双面冷却的功率器件以及无线封装的功率模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电子功率器件领域，涉及一种双面冷却的功率器件，同时还提供了另一种由上述功率器件构成的无线封装的功率模块。
【背景技术】
[0002]随着电子行业的不断更新和发展，电子功率器件的应用越来越广泛，其在电路中发挥着极大的作用，然而，随着电子行业的不断发展，对于电子功率器件的要求也不断提高，传统功率器件如图1所示，共设有两个层，硅功率器件层21与硅功率器件层21背部的散热片层11;而将若干个功率器件共同组成一个功率模块时，将所有的功率器件的散热片层11设置为一体，成为一个整体的散热片层11，而散热片层11的顶端再分别设有单个的硅功率器件层21，相邻两个硅功率器件层21之间采用导线连接，如图2所示，形成一个功率器件正面的导线连接上一个功率器件背面的散热片的形式。而由于氧化层(硅)和导线(铝或铜)温度系数是不同的，且民用功率器件或模块在工作中，温度经常从25°C到150°C，再从150°C到25°C，因此在此过程中，导线由于温度系数不同极易脱落或损坏，导致电子功率器件以及由电子功率器件构成的电子模块的可靠性低。测试表明，功率模块温度循环测试中，有线封装模式仅能达到2万次。
【实用新型内容】
[0003]为解决现有技术中存在的以上不足，本实用新型提供了一种双面冷却的功率器件，具有双面冷却的功能，令整体器件的散热更为强大，可靠性更好。
[0004]同时本实用新型还提供了一种上述功率器件构成的功率模块，应用上述双面冷却的功率器件进行无线封装，有效防止了导线与硅功率器件由于温度系数不同而导致的脱落或损坏，极大地提高了电子模块的可靠性。
[0005]为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下:
[0006 ] 一种双面冷却的功率器件以及无线封装的功率模块，它包括:
[0007]硅功率器件层，在硅功率器件层的背部设有第一散热层，在硅功率器件层的顶部设有可焊接表面层，在可焊接表面层的顶部还设有第二散热层。
[0008]作为对本实用新型的限定:所述第一散热层与第二散热层均为金属铜构成的散热片，且第二散热层的形状、尺寸、表面版图与硅功率器件层的功率器件的形状、尺寸、表面版图相匹配。
[0009]作为对本实用新型中特殊层的限定:所述可焊接表面层为可焊接金属材料构成。
[0010]作为对本实用新型中特殊层的进一步限定:所述特殊层为金属银、钛、铝构成的合金层。
[0011]本实用新型还提供了一种无线封装的功率模块，包括至少两个上述所述的双面冷却的功率器件，所述所有功率器件依次竖向叠加焊接。
[0012]作为对上述无线封装的功率模块的限定:位于整体所述功率模块最顶端的功率器件为四个层都具备的完整结构，最顶端以下的功率器件的第二散热层与其相邻的上一个功率器件的第一散热层合二为一设置。
[0013]作为对上述无线封装的功率模块的另一种限定:所有功率器件的第一散热层的形状、尺寸、表面版图与其自身的硅功率器件层以及其下方的那个硅功率器件层的形状、尺寸、表面版图相匹配。
[0014]由于采用了上述技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的技术进步在于:
[0015](I)本实用新型的功率器件具有两个散热层，令功率器件的散热效果更好，热阻降低50%;相同功率下，可减小散热片面积50%，功率器件自身功耗降低30%;
[0016](2)本实用新型的功率器件具有可焊接表面层，令功率器件可按传统导线封装，也可在表面连接散热层，达到双面制冷的效果，且焊接表面层还降低了接触电阻，减少功率器件自身功耗；
[0017](3)本实用新型的功率模块将上述的功率器件竖向叠置在一起，且采用直接焊接的无线连接方式，有效避免了由于金属导线与硅功率器件之间由于温度系数不同而导致的可靠性问题；
[0018](4)本实用新型的功率模块不仅在温度循环测试中能够达到20万次而不失败，提高整体模块的可靠性10倍以上，而且由于本实用新型的功率模块不采用导线而直接将功率器件焊接在一起，因此有效降低连接电阻50%以上，极大地降低了功率模块的能耗。
[0019]综上所述，本实用新型的功率器件结构简单，可靠性高;本实用新型的功率模块可靠性尚、能耗低。
[0020]本实用新型适用于任意电路。
【附图说明】
[0021 ]下面结合附图及具体实施例对本实用新型作更进一步详细说明。
[0022]图1为现有技术中功率器件的结构示意图；
[0023]图2为现有技术中功率器件构成功率模块的连接结构示意图；
[0024]图3为本实用新型实施例1的结构示意图；
[0025]图4为本实用新型实施例2只具有两个实施例1中的功率器件时的结构示意图；
[0026]图5为本实用新型实施例2具有多个实施例1中的功率器件时的结构示意图。
[0027]图中:丨一第一散热层，2/21—硅功率器件层，3—可焊接表面层，4一第二散热层，Al—第一个功率器件，A2-—第二个功率器件，AN—第N个功率器件，11一散热片层。
【具体实施方式】
[0028]实施例1双面冷却的功率器件
[0029]本实施例提供了一种双面冷却的功率器件，如图3所示包括:硅功率器件层2，在硅功率器件层2的背部设有第一散热层I，在硅功率器件层2的顶部设有可焊接表面层3，在可焊接表面层3的顶部还设有第二散热层4。
[0030]本实施例中的第一散热层I与第二散热层4与现有技术中功率器件的散热层相同，即现有技术中散热片通常用的金属构成的散热片，例如均为金属铜构成的散热片，且为了保证第二散热层4的效果，本实施例中令第二散热层4的形状、尺寸、表面版图与硅功率器件层2的功率器件的形状、尺寸表面版图相匹配。
[0031]而本实施例中的所述可焊接表面层3是为了起到从硅功率器件到散热片的可靠连接，电传导和热传导作用，因此可焊接表面层3采用了现有技术中的金属银、钛、铝构成的合金，当然也可以采用现有技术中可焊接的其它金属材料。
[0032]实施例2无线封装的功率模块
[0033]本实施例提供了一种无线封装的功率模块，由实施例1中的双面冷却的功率器件构成，包括至少两个实施I中所述的双面冷却的功率器件，且所有双面冷却的功率器件竖向叠置。图4所示的为由两个实施例1中的双面冷却的功率器件竖向叠加构成的无线封装的功率模块，由图4可知，位于上方的为第一个功率器件Al，第一功率器件Al具有完整的第一散热层1、硅功率器件层2、可焊接表面层3、第二散热层4，而位于下方的第二功率器件A2则将自身的可焊接表面层3直接焊接于第一个功率器件Al的第一散热层I的底端，即第一功率器件Al的第一散热层I作为第二个功率器件A2的第二散热层4。
[0034]图5所示的为多个实施例1中的双面冷却的功率器件构成的无线封装的功率模块，由图5可知，其构成与图4的构成基本类似，即所述所有双面冷却的功率器件依次竖直叠加焊接。最顶端以下的功率器件——第二个功率器件A2至第N个功率器件AN均是直接将自身的可焊接表面层3焊接于上一个功率器件的第一散热层I上，即以上一个功率器件的第一散热层I与下一个功率器件的第二散热层4合二为一。
[0035]此外，为了令本实施例中的模块更为完善，因为，本实施例中所有双面冷却的功率器件的第一散热层I均与实施例1中的第二散热层4相同，也做成与硅功率器件层2尺寸形状相匹配的结构。
[0036]由于本实施例中的功率模块由于具有第一散热层1、第二散热层4，因此本实施例的温度循环测试可达到20万次而不失败，提高系统的可靠性10倍以上，同时由于无线封装，没有导线连接，每个双面冷却的功率器件之间面与面接触，降低连接电阻50%，有效降低了本实施例的能耗。
【主权项】
1.一种双面冷却的功率器件，其特征在于:包括硅功率器件层(2)，在硅功率器件层(2)的背部设有第一散热层(1)，在硅功率器件层(2)的顶部设有可焊接表面层(3)，在可焊接表面层(3)的顶部还设有第二散热层(4)。2.根据权利要求1所述的双面冷却的功率器件，其特征在于:所述第一散热层(I)与第二散热层(4)均为金属铜构成的散热片，且第二散热层(4)的形状、尺寸、表面版图与硅功率器件层(2)的功率器件的形状、尺寸、表面版图相匹配。3.根据权利要求1或2所述的双面冷却的功率器件，其特征在于:所述可焊接表面层(3)为可焊接金属材料构成。4.根据权利要求3所述的双面冷却的功率器件，其特征在于:所述可焊接表面层(3)为金属银、钛、铝构成的合金层。5.—种无线封装的功率模块，包括至少两个权利要求1至4中任意一项所述的双面冷却、无线封装的功率器件，其特征在于:所有所述功率器件依次竖向叠置焊接。6.根据权利要求5所述的无线封装的功率模块，其特征在于:位于整体所述功率模块最顶端的功率器件为四个层都具备的完整结构，最顶端以下的功率器件的第二散热层(4)与其相邻的上一个功率器件的第一散热层(I)合二为一设置。7.根据权利要求5或6所述的无线封装的功率模块，其特征在于:所有功率器件的第一散热层(I)的形状、尺寸、表面版图，与其自身的硅功率器件层(2)以及其下方的那个硅功率器件层(2)的形状、尺寸、表面版图相匹配。
【专利摘要】本实用新型公开了一种双面冷却的功率器件以及无线封装的功率模块，所述双面冷却的功率器件包括硅功率器件层，在硅功率器件层的背部设有第一散热层，在硅功率器件层的顶部设有可焊接表面层，在可焊接表面层的顶部还设有第二散热层。本实用新型的功率器件结构简单，可靠性高，本实用新型的功率模块可靠性高、能耗低。本实用新型适用于任意电路。
【IPC分类】H01L23/367, H01L23/373, H01L23/36
【公开号】CN205248256
【申请号】CN201520442065
【发明人】步建康, 徐朝军, 李士垚
【申请人】河北昂扬微电子科技有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年6月25日