TWM575918U - Improved IGBT module heat dissipation structure - Google Patents

Abstract

一種改良型IGBT模組散熱結構，包括：IGBT晶片層、接合層、厚銅層、高分子複合層、熱噴塗層、及散熱層，所述熱噴塗層設置在所述散熱層之上，所述高分子複合層設置在所述熱噴塗層之上，所述厚銅層設置在所述高分子複合層之上，所述接合層之設置在所述厚銅層之上，所述IGBT晶片層設置在所述接合層之上。

Description

改良型IGBT模組散熱結構

本創作涉及IGBT模組，具體來說是涉及改良型IGBT模組散熱結構。

目前電動汽車/混合動力汽車所使用的大功率整流器(Inverter)多採用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣閘極雙極性電晶體)晶片。因此，大功率整流器工作時所產生的熱量，將導致IGBT晶片溫度升高，如果沒有適當的散熱措施，就可能使IGBT晶片的溫度超過所允許的溫度，從而導致性能惡化以致損壞。因此，IGBT散熱技術成為相關技術人員急於解決的問題。

目前DBC(Direct Bonding Copper：陶瓷-金屬複合板結構)板已成為IGBT模組散熱結構的首選材料。請參考圖1及圖2所示，為一種現有的IGBT模組散熱結構，其主要包括有IGBT晶片層11A、上焊接層12A、DBC板13A、下焊接層14A、及散熱層15A。其中，DBC板13A由上到下依次為上薄銅層131A、陶瓷層132A和下薄銅層133A。然而，DBC板13A為多層結構且導熱能力有限，當IGBT晶片層11A的IGBT晶片111A產生熱量時，不能及時通過DBC板13A傳遞到散熱層15A，並且DBC板13A與散熱層15A之間必需透過下焊接層14A才能夠形成連接，而一整片的下焊接層14A會極易出現空焊現象，且會增加介面阻抗，從而影響到導熱性能。

有鑑於此，本創作人本於多年從事相關產品之開發與設計，有感上述缺失之可改善，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本創作。

本創作之主要目的在於提供一種改良型IGBT模組散熱結構，以解決上述問題。

本創作實施例在於提供一種改良型IGBT模組散熱結構，包括：IGBT晶片層、接合層、厚銅層、高分子複合層、熱噴塗層、及散熱層，所述熱噴塗層設置在所述散熱層之上，所述高分子複合層設置在所述熱噴塗層之上，所述厚銅層設置在所述高分子複合層之上，所述接合層之設置在所述厚銅層之上，所述IGBT晶片層設置在所述接合層之上。

優選地，所述熱噴塗層是由陶瓷材料所構成。

優選地，所述陶瓷材料選自氧化鋁、氮化鋁、或氮化矽的至少其一。

優選地，所述熱噴塗層的厚度為20μm~500μm。

優選地，所述高分子複合層以網印或熱壓接合於所述熱噴塗層之上，所述厚銅層熱壓接合於所述高分子複合層之上。

優選地，所述高分子複合層為環氧樹脂層、聚醯亞胺層、聚丙烯層的其中之一。

優選地，所述高分子複合層包含有填料，所述填料選自氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、碳化矽、氮化硼的至少其一。

優選地，所述高分子複合層的厚度為20~200μm。

優選地，所述厚銅層的厚度大於等於1000μm。

是以，本創作透過厚銅層、高分子複合層、熱噴塗層，以將IGBT晶片的熱量迅速且均勻的導到整個散熱層的散熱鰭片上，相 較於現有的IGBT模組散熱結構的DBC板，本創作可同時具備有厚銅層散熱均勻性和熱噴塗層的絕緣性及導熱性，並且無需透過焊接層而是直接在散熱層表面上形成熱噴塗層及接合性良好的高分子複合層，不會因焊接層造成有空焊問題及介面阻抗問題而影響到導熱性能，也不會因DBC板的多層結構而影響到導熱性能，使本創作散熱層能發揮最大的吸熱及散熱效能。

[現有技術]

11A‧‧‧IGBT晶片層

12A‧‧‧上焊接層

13A‧‧‧DBC板

131A‧‧‧上薄銅層

132A‧‧‧陶瓷層

133A‧‧‧下薄銅層

14A‧‧‧下焊接層

15A‧‧‧散熱層

[本創作]

11‧‧‧IGBT晶片層

111‧‧‧IGBT晶片

12‧‧‧接合層

13‧‧‧厚銅層

14‧‧‧高分子複合層

15‧‧‧熱噴塗層

16‧‧‧散熱層

圖1為現有技術的IGBT模組散熱結構側視分解示意圖。

圖2為現有技術的IGBT模組散熱結構側視示意圖。

圖3為本創作的改良型IGBT模組散熱結構分解側視示意圖。

圖4為本創作的改良型IGBT模組散熱結構側視示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本創作所公開有關“改良型IGBT模組散熱結構”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本創作的優點與效果。本創作可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作的精神下進行各種修飾與變更。另外，本創作的附圖僅為示意說明，並非依實際尺寸的描繪，予以聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本創作的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本創作的技術範圍。

請參考圖3及圖4，為本創作所提供的一種改良型IGBT模組散熱結構。如圖3、4所示，根據本創作所提供的改良型IGBT模組散熱結構，從上到下依序為IGBT晶片層11、接合層12、厚銅層13、高分子複合層14、熱噴塗層15、及散熱層16。

熱噴塗層(thermal spray layer)15設置在散熱層16之上。散熱層16可以是鋁製散熱器(heat sink)，也可是具散熱作用的金屬板。 熱噴塗層15是由陶瓷材所構成。詳細來說，熱噴塗層15是利用電漿熔射方法(plasma spraying process)，以電漿火炬產生之高熱將陶瓷粉末由常溫升至攝氏兩千五百度以上高溫，將陶瓷粉末由固態轉化為熔融液態，再靠電漿的高速氣體推動熔融的陶瓷，使之霧化並噴塗在散熱層16表面上，形成一具有預定厚度的熱噴塗層，本實施例使用之電漿氣體為氬氣，同時亦可能使用氮氣、氫氣及其他氣體。

進一步來說，熱噴塗層15的陶瓷材可選自氧化鋁，但也可以選自氮化鋁、氮化矽、或碳化矽。並且，熱噴塗層15的厚度依據噴塗在散熱層16的表面上的噴塗時間而預先設定。在本實施例中，熱噴塗層15的厚度為20μm~300μm(微米)。

高分子複合層14設置在熱噴塗層15之上。並且，高分子複合層14是由高分子複合材(polymer composite)所構成，而能達到導熱及接合的目的。因此，相較於現有的IGBT模組散熱結構的DBC板與散熱層之間必需透過焊接層才能夠形成連接，本創作無需透過焊接層而是直接在散熱層16表面上形成有熱噴塗層15作為絕緣之用，並形成有高分子複合層14作為導熱及接合之用，不會因焊接層造成有空焊問題及介面阻抗問題而影響到導熱性能，也不會因DBC板的多層結構而影響到導熱性能。

詳細來說，本實施例的高分子複合層14可以是環氧樹脂層(epoxy-based composite)。高分子複合層14可以是以網印或熱壓方式接合於熱噴塗層15。並且，高分子複合層14可包含有填料(filler)，如氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、碳化矽、氮化硼的至少其一。

在其它實施例中，高分子複合層14可以是聚醯亞胺層(polyimide-based composite)、或是聚丙烯層(PP-based composite)。

在本實施例中，高分子複合層141的厚度為10~200μm(微 米)，較佳為100μm，能達到較佳導熱及接合作用。

厚銅層13設置在高分子複合層14之上，使厚銅層13與熱噴塗層15之間能透過高分子複合層14形成良好接合。

詳細來說，厚銅層13較佳是以熱壓合方式接合於高分子複合層14，使厚銅層13可以達到較厚的厚度。在本實施例中，厚銅層13的厚度至少可以大於1000μm。因此，相較於現有的IGBT模組散熱結構的DBC板的薄銅層約為300μm，本創作的改良型IGBT模組散熱結構透過厚銅層13而能增加散熱均勻性與整體熱傳導效率。另外，本實施例的厚銅層13可以是由厚銅板或厚銅塊所構成，且使厚銅板或厚銅塊以熱壓合方式接合於高分子複合層14。

接合層12設置在厚銅層13之上，IGBT晶片層11設置在接合層12之上。接合層12可以是錫接合層，但也可以是銀燒結層。IGBT晶片層11可以是由至少一IGBT晶片111所構成。並且，IGBT晶片層11是透過接合層12與厚銅層13形成連接。當IGBT晶片111發熱時，可藉由厚銅層13、高分子複合層14、熱噴塗層15將熱量傳導至散熱層16，以向外散熱。

綜合以上所述，本創作透過厚銅層13、高分子複合層14、熱噴塗層15，以將IGBT晶片的熱量迅速且均勻的導到整個散熱層16的散熱鰭片上，相較於現有的IGBT模組散熱結構的DBC板，本創作可同時具備有厚銅層13散熱均勻性和熱噴塗層15的絕緣性及導熱性，並且無需透過焊接層而是直接在散熱層16表面上形成熱噴塗層15及接合性良好的高分子複合層14，不會因焊接層造成有空焊問題及介面阻抗問題而影響到導熱性能，也不會因DBC板的多層結構而影響到導熱性能，使本創作散熱層16能發揮最大的吸熱及散熱效能。

以上所述僅為本創作之較佳實施例，非意欲侷限本創作的專利保護範圍，故舉凡運用本創作說明書及圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本創作的權利保護範圍內，合予陳明。

Claims (9)

1. 一種改良型IGBT模組散熱結構，包括：IGBT晶片層、接合層、厚銅層、高分子複合層、熱噴塗層、及散熱層，所述熱噴塗層設置在所述散熱層之上，所述高分子複合層設置在所述熱噴塗層之上，所述接合層之設置在所述厚銅層之上，所述IGBT晶片層設置在所述接合層之上。
2. 如請求項1所述之改良型IGBT模組散熱結構，其中所述熱噴塗層是由陶瓷材料所構成。
3. 如請求項2所述之改良型IGBT模組散熱結構，其中所述陶瓷材料選自氧化鋁、氮化鋁、或氮化矽的至少其一。
4. 如請求項2所述之改良型IGBT模組散熱結構，其中所述熱噴塗層的厚度為20μm~500μm。
5. 如請求項2所述之改良型IGBT模組散熱結構，其中所述高分子複合層以網印及熱壓其一接合於所述熱噴塗層之上，所述厚銅層熱壓接合於所述高分子複合層之上。
6. 如請求項5所述之改良型IGBT模組散熱結構，其中所述高分子複合層為環氧樹脂層、聚醯亞胺層、聚丙烯層的其中之一。
7. 如請求項6所述之改良型IGBT模組散熱結構，其中所述高分子複合層包含有填料，所述填料選自氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、碳化矽、氮化硼的至少其一。
8. 如請求項6所述之改良型IGBT模組散熱結構，其中所述高分子複合層的厚度為20~200μm。
9. 如請求項1所述之改良型IGBT模組散熱結構，其中所述厚銅層的厚度大於等於1000μm。