专利名称：功率模块的封装结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及适合应用于大功率半导体模块封装、功率控制电路、智能功率组件和高频开关电源等领域。具体是涉及一种功率模块的封装结构。
背景技术：
功率模块是中高压电力电子领域的核心器件。关于功率模块封装的改进一直没有 停止。传统的封装方式是将管芯和续流二极通过DBC放在基板，在其上灌入硅胶而后用塑料管壳将其保护起来。这种封装形式下，管芯工作所产生的热量绝大多数都是通过下层基板散热器散去。由于硅胶的导热系数很小，热量基本上不从模块的上面部分散去，同时由于模块上面的管壳是塑料材料，也不能承受过多的热量。这种传统的封装形式在散热效果上有较大的局限性。而在高温大功率场合，需要更好的散热效果，从而提高管芯的功率等级。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的功率模块散热的局限性，提供一种新型功率模块封装结构。这种封装形式与传统形式相比，增大模块的散热面积，提高了模块的散热性能。本发明的解决其技术问题所采用的技术方案是
一种功率模块的封装结构，其特征在于包括下层导热管壳和上层塑料管壳，导热管壳与塑料管壳之间填充硅胶。优选的，所述导热管壳底层与功率模块的基板做在一起作为一个整体。优选的，所述导热管壳的顶盖和功率模块的金属支架接触的位置，金属支架外围附有一层绝缘层，绝缘层外围为金属层，金属层与导热管壳的顶盖焊接。优选的，所述导热管壳内加入导热绝缘材料。优选的，所述导热管壳为铜制管壳。优选的，所述导热管壳为铝制管壳。优选的，所述导热管壳为铝碳化硅制管壳。优选的，所述绝缘层为陶瓷层。优选的，所述导热绝缘材料为导热油。本发明的功率模块的封装结构，将原来的单管壳封装方式改为双层管壳方式。也就是将模块的管壳分为两个部分金属(或复合材料)部分和塑料部分。其中金属部分是指将模块的基板和管壳的下层做在一起作为一个整体。这样，整个基板和下层管壳部分都可以用于散热。这部分的材料一般是金属(铜或铝)或者复合材料(铝碳化硅)。先将芯片通过DBC板贴放到基板上，由于下层管壳和基板是一个整体，然后在其中加入导热绝缘材料(如导热油)，最后再给下层管壳加上盖来实现密封。这样就可以将芯片工作时产生的热量的其中一部分通过导热油传到导热管壳部分。如此，模块的基板和管壳部分都是有效散热面积，从而有效提高了散热的效果。同时由于导热油是可靠绝缘的，这就保证了模块内部的电气绝缘。由于功率模块需要引出支架，所以在下层管壳的盖上面要留有可以使支架通过的孔隙。由于支架一般是由铜或铝等金属材料制成，这就涉及到支架之间和管壳盖之间电气绝缘和下层管壳密封的问题。为此，本发明还专门设计了针对这种新型封装结构的新型支架。在金属支架和下层管壳顶接触的位置在支架外面附上一层绝缘材料，以此来保证支架之间的电气绝缘。然后再在绝缘层之上附上一层金属，这样就可以通过焊接的办法将支架与下层管壳的盖紧密接触，防止下层管壳内部填充的导热绝缘材料的溢出。这样就既保证了支架之间的电气绝缘又做到了下层管壳的密封。然后再在第一层管壳之上加上第二层塑料管壳，中间填充以硅胶，再将支架引出。这一点与传统封装无异。
图I为本发明下层导热管壳底部结构不意 图2为本发明支架的结构示意 图3为本发明支架与导热管壳封装好后的结构示意 图4为本发明上下两层管壳封装好后的结构示意图。其中1_绝岩层、2-金属层、3-导热管壳的顶盖、4-塑料管壳。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步描述。—种功率模块的封装结构，包括下层导热管壳和上层塑料管壳4,导热管壳与塑料管壳4之间填充硅胶。导热管壳底层与功率模块的基板做在一起作为一个整体。导热管壳的顶盖3和功率模块的金属支架接触的位置，金属支架外围附有一层绝缘层1，绝缘层I外围为金属层2，金属层2与导热管壳的顶盖3焊接。导热管壳内加入导热绝缘材料。附图I是本发明的下层管壳结构，其包括两部分，基板部分和管壳部分，这两部分在制造中做成一个整体。其材料为金属(如铜、铝等)或复合材料(铝碳化硅等)其中基板部分通过DBC贴放芯片，这与传统封装一致。而其中的管壳部分用于增大散热面积。在导热管壳之中填入导热绝缘材料(如导热油等)，由此来实现必要的电气绝缘，同时通过这种导热材料将热量传递到管壳和基板。考虑到导热油的膨胀，可以在油量的填充上留有一定的余量。其中对支架做一下特别说明为了做到支架之间的电气绝缘，这种封装结构需要对支架进行改进。支架在与下层金属(或复合材料)管壳盖的接触处附上一层绝缘材料(陶瓷等)。同时，因为下层管壳需要填充液态的导热绝缘材料，这就需要做好下层管壳的密封。所以在支架的绝缘材料外面又附了一层金属，这样就可以将导热管壳的盖和支架焊接起来，从而达到密封的效果。这一步完成之后如附图3所示。下面一步就是上层管壳的封装，在上层管壳内部灌入硅胶。这一步完成之后如图4所示。最后还需注意的是上面所举的仅是本发明的一个具体实施例。所有采用本封装形式的封装都属本专利保护的范围1、上面所举的例子是两个支架的功率模块的封装，多个支架的模块也属于本专利保护范围；
2、上面附图2所示的支架只是具体支架的一种，当支架的形状变化而采用本专利所提及的支架外加绝缘保护并在绝缘层上附上金属的形式时，都是本专利所保护的范围；
3、下层管壳所填充的材料上面提及的是导热油，这只是一个具体的实施例。如果只是更换了下层管壳内所填充的导热绝缘材料，也属于本专利保护的范围。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子，显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.一种功率模块的封装结构，其特征在于包括下层导热管壳和上层塑料管壳，导热管壳与塑料管壳之间填充硅胶。
2.根据权利要求I所述的功率模块的封装结构，其特征在于所述导热管壳底层与功率模块的基板做在一起作为ー个整体。
3.根据权利要求I所述的功率模块的封装结构，其特征在于所述导热管壳的顶盖和功率模块的金属支架接触的位置，金属支架外围附有ー层绝缘层，绝缘层外围为金属层，金属层与导热管壳的顶盖焊接。
4.根据权利要求1-3所述的任意一种功率模块的封装结构，其特征在于所述导热管壳内加入导热绝缘材料。
5.根据权利要求1-3所述的任意一种功率模块的封装结构，其特征在于所述导热管壳为铜制管壳。
6.根据权利要求1-3所述的任意一种功率模块的封装结构，其特征在于所述导热管壳为铝制管壳。
7.根据权利要求1-3所述的任意一种功率模块的封装结构，其特征在于所述导热管壳为招碳化娃制管壳。
8.根据权利要求3所述的功率模块的封装结构，其特征在于所述绝缘层为陶瓷层。
9.根据权利要求4所述的功率模块的封装结构，其特征在于所述导热绝缘材料为导热油。
全文摘要
本发明的目的在于针对现有的功率模块散热的局限性，提供一种新型功率模块封装结构。这种封装形式与传统形式相比，增大模块的散热面积，提高了模块的散热性能。一种功率模块的封装结构，其特征在于包括下层导热管壳和上层塑料管壳，导热管壳与塑料管壳之间填充硅胶。
文档编号H01L23/373GK102664172SQ20121015755
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者汪涛, 盛况, 程士东, 翟超, 谷彤, 郭清 申请人:浙江大学