功率模块的散热结构、封装结构、封装组件、封装集成件、以及功率电子单元的制作方法

本技术涉及半导体功率器件封装领域，具体说涉及一种功率模块的散热结构、封装结构、封装组件和封装集成件、以及包括上述封装组件或封装集成件的功率电子单元。

背景技术：

1、功率半导体器件是功率电子变换器的核心部件，负责电路的开通和关断，其内含的电子元器件，例如芯片等非常脆弱，属于易损器件，需要对其进行封装以提供机械支撑、良好的电接触、散热作用和环境隔离，避免机械冲击，振动以及热应力等造成的损坏，以保证功率半导体器件正常工作。在实际服役过程中，功率循环聚集的热量需及时散出，过高的温度会危及半导体的结点，损伤电路的连接界面，增加导体阻值，造成模块失效。同时，由于功率模块封装是由不同材料组成的多层复杂结构，功率循环产生的热应力会使不同热膨胀系数的材料产生强弱各异的交变应力，促使材料变形、弯曲并形成蠕变疲劳，使芯片与基板、基板与底板之间的焊接层中产生逐渐扩散的裂纹，最终造成分层，导致模块失效。

技术实现思路

1、本技术涉及的一个方面是提供了一种功率模块的散热结构，其具有改善的热性能。

2、一种功率模块的散热结构，其包括：

3、热源，所述热源包括所述功率模块，和相对的第一表面和第二表面；

4、第一散热器，所述第一散热器的至少一部分与所述第一表面相对；

5、第二散热器，所述第二散热器的至少一部分与所述第二表面相对；

6、由焊接材料或烧结材料制成的第一连接层，所述第一连接层被施加于所述第一表面和所述第一散热器之间以将所述第一散热器和所述热源结合在一起；

7、由有机和/或无机连接剂制成的第二连接层，所述第二连接层填充于所述第二表面和所述第二散热器之间。

8、在所述功率模块的散热结构的一个实施例中，所述第一散热器和第二所述散热器分别构造为具有多个针柱。

9、在该散热结构中，热量通过第一连接层和第二连接层传递，第一连接层的散热性能很好，可确保功率模块的散热效率，同时第二连接层能够匹配不同材料之间的热应力差，可确保功率模块的缓冲效果。第一连接层和第二连接层使用不同的连接技术，比起使用相同的连接技术，本技术能够兼顾功率模块的热量的有效传递以及避免应力失效。

10、本技术涉及的另一个方面是提供了一种功率模块的封装结构，所述封装结构包括至少一个上述实施例中的功率模块的散热结构。

11、本技术涉及的再一个方面是提供了一种功率模块的封装结构，其包括：

12、第一热源，所述第一热源包括所述功率模块，和相对的第一热源第一表面和第一热源第二表面；

13、第二热源，所述第二热源包括另一个所述功率模块，和相对的第二热源第一表面和第二热源第二表面；

14、第一散热器，所述第一散热器的至少一部分和所述第一热源第一表面相对；

15、第二散热器，所述第二散热器的至少一部分和所述第二热源第二表面相对；

16、导热层，所述导热层位于所述第一热源和第二热源之间；

17、第一热源第一连接层，其由焊接材料或烧结材料制成；

18、第一热源第二连接层，其由有机和/或无机连接剂制成；

19、第二热源第一连接层，其由有机和/或无机连接剂制成；

20、第二热源第二连接层，其由焊接材料或烧结材料制成；

21、其中所述第一热源第一连接层构造成施加于所述第一散热器和所述第一热源第一表面之间以将所述第一散热器和所述第一热源结合在一起；

22、所述第二热源第二连接层构造成施加于所述第二散热器和所述第二热源第二表面之间以将所述第二散热器和所述第二热源结合在一起；

23、所述第一热源第二连接层填充于所述第一热源第二表面和所述导热层之间；

24、所述第二热源第一连接层填充于所述第二热源第一表面和所述导热层之间。

25、在所述功率模块的封装结构的一个实施例中，所述导热层构造为金属片层。

26、本技术涉及的再一个方面是提供了一种功率模块的封装组件，其包括多个上述任意一个实施例所述的封装结构，这些封装结构以堆叠的方式组合起来。在一种实施例中，封装组件包括多个以相同连接形式堆叠的封装结构。在另一种实施例中，封装组件包括多个以不同连接形式堆叠的封装结构。

27、本技术涉及的再一个方面是提供了一种功率模块的封装集成件，其包括：

28、多个热源，每个所述热源包括一个功率模块的组、相对的第一表面和第二表面；所述功率模块的组包括至少一个所述功率模块，并且各个所述功率模块的组彼此电连接；

29、第一集成散热器，每个所述热源的第一表面与所述第一集成散热器的至少一部分相对；

30、第二集成散热器，每个所述热源的第二表面与所述第二集成散热器的至少一部分相对；

31、多个第一连接层，每个所述第一连接层构造为施加于每个所述热源的第一表面和所述第一集成散热器之间，并且由焊接材料或烧结材料制成，所述第一连接层将对应的所述热源与所述第一集成散热器结合在一起；

32、多个第二连接层，每个所述第二连接层填充于每个所述热源的第二表面和所述第二集成散热器之间，并且由有机和/或无机连接剂制成。

33、在这里，功率模块的“组”可以包括多个功率模块的组合或一个功率模块。在一种实施例中，功率模块的组可以是多个相同的功率模块的组合。

34、所述功率模块的封装结构、封装组件或封装集成件具有前述功率模块的散热结构所具有的优点。由于封装结构、封装组件或封装集成件中的热量和热应力得到及时的释放，因此使用寿命也得到延长。

35、本技术涉及的再一个方面是提供了一种功率电子单元，其包括前述任意一个实施例所述的封装组件或封装集成件，其中所述功率模块包括igbt芯片、mosfet芯片、二极管芯片、和/或hemt芯片。

36、本技术涉及的再一个方面是提供了一种功率电子单元，其包括前述任意一个实施例所述的封装组件或封装集成件，其中所述功率模块包括由si、sic、ga2o3、gan、或金刚石制备的芯片。

37、在所述功率电子单元的一个实施例中，所述功率电子单元为逆变器、变频器、dcdc转换器、或车载充电器。

38、本技术涉及的功率电子单元可以使用传统的半导体功率芯片如晶体二极管，当前发展的半导体功率芯片，如igbt芯片、mosfet芯片、hemt芯片。本技术涉及的功率电子单元还可以使用由各种材料，例如si、sic、ga2o3、gan、或金刚石制备的芯片。

39、本技术涉及的功率电子单元可广泛应用于轨道交通、新能源汽车、风电、电力电网等功率需求大的技术领域。

40、通过以下参考附图的详细说明，本技术的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本技术的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，附图仅仅意图概念地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。