度。
  16. 如請求項9所述的功率模組，其中該第二密度不同於該第四密度。
  17. 如請求項8所述的功率模組，其中該些第一散熱凸塊和該些第二散熱凸塊為柱狀體、錐狀體或球狀體。
  18. 如請求項1所述的功率模組，其中該散熱座具有多個第一支撐體，且該些第一支撐體位於該散熱座與該散熱板之間，該散熱座經由該些第一支撐體接合至該散熱板。
  19. 如請求項18所述的功率模組，其中該些第一支撐體的高度大於該些第一散熱凸塊的高度。
  20. 如請求項8所述的功率模組，其中該散熱板具有多個第二支撐體，且該些第二支撐體位於該散熱座與該散熱板之間，該散熱板經由該些第二支撐體接合至該散熱座。
  21. 如請求項20所述的功率模組，其中該些第二支撐體的高度大於該些第二散熱凸塊的高度。
  22. 如請求項1所述的功率模組，其中該散熱座具有多個第一支撐體，且該散熱板具有多個第二支撐體，該些第一支撐體和該些第二支撐體位於該散熱板與散熱座之間，該散熱板和該散熱座經由該些第一支撐體和該些第二支撐體進行接合。
  23. 如請求項1所述的功率模組，其中該散熱板具有一毛細結構層，且該毛細結構層設置於該第二表面。
  24. 如請求項1所述的功率模組，更包括：一散熱器，接合於該散熱座，且該散熱座位於該散熱板與該散熱器之間。
  25. 如請求項1所述的功率模組，其中該空腔中具有一流體。
  26. 一種功率模組，包括：至少一個功率元件；一絕緣導熱層，其中該絕緣導熱層上設有一圖案化線路層，該功率元件設置於該圖案化線路層上並電性連接至該圖案化線路層；以及一散熱裝置，包括：一散熱板，具有相對的一第一表面與一第二表面，且該絕緣導熱層設置於該第一表面上；以及一散熱座，部分接合至該散熱板，並在該散熱板和該散熱座之間形成一空腔，其中該散熱板具有多個第一散熱凸塊，且該些第一散熱凸塊位於該空腔中。
  27. 如請求項26所述的功率模組，其中該散熱座具有一毛細結構層，且該毛細結構層位於該空腔中。
  28. 如請求項26所述的功率模組，其中該散熱座具有多個第二散熱凸塊，且該些第二散熱凸塊位於該空腔中。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101043809A (zh) * 2006-03-23 2007-09-26 创新陶瓷工程技术公司 用于元件或电路的承载体
CN103547111A (zh) * 2012-07-09 2014-01-29 光宝电子(广州)有限公司 平面式散热结构及电子装置
TWM537784U (zh) * 2016-11-24 2017-03-01 研能科技股份有限公司 氣冷散熱裝置
TWM539762U (zh) * 2016-11-24 2017-04-11 研能科技股份有限公司 氣冷散熱裝置
TWI641310B (zh) * 2017-02-20 2018-11-11 研能科技股份有限公司 氣冷散熱裝置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101043809A (zh) * 2006-03-23 2007-09-26 创新陶瓷工程技术公司 用于元件或电路的承载体
CN103547111A (zh) * 2012-07-09 2014-01-29 光宝电子(广州)有限公司 平面式散热结构及电子装置
TWM537784U (zh) * 2016-11-24 2017-03-01 研能科技股份有限公司 氣冷散熱裝置
TWM539762U (zh) * 2016-11-24 2017-04-11 研能科技股份有限公司 氣冷散熱裝置
TWI641310B (zh) * 2017-02-20 2018-11-11 研能科技股份有限公司 氣冷散熱裝置

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