基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，它包括芯片、钼片、门极和外壳组件，所述外壳组件包括外壳和电极铜块，所述电极铜块的周侧设置用来导热绝缘的散热体组件，所述散热体组件呈包裹状围绕在电极铜块的周侧。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、制作方便、散热效果好、散热速度快、安全可靠性好等优点。
【专利说明】基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及到功率器件领域，特指一种基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构。
【背景技术】
[0002]功率器件在应用中的很多场合都要用到水冷散热的安装结构。现有的压接式功率器件(如晶闸管)的典型结构如图1所示，包括芯片1、钥片2、门极4、外壳组件等部分，其中外壳组件主要由陶瓷外壳5和电极铜块3构成。芯片I作为发热源，其产生的热量通过电极铜块3传递到外部的水冷散热器实现器件的散热。同时，电极铜块3还负责承受器件使用安装时的压装力。如图2所示，为典型功率器件的串联压装结构，功率器件6的周侧压装有水冷散热器7。这种结构中，使用的功率器件越多，水冷散热器的数量也随着增加，这样会造成整个装置的体积过于庞大。同时由于采用了外部散热方式，水冷散热器离热源(芯片)的距离较远，这种结构存在较大的体积热阻和接触热阻，从而使得散热能力受到较大的限制。水冷散热器需要和功率器件一起承受较大的安装压力，而由于其内部布置有水流通道，抗压强度较低，长期使用过程中可能会由于散热器变形而降低整个装置的寿命。传统的功率器件水冷压装结构采用去离子水作为冷却水，这是因为去离子水本身不导电，不会将器件两端电极上的电流传导到水中而带来危险。但去离子水的制备需要专用设备，这会造成功率装置的运行成本升高。
[0003]有从业者采用了一种水电隔离的压装结构，如图3所示，通过采用导热绝缘隔板8将功率器件6的电极和水冷散热器7隔离，再采用连接母排9将各器件的电极连接起来。这种方案可以采用普通冷却水，但是很显然将会造成上述的问题更加严重。
[0004]有从业者，进一步提供了一种优化后的的压接式功率器件(如晶闸管)的典型结构，如图4所示，这种结构在电极铜块3上设计了冷却水道10，相当于将功率器件6和水冷散热器7集成在了一起。这种结构能够降低功率器件6应用时的热阻，提高器件的通流能力。但是，它仍然不能完全有效解决前述的各种问题。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、制作方便、散热效果好、散热速度快、安全可靠性好的基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，它包括芯片、钥片、门极和外壳组件，所述外壳组件包括外壳和电极铜块，所述电极铜块的周侧设置用来导热绝缘的导热绝缘散热体组件，所述导热绝缘散热体组件呈包裹状围绕在电极铜块的周侧。
[0007]作为本发明的进一步改进:
所述导热绝缘散热体组件从外至内一直延伸至芯片附近。[0008]所述导热绝缘散热体组件通过焊接方式与电极铜块连接成为一个整体。
[0009]所述导热绝缘散热体组件采用导热绝缘材料制成。
[0010]所述导热绝缘材料为AlN或Al2O3。
[0011]所述导热绝缘散热体组件为水冷式散热体组件，所述导热绝缘散热体组件的内部布置有供冷却介质通入的冷却水道。
[0012]与现有技术相比，本发明的优点在于:
(I)本发明的基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，结构简单紧凑、成本低廉、制作方便，采用内冷却方式，冷却结构离热源更近，散热面积更大，散热速度更好，因此能够大大提高功率器件的散热能力，进而可进一步提升其工作时的通流能力。
[0013](2)本发明的基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，采用周边散热方式，散热体组件不再承受安装压力，不会发生散热器变形失效的问题，因此提升了功率器件或其应用装置的强度，从而可延长整个应用装置的使用寿命和安全可靠性。
[0014](3)本发明的基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，采用了导热绝缘材料制作散热体组件，优化了上述功率器件在水冷散热应用中的水电隔离结构，从而使整个应用装置结构更加紧凑合理。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是现有典型平板型功率器件(晶闸管)的封装结构示意图。
[0016]图2是典型平板型功率器件的水冷压装结构的示意图。
[0017]图3是现有采用了水电隔离方案的功率器件水冷压装结构的示意图。
[0018]图4是现有集成了水冷散热的平板型功率器件(晶闸管)封装结构示意图。
[0019]图5是本发明的封装结构示意图。
[0020]图例说明:
1、芯片；2、钥片；3、电极铜块；4、门极；5、外壳；6、功率器件；7、水冷散热器；8、导热绝缘隔板；9、连接母排；10、冷却水道；11、导热绝缘散热体组件。
【具体实施方式】
[0021]以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0022]如图5所示，为本发明的基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，本实例中以晶闸管为例，其他的例如整流管、压接型IGBT、IGCT、GT0等均是基于同样的原理。它包括芯片1、钥片2、门极4和外壳组件，外壳组件包括陶瓷的外壳5和电极铜块3，芯片I作为发热源，其产生的热量通过电极铜块3传递，同时电极铜块3还负责承受器件使用安装时的压装力。本发明在电极铜块3的周侧设置用来导热绝缘的导热绝缘散热体组件11，导热绝缘散热体组件11呈包裹状围绕在电极铜块3的周侧，且该导热绝缘散热体组件11从外至内一直延伸至芯片I附近，并和电极铜块3通过焊接方式(如钎焊等)连接成为一个整体。导热绝缘散热体组件11采用导热绝缘材料(例如A1N、A1203等)制成，因此可以方便地实现水电隔离。
[0023]本实施例中，导热绝缘散热体组件11进一步还可以为水冷式散热体组件，即根据实际需要在导热绝缘散热体组件11的内部布置有冷却水道10，供冷却介质通入，形成多重、强效冷却。
[0024]由上述结构可知，本发明为内部冷却的方式，冷却水离芯片I (热源)的距离很近，能够较大幅度的提高冷却速度。对于电极铜块3而言，本发明属于周边冷却的方式，整个散热面积更大，导热绝缘散热体组件11不再承受安装压力，从而大大提高了其使用寿命和整个功率器件的稳定性。
[0025]以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，它包括芯片(I)、钥片(2)、门极(4)和外壳组件，所述外壳组件包括外壳(5)和电极铜块(3)，其特征在于，所述电极铜块(3)的周侧设置用来导热绝缘的导热绝缘散热体组件(11)，所述导热绝缘散热体组件(11)呈包裹状围绕在电极铜块(3)的周侧。
2.根据权利要求1所述的基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，其特征在于，所述导热绝缘散热体组件(11)从外至内一直延伸至芯片(I)附近。
3.根据权利要求1所述的基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，其特征在于，所述导热绝缘散热体组件(11)通过焊接方式与电极铜块(3)连接成为一个整体。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，其特征在于，所述导热绝缘散热体组件(11)采用导热绝缘材料制成。
5.根据权利要求4所述的基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，其特征在于，所述导热绝缘材料为AlN或A1203。
6.根据权利要求1或2或3所述的基于内冷却散热的平板型功率器件封装结构，其特征在于，所述导热绝缘散热体组件(11)为水冷式散热体组件，所述导热绝缘散热体组件(11)的内部布置有供冷却介质通入的冷却水道(10)。
【文档编号】H01L23/473GK103579143SQ201310536700
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】李继鲁, 方杰, 常桂钦, 贺新强, 曾雄, 彭明宇, 彭勇殿, 颜骥 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司