專利名稱：功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及適合應(yīng)用于大功率半導(dǎo)體模塊封裝、功率控制電路、智能功率組件和高頻開關(guān)電源等領(lǐng)域。具體是涉及一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
功率模塊是中高壓電力電子領(lǐng)域的核心器件。關(guān)于功率模塊封裝的改進(jìn)一直沒有 停止。傳統(tǒng)的封裝方式是將管芯和續(xù)流二極通過DBC放在基板，在其上灌入硅膠而后用塑料管殼將其保護(hù)起來。這種封裝形式下，管芯工作所產(chǎn)生的熱量絕大多數(shù)都是通過下層基板散熱器散去。由于硅膠的導(dǎo)熱系數(shù)很小，熱量基本上不從模塊的上面部分散去，同時(shí)由于模塊上面的管殼是塑料材料，也不能承受過多的熱量。這種傳統(tǒng)的封裝形式在散熱效果上有較大的局限性。而在高溫大功率場(chǎng)合，需要更好的散熱效果，從而提高管芯的功率等級(jí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的功率模塊散熱的局限性，提供一種新型功率模塊封裝結(jié)構(gòu)。這種封裝形式與傳統(tǒng)形式相比，增大模塊的散熱面積，提高了模塊的散熱性能。本發(fā)明的解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括下層導(dǎo)熱管殼和上層塑料管殼，導(dǎo)熱管殼與塑料管殼之間填充硅膠。優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱管殼底層與功率模塊的基板做在一起作為一個(gè)整體。優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱管殼的頂蓋和功率模塊的金屬支架接觸的位置，金屬支架外圍附有一層絕緣層，絕緣層外圍為金屬層，金屬層與導(dǎo)熱管殼的頂蓋焊接。優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱管殼內(nèi)加入導(dǎo)熱絕緣材料。優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱管殼為銅制管殼。優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱管殼為鋁制管殼。優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱管殼為鋁碳化硅制管殼。優(yōu)選的，所述絕緣層為陶瓷層。優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱絕緣材料為導(dǎo)熱油。本發(fā)明的功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，將原來的單管殼封裝方式改為雙層管殼方式。也就是將模塊的管殼分為兩個(gè)部分金屬(或復(fù)合材料)部分和塑料部分。其中金屬部分是指將模塊的基板和管殼的下層做在一起作為一個(gè)整體。這樣，整個(gè)基板和下層管殼部分都可以用于散熱。這部分的材料一般是金屬(銅或鋁)或者復(fù)合材料(鋁碳化硅)。先將芯片通過DBC板貼放到基板上，由于下層管殼和基板是一個(gè)整體，然后在其中加入導(dǎo)熱絕緣材料(如導(dǎo)熱油)，最后再給下層管殼加上蓋來實(shí)現(xiàn)密封。這樣就可以將芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量的其中一部分通過導(dǎo)熱油傳到導(dǎo)熱管殼部分。如此，模塊的基板和管殼部分都是有效散熱面積，從而有效提高了散熱的效果。同時(shí)由于導(dǎo)熱油是可靠絕緣的，這就保證了模塊內(nèi)部的電氣絕緣。由于功率模塊需要引出支架，所以在下層管殼的蓋上面要留有可以使支架通過的孔隙。由于支架一般是由銅或鋁等金屬材料制成，這就涉及到支架之間和管殼蓋之間電氣絕緣和下層管殼密封的問題。為此，本發(fā)明還專門設(shè)計(jì)了針對(duì)這種新型封裝結(jié)構(gòu)的新型支架。在金屬支架和下層管殼頂接觸的位置在支架外面附上一層絕緣材料，以此來保證支架之間的電氣絕緣。然后再在絕緣層之上附上一層金屬，這樣就可以通過焊接的辦法將支架與下層管殼的蓋緊密接觸，防止下層管殼內(nèi)部填充的導(dǎo)熱絕緣材料的溢出。這樣就既保證了支架之間的電氣絕緣又做到了下層管殼的密封。然后再在第一層管殼之上加上第二層塑料管殼，中間填充以硅膠，再將支架引出。這一點(diǎn)與傳統(tǒng)封裝無異。


圖I為本發(fā)明下層導(dǎo)熱管殼底部結(jié)構(gòu)不意 圖2為本發(fā)明支架的結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明支架與導(dǎo)熱管殼封裝好后的結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明上下兩層管殼封裝好后的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1_絕巖層、2-金屬層、3-導(dǎo)熱管殼的頂蓋、4-塑料管殼。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述?！N功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，包括下層導(dǎo)熱管殼和上層塑料管殼4,導(dǎo)熱管殼與塑料管殼4之間填充硅膠。導(dǎo)熱管殼底層與功率模塊的基板做在一起作為一個(gè)整體。導(dǎo)熱管殼的頂蓋3和功率模塊的金屬支架接觸的位置，金屬支架外圍附有一層絕緣層1，絕緣層I外圍為金屬層2，金屬層2與導(dǎo)熱管殼的頂蓋3焊接。導(dǎo)熱管殼內(nèi)加入導(dǎo)熱絕緣材料。附圖I是本發(fā)明的下層管殼結(jié)構(gòu)，其包括兩部分，基板部分和管殼部分，這兩部分在制造中做成一個(gè)整體。其材料為金屬(如銅、鋁等)或復(fù)合材料(鋁碳化硅等)其中基板部分通過DBC貼放芯片，這與傳統(tǒng)封裝一致。而其中的管殼部分用于增大散熱面積。在導(dǎo)熱管殼之中填入導(dǎo)熱絕緣材料(如導(dǎo)熱油等)，由此來實(shí)現(xiàn)必要的電氣絕緣，同時(shí)通過這種導(dǎo)熱材料將熱量傳遞到管殼和基板?？紤]到導(dǎo)熱油的膨脹，可以在油量的填充上留有一定的余量。其中對(duì)支架做一下特別說明為了做到支架之間的電氣絕緣，這種封裝結(jié)構(gòu)需要對(duì)支架進(jìn)行改進(jìn)。支架在與下層金屬(或復(fù)合材料)管殼蓋的接觸處附上一層絕緣材料(陶瓷等)。同時(shí)，因?yàn)橄聦庸軞ば枰畛湟簯B(tài)的導(dǎo)熱絕緣材料，這就需要做好下層管殼的密封。所以在支架的絕緣材料外面又附了一層金屬，這樣就可以將導(dǎo)熱管殼的蓋和支架焊接起來，從而達(dá)到密封的效果。這一步完成之后如附圖3所示。下面一步就是上層管殼的封裝，在上層管殼內(nèi)部灌入硅膠。這一步完成之后如圖4所示。最后還需注意的是上面所舉的僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。所有采用本封裝形式的封裝都屬本專利保護(hù)的范圍1、上面所舉的例子是兩個(gè)支架的功率模塊的封裝，多個(gè)支架的模塊也屬于本專利保護(hù)范圍；
2、上面附圖2所示的支架只是具體支架的一種，當(dāng)支架的形狀變化而采用本專利所提及的支架外加絕緣保護(hù)并在絕緣層上附上金屬的形式時(shí)，都是本專利所保護(hù)的范圍；
3、下層管殼所填充的材料上面提及的是導(dǎo)熱油，這只是一個(gè)具體的實(shí)施例。如果只是更換了下層管殼內(nèi)所填充的導(dǎo)熱絕緣材料，也屬于本專利保護(hù)的范圍。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例子，顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例子，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括下層導(dǎo)熱管殼和上層塑料管殼，導(dǎo)熱管殼與塑料管殼之間填充硅膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱管殼底層與功率模塊的基板做在一起作為ー個(gè)整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱管殼的頂蓋和功率模塊的金屬支架接觸的位置，金屬支架外圍附有ー層絕緣層，絕緣層外圍為金屬層，金屬層與導(dǎo)熱管殼的頂蓋焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的任意一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱管殼內(nèi)加入導(dǎo)熱絕緣材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的任意一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱管殼為銅制管殼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的任意一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱管殼為鋁制管殼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的任意一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱管殼為招碳化娃制管殼。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述絕緣層為陶瓷層。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)熱絕緣材料為導(dǎo)熱油。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的功率模塊散熱的局限性，提供一種新型功率模塊封裝結(jié)構(gòu)。這種封裝形式與傳統(tǒng)形式相比，增大模塊的散熱面積，提高了模塊的散熱性能。一種功率模塊的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括下層導(dǎo)熱管殼和上層塑料管殼，導(dǎo)熱管殼與塑料管殼之間填充硅膠。
文檔編號(hào)H01L23/373GK102664172SQ20121015755
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者汪濤, 盛況, 程士東, 翟超, 谷彤, 郭清 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)