一种功率半导体模块及其制备方法与流程

本发明涉及的是一种预涂覆相变材料的功率半导体模块及其制备方法，属于功率半导体模块技术领域。

技术背景

目前常规的功率模块在出厂时，功率模块的基板底部不涂覆任何导热材料，而是在功率模块安装到散热器上时，在功率模块的底面涂覆导热硅脂。功率模块运行过程中，通过导热硅脂将功率模块的热量传导至散热器。然而导热硅脂的导热性能并不优良，目前市场上常用的导热硅脂导热能力相对来说较差，由其材料特性决定了导热硅脂的热阻占了整个模块热阻的50%左右。因此目前市场需要一种导热性能更加优良的热界面材料，提升模块的整体散热能力。

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，而提供一种结构简单，使用方便，能提高功率模块的散热性能，提高功率模块使用寿命的、预涂覆相变材料的功率半导体模块及其制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种功率半导体模块，它包括一功率半导体模块，所述功率半导体模块的底部散热界面上涂覆有受热融化的导热相变材料，另在功率半导体模块的散热界面上固定安装有散热器，且所述导热相变材料介于散热界面与散热器之间的空间中。

作为优选：所述功率半导体模块底面带有铜散热底板；所述的散热界面所涂覆的导热相变材料，其厚度范围为0.05mm——0.20mm之间。

作为优选：所述的导热相变材料使用钢网印刷技术进行印制，所述的钢网上单孔形状为圆形、矩形、六边形或者其它规则的易于阵列排布的形状。

一种如上所述功率半导体模块的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：

a）在完成常规功率半导体模块的制作以后，使用钢网印刷技术，在功率半导体模块底面的热接触面、即散热界面涂覆导热相变材料；

b）导热相变材料涂覆完成以后使用烘箱烘烤，烘烤温度在80—100℃，烘烤完成后在常温条件下放置1-2个小时，使涂覆在热接触面表面的相变材料固化到固体的状态；

c）导热相变材料在固化到固体之后，依然保持印制时的形状。

作为优选：所述的功率半导体模块在安装到散热器上，由于导热相变材料为固态，功率半导体的散热界面与散热器之间存在空隙，未被散热界面材料所填满，散热界面材料指的是涂覆在功率半导体模块散热界面的导热相变材料；内部的半导体器件发热之后，热量传导至涂覆在散热界面上的导热相变材料，导热相变材料融化之后即可填满功率半导体模块热接触面与散热器之间的空隙，形成良好的导热效果。

本发明所述的功率半导体模块在系统初始启动时，由于相变材料还属于固态，相比较于有软接触材料的系统，涂覆了相变材料的功率半导体模块从芯片到散热器之间的热阻比有软接触材料的功率半导体模块会高10%-15%。系统运行开始发热，当模块底板的温度上升到45℃以上时，导热相变材料开始相变过程，逐渐由原先的固态转变成液态，相变材料液化以后会开始转变成最优化的厚度。初始状态时，由于散热器的温度还在45℃到50℃之间，因此稍高的热阻并不会造成功率半导体模块的过温损坏。

功率半导体模块安装到系统上以后，在系统的老化测试时，整个系统会被加热，这样就给相变材料的液化提供了足够的时间。导热相变材料在45℃开始液化，在很短的时间内填补功率半导体模块以及散热器之间的空隙。相变材料液化以后模块的安装螺丝不需要重新加固。

当系统停机以后，功率半导体模块温度下降至45℃以下时，相变材料重新凝固到固态，系统再次运行底板重新加热以后相变材料又会再次融化，填满功率半导体模块以及散热器之间的空隙。

附图说明

图1是本发明所述功率半导体模块安装到散热器以后的系统示意图。

图2是本发明所述带有铜散热底板的功率半导体模块示意图。

图3是本发明所述不带铜散热底板的功率半导体模块示意图。

图4是本发明所述功率半导体模块散热界面示意图。

图5是本发明所述矩形阵列排布的印刷钢网图形图。

图6是本发明所述圆形阵列排布的印刷钢网图形图。

图7是本发明所述六边形阵列排布的印刷钢网图形图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1-7所示，本发明所述的一种功率半导体模块，所述功率半导体模块1的底部散热界面5上涂覆有受热融化的导热相变材料2，另在功率半导体模块1的散热界面5上固定安装有散热器3，且所述导热相变材料2介于散热界面5与散热器3之间的空间中。

所述的功率半导体模块可以是包含铜散热基板4的中到大功率模块，如图2所示，也可以是不包含铜散热基板的小功率半导体模块，如图3所示。

所述功率半导体模块1底面带有铜散热底板；所述的散热界面5所涂覆的导热相变材料2，其厚度范围为0.05mm——0.20mm之间。

所述的导热相变材料2使用钢网印刷技术进行印制，所述的钢网上单孔形状为圆形、矩形、六边形或者其它规则的易于阵列排布的形状，见图5-7所示。

一种如上所述功率半导体模块的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：

a）在完成常规功率半导体模块的制作以后，使用钢网印刷技术，在功率半导体模块1底面的热接触面5、即散热界面涂覆导热相变材料2；

b）导热相变材料2涂覆完成以后使用烘箱烘烤，烘烤温度在80—100℃，烘烤完成后在常温条件下放置1-2个小时，使涂覆在热接触面表面的导热相变材料2固化到固体的状态；

c）导热相变材料2在固化到固体之后，依然保持印制时的形状。

本发明所述的功率半导体模块1在安装到散热器3上，由于导热相变材料2为固态，功率半导体1的散热界面5与散热器3之间存在空隙，未被散热界面材料所填满，散热界面材料指的是涂覆在功率半导体模块1散热界面5的导热相变材料2；内部的半导体器件发热之后，热量传导至涂覆在散热界面上的导热相变材料2，导热相变材料融化之后即可填满功率半导体模块热接触面5与散热器3之间的空隙，形成良好的导热效果。