一种集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构。包括功率半导体模块、第一控制电路板和第二控制电路板，功率半导体模块包括芯片、DBC板、散热器和模块外壳；DBC板焊接在散热器上；芯片焊接在DBC板上，芯片上覆盖有硅胶保护层；模块外壳上设有第一电极端子和第二电极端子，第一控制电路板和第二控制电路板分别固定在第一和第二电极端子上，所述第二控制电路板的安装位置高于硅胶保护层的上表面。本实用新型将驱动电路板、第一控制电路板和第二控制电路板分别集成到带有散热器的功率半导体模块上，不仅体积减小了30%左右，而且各个控制板独立固定，当出现故障的时候，各个控制板都可以直接更换，提高了维修和更换的灵活性。
【专利说明】一种集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种功率半导体模组结构，特别涉及一种集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构。
【背景技术】
[0002]功率半导体模块常作为核心器件与其他外围结构，例如散热器、驱动电路电源板、以及CPU控制板等进行组合形成功率半导体模组，从而实现各种功能，在变频器、UPS、电焊机等电力电子领域得到了广泛使用。例如在变频器中，功率半导体模块与散热器、驱动电路电源板和CPU控制板的常规组合方式如图1所示，功率半导体模块I底部均匀涂抹导热硅脂15后用螺丝锁在风冷散热器16上，驱动电路电源板14焊接在功率半导体模块I上面，(PU板3通过插拔信号线连接在驱动电路电源板14上，其中功率半导体模块由专门的模块厂家提供，而其余部分则由变频器或者其他终端厂家自行设计。这种配合方式的优点是工程师可以根据已有的功率半导体模块自由设计外围组件，产品灵活性大，设计简单，拆装、更换方便；缺点是形成的功率半导体模组体积大，集成度低。以变频器为例，通过研究和分析，它之所以体积大、集成度低，有15%是因为现有功率半导体模组的驱动电路电源板、CPU板的体积较大，另外70%是与功率半导体模组的散热器体积有关(而散热器的体积又与模块的功耗成正比)。
[0003]针对现有技术的弊端，各个厂商分别做了改进:有的公司将驱动电路电源板，拆封成为驱动电路板2和电源板4，然后将驱动电路板2集成在功率半导体模块I内部，进行环氧灌封，如图2所示，形成的功率半导体模组被称作IPM(智能功率模组)。这种拆分方式可以在一定程度上提高集成度、减小体积，但是减小的体积非常有限，小于10% ;而且因为驱动电路板被环氧灌封在功率半导体模块内部，难以拆卸替换，因此灵活度不够高且不易维修。而欧洲模块厂家Semikron采用压接技术，将功率半导体模块I直接用机械弹簧的方式压在平整的水冷散热器17，如图3所示，这样可以将散热器的体积减小到原来的1/3左右，因此减小了整个功率半导体模组的体积，提高了效率，但是使用的压接设备和方法复杂较难实现，而且水冷散热器17 —般比较复杂昂贵，因此该方式形成的功率半导体模组适合用在高端场合。其他厂家比如英飞凌，采用新一代低功耗芯片，充分减小了散热器的体积，这是目前最为直接有效的方式。然而要想在不减小输出功率的情况下减小散热器体积，需要将功率半导体模块内部的芯片换成技术功耗更低的新一代芯片，该技术目前被几个国际大公司垄断；而且芯片更新换代投资巨大，周期长，几年甚至几十年都有可能。
[0004]综上，现有技术对功率半导体模组的结构改进方式要么集成度偏低，灵活度减小，要么成本较高，改进周期长，因此需要设计一种新的功率半导体模组结构。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，以解决现有技术中功率半导体模组结构体积大、集成度偏低的技术问题。
[0006]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:包括功率半导体模块、第一控制电路板和第二控制电路板，所述功率半导体模块包括芯片、DBC板、散热器和容置所述DBC板和芯片的模块外壳；所述DBC板焊接在所述散热器的上表面；所述芯片焊接在所述DBC板上表面，所述芯片上覆盖有硅胶保护层；所述模块外壳上靠近所述DBC板两端处设有第一插槽和第二插槽，所述第一、第二插槽内分别设有第一电极端子和第二电极端子，所述第一控制电路板固定在所述第一电极端子上，所述第二控制电路板固定在所述第二电极端子上，且所述第二控制电路板的安装位置高于所述硅胶保护层的上表面。
[0007]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0008]进一步，所述第一控制电路板通过插拔或焊接固定在所述第一电极端子上。
[0009]进一步，所述第二控制电路板通过插拔或焊接固定在所述第二电极端子上。
[0010]进一步，所述散热器底部固定有散热片。
[0011]进一步，所述散热器为至少两层结构的复合板，所述DBC板焊接在所述复合板最上层的上表面，所述复合板的底部设有凹槽，所述散热片安插在所述凹槽内。
[0012]进一步，所述散热器为上层铜层、中间铝层和底层铜层组成的铜铝铜三层复合板，所述DBC板焊接在上层铜层表面，所述底层铜层上设有用于安插所述散热片的凹槽。
[0013]进一步，所述第一控制电路板为电源板，所述第二控制电路板为驱动电路板。
[0014]进一步，还包括CPU板，所述CPU板通过插拔信号线与所述驱动电路板相连接。
[0015]进一步，所述第一控制电路板为电源板，所述第二控制电路板为驱动CPU集成电路板。
[0016]进一步，所述第一控制电路板为电源板的电容变压集成板，所述第二控制电路板为电源板的保护线路板。
[0017]本实用新型的有益效果是:本实用新型提出一种集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，将第一控制电路板、第二控制电路板分别集成到带有散热片的功率半导体模块上，不仅体积减小了 30%，而且后期配合新的芯片技术，体积还可以得到进一步降低；同时各个控制板独立固定，当出现故障的时候，各个控制板都可以直接更换，提高了功率半导体模组维修和更换的灵活性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为现有技术用于变频器的功率半导体模组的结构示意图；
[0019]图2?图3为改进后用于变频器的功率半导体模组的结构示意图；
[0020]图4为本实用新型的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构的结构示意图；
[0021]图5为实施例1中用于变频器的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0023]图4为本实用新型的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构的结构示意图，包括功率半导体模块1、第二控制电路板2和第一控制电路板4，所述功率半导体模块I包括芯片7、DBC板5、散热器11和容置所述DBC板5和芯片7的模块外壳6 ;所述芯片7焊接在所述DBC板5上表面，所述芯片7上覆盖有硅胶保护层8 ;所述模块外壳6上靠近所述DBC板5两端处设有第一插槽9.1和第二插槽9，2,所述第一插槽9.1和第二插槽9.2内分别设有第一电极端子10.1和第二电极端子10.2，所述第一控制电路板4固定在所述第一电极端子10.1上，所述第二控制电路板2固定在所述第二电极端子10.2上，且第二控制电路板2的安装位置高于所述硅胶保护层8的上表面。
[0024]实施例1为用于变频器的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，如图5所述，为实施例1中用于变频器的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构的结构示意图，所述散热器11为复合板，所述复合板11为铜铝铜三层结构，所述DBC板5焊接在上层铜层11.1上表面，复合板11中间层为中间铝层11.2，底层铜层11.3上设有凹槽12，所述凹槽12内安插有散热片13。在其他实施例中，所述复合板11可以为至少两层结构，所述DBC板5焊接在所述复合板11最上层的上表面，所述复合板11的底部设有凹槽12，所述散热片13安插在所述凹槽12内。
[0025]实施例1中，所述第一控制电路板4为用于提供电源的电源板，第二控制电路板2为驱动电路板，所述电源板通过插拔或焊接固定在所述第一电极端子10.1上；所述驱动电路板通过插拔或焊接固定在所述第二电极端子10.2上；所述整机结构还包括用于控制所述驱动电路板的CPU板3，所述CPU板3通过插拔信号线与所述驱动电路板相连接。
[0026]在其他实施例中，可以根据实际需要对第一控制电路板和第二控制电路板做具体设置，把较容易损坏的电路板独立设置在所述第二电极端子上，以便更换。比如在另一实施例中，所述第一控制电路板为电源板，所述第二控制电路板为驱动板和CPU板集成的驱动(PU集成电路板；在另一实施例中，所述第一控制电路板为电源板中电容和变压部分独立出来的电容变压集成板，所述第二控制电路板为电源板中保护线路部分独立出来的保护线路板。
[0027]本实用新型提出一种集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，将第一控制电路板、第二控制电路板分别集成到带有散热片的功率半导体模块上，不仅体积减小了30%，而且后期配合新的芯片技术，体积还可以得到进一步降低；同时各个控制板独立固定，当出现故障的时候，各个控制板都可以直接更换，提高了功率半导体模组维修和更换的灵活性。
[0028]上述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，其特征在于:包括功率半导体模块、第一控制电路板和第二控制电路板，所述功率半导体模块包括芯片、DBC板、散热器和容置所述DBC板和芯片的模块外壳；所述DBC板焊接在所述散热器的上表面；所述芯片焊接在所述DBC板上表面，所述芯片上覆盖有硅胶保护层；所述模块外壳上靠近所述DBC板两端处设有第一插槽和第二插槽，所述第一、第二插槽内分别设有第一电极端子和第二电极端子，所述第一控制电路板固定在所述第一电极端子上，所述第二控制电路板固定在所述第二电极端子上，且所述第二控制电路板的安装位置高于所述硅胶保护层的上表面。
2.根据权利要求1所述的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，其特征在于:所述第一控制电路板通过插拔或焊接固定在所述第一电极端子上。
3.根据权利要求1所述的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，其特征在于:所述第二控制电路板通过插拔或焊接固定在所述第二电极端子上。
4.根据权利要求1所述的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，其特征在于:所述散热器底部固定有散热片。
5.根据权利要求4所述的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，其特征在于:所述散热器为至少两层结构的复合板，所述DBC板焊接在所述复合板最上层的上表面，所述复合板的底部设有凹槽，所述散热片安插在所述凹槽内。
6.根据权利要求4所述的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，其特征在于:所述散热器为上层铜层、中间铝层和底层铜层组成的铜铝铜三层复合板，所述DBC板焊接在上层铜层表面，所述底层铜层上设有用于安插所述散热片的凹槽。
7.根据权利要求1?6任一所述的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，其特征在于:所述第一控制电路板为电源板，所述第二控制电路板为驱动电路板。
8.根据权利要求7所述的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，其特征在于:还包括CPU板，所述CPU板通过插拔信号线与所述驱动电路板相连接。
9.根据权利要求1?6任一所述的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，其特征在于:所述第一控制电路板为电源板，所述第二控制电路板为驱动CPU集成电路板。
10.根据权利要求1?6任一所述的集成散热器和智能功率半导体模块的整机结构，其特征在于:所述第一控制电路板为电源板的电容变压集成板，所述第二控制电路板为电源板的保护线路板。
【文档编号】H05K7/20GK203859959SQ201420196417
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】贺东晓, 尹建维 申请人:扬州虹扬科技发展有限公司