專利名稱：一種新型的功率模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及功率模塊。
背景技術：
以絕緣柵雙極型晶體管和金屬氧化物場效應晶體管為主的功率模塊，具有輸出功率大并且發(fā)熱量大等特點，有必要進行冷卻，以確保它們的可靠運行。模塊的散熱條件對模塊的特性起著至關重要的作用，常規(guī)的自然冷卻效率較低，而強制風冷及水冷需要額外的裝置，成本較高。目前，對于功率模塊散熱能力的改善主要從改變模塊組成材料類型以及改變模塊各層材料厚度入手，對模塊自身結構的改變較少。同時，模塊的設計通常與模塊的使用截然分開。對于常規(guī)的功率器件模塊，模塊的散熱通常是通過在模塊底部涂 抹導熱硅脂，并貼敷到風冷或者水冷散熱器上實現(xiàn)的。但實際操作中，由于導熱硅脂的厚度不同以及散熱器大小差異，不同散熱條件的功率模塊具有的電學特性以及可靠性差別很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種新型的功率模塊，提高了功率模塊的散熱效率并消除散熱能力差異。本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案是一種新型的功率模塊，包括外殼、襯底、基板、芯片，襯底連接散熱器，芯片與基板固定連接，基板與襯底固定連接，功率模塊內(nèi)部具有冷卻介質流經(jīng)回路。本發(fā)明在功率模塊內(nèi)部構造出冷卻通道，將水冷技術引入功率模塊本身，使得冷卻介質直接作用于功率模塊本身，規(guī)避了中間材料對功率模塊散熱性能的影響。進一步地，冷卻介質流經(jīng)回路包括散熱通道、冷卻介質入口、冷卻介質出口，散熱通道、冷卻介質入口、冷卻介質出口設置在襯底內(nèi)部并與襯底一體成型。作為直接與散熱器相接觸的部分，功率模塊的襯底對功率模塊的散熱至關重要，在模塊襯底中引入水冷通道將對功率模塊的散熱集成到底部通過水冷方式進行散熱，可以避免采取不同散熱器帶來的特性差異，保證模塊工作的穩(wěn)定性。進一步地，冷卻介質入口設置入口閥門，冷卻介質出口設置出口閥門。進一步地，所述功率模塊為IGBT功率模塊或者MOSFET功率模塊。作為優(yōu)選，散熱通道呈Z形分布在襯底內(nèi)部。作為優(yōu)選，散熱通道呈S形分布在襯底內(nèi)部。作為優(yōu)選，散熱通道呈波浪形分布在襯底內(nèi)部。Z形、S形或者波浪形的散熱通道使得冷卻介質回路均勻地分布在襯底內(nèi)部，保證了功率模塊散熱的均勻性。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明將功率模塊的散熱集成到功率模塊底部，通過水冷的散熱方式進行，實現(xiàn)了直接對功率模塊內(nèi)部進行散熱處理，規(guī)避了各種散熱中間介質，可以避免采取不同散熱器帶來的特性差異，提高了散熱效率，保證模塊工作的穩(wěn)定性。2、在模塊襯底中引入水冷通道提高了模塊的散熱效率，由于模塊的發(fā)熱功率與電流的平方成正比，因此增加散熱效率可以提高模塊的電流導通能力，進而提高模塊的功率密度。


圖1為本發(fā)明所提供的功率模塊的結構示意圖。圖2為本發(fā)明實施例1的功率模塊襯底的結構示意圖。圖3為本發(fā)明實施例2的功率模塊襯底的結構示意圖。圖4為本發(fā)明實施例3的功率模塊襯底的結構示意圖。圖中標號1一夕卜殼，2—襯底,3—基板,4一芯片，5—散熱通道,6—冷卻介質入口，7—冷卻介質出口，8—入口閥門，9一出口閥門。
具體實施例方式實施例1，參照附圖1、2。如圖1所示，本發(fā)明的IGBT功率模塊或者MOSFET功率模塊包括外殼1、襯底2、基板3、芯片4，襯底2連接散熱器，芯片4與基板3通過錫焊連接，基板3與襯底4通過錫焊固定連接，外殼I罩在襯底4上。襯底4內(nèi)部具有散熱通道5以及與散熱通道5相連通的冷卻介質入口 6和冷卻介質出口 7，冷卻介質入口 6、冷卻介質出口 7、散熱通道5構成了冷卻介質流經(jīng)回路；冷卻介質入口 6和冷卻介質出口 7分別設置入口閥門8和出口閥門9。如圖2所示，散熱通道5呈Z形分布在襯底4內(nèi)部。制造過程中，通過一體加工成型的方式,在襯底4的內(nèi)部加工出冷卻介質流經(jīng)回路。使用時，將外部的冷卻介質接入冷卻介質入口 6，流經(jīng)散熱通道5，從冷卻介質出口 7流出，完成對功率模塊的散熱過程。本實施例中，散熱通道5可以是一個或多個Z形通道，根據(jù)功率模塊的大小和散熱需要進行選擇。實施例2，參照附圖1、3。如圖1所示，本發(fā)明的IGBT功率模塊或者MOSFET功率模塊包括外殼1、襯底2、基板3、芯片4，襯底2連接散熱器，芯片4與基板3通過錫焊連接，基板3與襯底4通過錫焊固定連接，外殼I罩在襯底4上。襯底4內(nèi)部具有散熱通道5以及與散熱通道5相連通的冷卻介質入口 6和冷卻介質出口 7，冷卻介質入口 6、冷卻介質出口 7、散熱通道5構成了冷卻介質流經(jīng)回路；冷卻介質入口 6和冷卻介質出口 7分別設置入口閥門8和出口閥門9。如圖3所示，散熱通道5呈S形分布在襯底4內(nèi)部。制造過程中，通過一體加工成型的方式,在襯底4的內(nèi)部加工出冷卻介質流經(jīng)回路。使用時，將外部的冷卻介質接入冷卻介質入口 6，流經(jīng)散熱通道5，從冷卻介質出口 7流出，完成對功率模塊的散熱過程。本實施例中，散熱通道5可以是一個或多個S形通道，根據(jù)功率模塊的大小和散熱需要進行選擇。
實施例3，參照附圖1、4。如圖1所示，本發(fā)明的IGBT功率模塊或者MOSFET功率模塊包括外殼1、襯底2、基板3、芯片4，襯底2連接散熱器，芯片4與基板3通過錫焊連接，基板3與襯底4通過錫焊固定連接，外殼I罩在襯底4上。襯底4內(nèi)部具有散熱通道5以及與散熱通道5相連通的冷卻介質入口 6和冷卻介質出口 7，冷卻介質入口 6、冷卻介質出口 7、散熱通道5構成了冷卻介質流經(jīng)回路；冷卻介質入口 6和冷卻介質出口 7分別設置入口閥門8和出口閥門9。如圖4所示，散熱通道5呈波浪形分布在襯底4內(nèi)部。制造過程中，通過一體加工成型的方式，在襯底4的內(nèi)部加工出冷卻介質流經(jīng)回路。使用時，將外部的冷卻介質接入冷卻介質入口 6，流經(jīng)散熱通道5，從冷卻介質出口 7流出，完成對功率模塊的散熱過程。本實施例中，散熱通道5可以是一個或多個波浪形通道，根據(jù)功率模塊的大小和 散熱需要進行選擇。上述具體實施例用于結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步具體說明，但并不能將本發(fā)明的范圍局限于具體實施方式
的內(nèi)容。本領域技術人員應該認識到，本發(fā)明涵蓋了權利要求書范圍內(nèi)所有可能包括的所有備選方案、改進方案和等效方案。
權利要求
1.一種新型的功率模塊，包括外殼(I)、襯底(2)、基板(3)、芯片(4)，襯底(4)連接散熱器，芯片(4)與基板(3)固定連接，基板(3)與襯底(4)固定連接，其特征是所述功率模塊內(nèi)部具有冷卻介質流經(jīng)回路。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種新型的功率模塊，其特征是冷卻介質流經(jīng)回路包括散熱通道(5)、冷卻介質入口(6)、冷卻介質出口(7)，散熱通道(5)、冷卻介質入口(6)、冷卻介質出口(7)設置在襯底(4)內(nèi)部并與襯底(4) 一體成型。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種新型的功率模塊，其特征是冷卻介質入口(6)設置入口閥門(8)，冷卻介質出口設置出口閥門(9)。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種新型的功率模塊，其特征是散熱通道(5)呈Z形分布在襯底⑷內(nèi)部。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種新型的功率模塊，其特征是散熱通道(5)呈S形分布在襯底⑷內(nèi)部。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種新型的功率模塊，其特征是散熱通道(5)呈波浪形分布在襯底⑷內(nèi)部。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種新型的功率模塊，其特征是所述功率模塊為IGBT功率模塊或者MOSFET功率模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型的功率模塊，包括外殼、襯底、基板、芯片，襯底連接散熱器，芯片與基板固定連接，基板與襯底固定連接，功率模塊內(nèi)部具有冷卻介質流經(jīng)回路，冷卻介質流經(jīng)回路包括散熱通道、冷卻介質入口、冷卻介質出口，散熱通道、冷卻介質入口、冷卻介質出口設置在襯底內(nèi)部并與襯底一體成型。本發(fā)明將功率模塊的散熱集成到功率模塊底部，通過水冷的散熱方式進行，實現(xiàn)了直接對功率模塊內(nèi)部進行散熱處理，規(guī)避了各種散熱中間介質，可以避免采取不同散熱器帶來的特性差異，提高了散熱效率，保證模塊工作的穩(wěn)定性。
文檔編號H01L23/473GK103021977SQ20121056928
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權日2012年12月25日
發(fā)明者陳思哲, 盛況, 汪濤, 郭清, 謝剛 申請人:浙江大學