一种集成水冷散热器的功率模块的制作方法

本发明涉及一种集成水冷散热器的高可靠性功率模块，属于电力电子学的功率模块设计、制造和应用技术领域。

背景技术：

传统的功率模块采用密封圈密封的方式将其安装于水冷散热器上进行散热，但是实际应用中由于模块底面的平整度差异，以及多个部件之间配合不良等的原因，造成水冷散热器漏水而导致功率模块失效。采用在原来散热基板下面直接集成水冷散热器，根绝了目前散热系统密封不严的问题，提高了模块应用的可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构组成合理，使用方便，采用集成水冷散热器的方式，既提高了水冷系统的高密封性，又增强了功率模块应用可靠性的集成水冷散热器的功率模块。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种集成水冷散热器的功率模块，包括集成水冷散热器的散热基板，通过回流焊接于散热基板的绝缘基板DBC，焊接于绝缘基板DBC上的芯片，实现芯片与绝缘基板DBC表面铜层电气连接的铝线，保护芯片和铝线的硅凝胶，包覆功率端子的塑料外壳，所述的散热基板正面与绝缘基板DBC粘结，散热基板背面为水冷散热器，散热基板的底部设置有至少两个进出水口连接外部水循环，构成模块整体的散热系统。

作为优选：所述至少两个进出水口的位置设置在散热基板的短边侧或者长边侧，所述进出水口数量在2个到10个之间。

作为优选：所述散热基板背面设置有过水的型腔，并有序地布满大小相同的、增大接触面积以提高散热效果的散热针。

作为优选：所述散热针形状是圆柱形、圆锥形、方形或棱锥形。

作为优选：所述芯片与绝缘基板DBC之间、绝缘基板DBC与散热基板之间通过回流焊接的方式粘结在一起，回流焊接采用SnAg、SnAgCu、PbSnAg等含Sn材料之一。

作为优选：所述铝线通过超声波方式被键合连接于芯片与绝缘基板的铜层上，并实现相应的电路拓扑。

作为优选：所述包覆功率端子的塑料外壳，其材料是PPA，PPS，PBT等耐高温绝缘性能良好的塑料；所述被塑料外壳包覆的功率端子，其材料是铜或者铜合金，表面镀有镍、金等可焊接金属材料之一。

作为优选：所述外壳内灌封一层用于保护芯片和铝线键合点的硅凝胶，其高度覆盖绝缘基板、芯片、键合铝线。

本发明通过焊接工艺将水冷散热器的过水型腔粘结在模块散热器底部，形成可靠的高密封性配合，型腔底部两侧设置有进出水口，用于连接外部水循环，以达到散热的作用。这种功率模块采用与水冷散热器一体的结构，避免了传统安装方式由于模块安装面平整度差异以及密封圈密封不严等问题造成的漏水现象，增强了水冷系统的密封性，提高了模块应用的可靠性。

本发明设计的功率模块结构合理，使用方便，采用集成水冷散热器的方式，既提高了水冷系统的高密封性，又增强了功率模块应用的可靠性。

附图说明

图1是集成水冷散热器的功率模块结构示意图。

图2是图1中的A-A剖视结构示意图。

图3是图2中的B处局部放大示意图。

附图中各部件的标记如下：1、集成水冷散热器的散热基板；2、绝缘基板DBC；3、芯片；4、硅凝胶；5、信号端子；6、功率端子；7、塑料外壳。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。图1-3所示，一种集成水冷散热器的功率模块，包括集成水冷散热器的散热基板1，通过回流焊接于散热基板的绝缘基板2，焊接于绝缘基板2上的芯片3，实现芯片3与绝缘基板2表面铜层电气连接的铝线，保护芯片3和铝线的硅凝胶4，包覆功率端子6的塑料外壳7，所述的散热基板1正面与绝缘基板2粘结，散热基板1背面为水冷散热器，散热基板1的底部设置有至少两个进出水口连接外部水循环，构成模块整体的散热系统。

本发明所述至少两个进出水口的位置设置在散热基板1的短边侧或者长边侧，所述进出水口数量在2个到10个之间。

所述散热基板1背面设置有过水的型腔，并有序地布满大小相同的、增大接触面积以提高散热效果的散热针；所述散热针形状是圆柱形、圆锥形、方形或棱锥形。

所述芯片3与绝缘基板2之间、绝缘基板2与散热基板1之间通过回流焊接的方式粘结在一起，回流焊接采用SnAg、SnAgCu、PbSnAg等含Sn材料之一。

所述铝线通过超声波方式被键合连接于芯片3与绝缘基板1的铜层上，并实现相应的电路拓扑。

所述包覆功率端子6的塑料外壳7，其材料是PPA，PPS，PBT等耐高温绝缘性能良好的塑料；所述被塑料外壳7包覆的功率端子6，其材料是铜或者铜合金，表面镀有镍、金等可焊接金属材料之一。

所述外壳7内灌封一层用于保护芯片3和铝线键合点的硅凝胶4，其高度覆盖绝缘基板1、芯片3、键合铝线。

本发明通过如下步骤制作完成：

a）将所需要的芯片3通过回流焊接的方式粘接到绝缘基板2上；

b）将绝缘基板2焊接到集成水冷散热器的基板1上，使芯片3工作时产生的热量传递到散热系统；

c）将包覆功率端子6和信号端子5的塑料外壳7固定在散热基板1上，两者配合面涂覆一层密封胶，确保后期灌封的硅凝胶4不溢漏。

d）各个芯片3之间、芯片3与绝缘基板2上相应铜层之间以及铜层与塑料外壳包覆的端子5、6之间，通过铝线键合实现可靠的电气连接；

e）对封壳键合后的模块灌入硅凝胶4，其高度覆盖芯片3、绝缘基板2、键合铝线，然后将硅凝胶4固化；

f）最后盖上外壳上盖。