一种双面散热功率模块及其制备方法与流程

本申请涉及半导体功率模块，具体而言，涉及一种双面散热功率模块及其制备方法。

背景技术：

1、功率模块是大功率半导体器件按一定的功能组合再灌封成一体的模块。功率模块可根据封装的半导体元器件的不同实现不同功能，广泛应用于工业变频、变流器、汽车电机控制器等需要进行电能转换的场景。功率半导体器件通过连接材料(通常为焊接或者金属烧结)粘接在陶瓷基板或者铜基板上。功率半导体器件在工作时，会产生热损耗，如果发热量太大，又来不及向周围媒质消散，就会因温度过高而失效，所以，半导体功率模块的热管理对于模块的性能以及成本有着至关重要的作用，为了避免功率半导体器件温度过高，一般会增加散热器来加快散热。

2、随著功率密度的提高，大功率半导体器件产生的热量越来越大，现有的大功率半导体和散热器的组装结构难以满足散热需要，极需更为有效的散热结构。传统功率模块分为单面散热和双面散热两大类，单面散热在机械安装和工艺要求上有着明显优势，但是其散热效果要比双面散热结构差。双面散热能在最小的尺寸下提供最高的散热效果，提升系统的功率密度。现有技术中的双面散热的做法为芯片的上表面和下表面分别贴一层陶瓷基板，并在陶瓷基板远离芯片的一侧放置水冷散热器，此法虽可提供双面散热途径，但由于热流在传递过程中，须通过多次低导热介质层，使得芯片散热效率较差，且由于陶瓷基板的硬度极高，当芯片出现高低公差时会导致组装难度提升。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种双面散热功率模块及其制备方法，能够提高双面散热功率模块的散热能力的同时降低组装难度。

2、本申请的实施例一方面提供了一种双面散热功率模块，包括导电结构，导电结构包括导电层以及在导电层的表面设置的至少两个功率芯片，功率芯片间隔同层设置，功率芯片的接线端分别通过连接器与导电层对应连接，导电结构的两侧均依次设置有导热绝缘层和热交换器，导热绝缘层的材质为热可塑性材料。

3、作为一种可实施的方式，导电结构包括两个导电层，导电层分别设置于功率芯片相对的两侧，功率芯片一侧的接线端通过连接器与一侧的导电层连接，功率芯片另一侧的接线端通过另一侧的导电层和连接器与一侧的导电层连接。

4、作为一种可实施的方式，导电结构包括一个导电层，功率芯片设置于导电层的一侧，功率芯片远离导电层的接线端通过连接器连接至导电层，连接器包括与功率芯片表面平行的平行段以及与平行段连接的竖直段，平行段与竖直段之间具有预设夹角。

5、作为一种可实施的方式，导电层包括对应功率芯片间隔设置的多个导电块，两侧的导热绝缘层之间的空隙填充有导热材料块。

6、作为一种可实施的方式，导热材料块的外周包裹有绝缘材料层，绝缘材料层的电阻率大于106ω·m。

7、作为一种可实施的方式，导热材料块采用下述材料中的一种制备而成：包裹银材料的铜粉；包裹锡材的铜粉；或者铜粉混合树脂材料。

8、作为一种可实施的方式，导热绝缘层的厚度在20-300μm之间，导热绝缘层的热导率大于3w/m·k。

9、作为一种可实施的方式，热交换器为液冷交换器，热交换器的厚度在5-50mm之间，且热交换器采用铜或铝合金制成。

10、作为一种可实施的方式，导热绝缘层在厚度方向的尺寸变化的幅度大于10％。

11、本申请的实施例另一方面提供了一种制备上述双面散热功率模块的方法，包括：提供两个热交换器，并分别在两个热交换器的散热面上设置导热绝缘层，在一个或者两个热交换器的导热绝缘层上制备导电材料，导热绝缘层的材质为热可塑性材料；刻蚀导电材料形成导电层，导电层包括间隔设置的导电块；在一个导热绝缘层的导电块上焊接功率芯片并在功率芯片上对应接线端焊接连接器；将另一个导电层或者导热绝缘层扣合与连接器接触以使热交换器位于功率芯片的两侧。

12、本申请实施例的有益效果包括：

13、本申请提供的双面散热功率模块，包括导电结构，导电结构包括导电层以及在导电层的表面设置的至少两个功率芯片，功率芯片间隔同层设置，功率芯片的接线端分别通过连接器与导电层对应连接，导电结构的两侧均依次设置有导热绝缘层和热交换器，使得双面散热功率模块双面散热，导电结构中的功率芯片工作时发出的热量能够直接通过空气或者连接器与导热绝缘层连接，导热绝缘层具有良好的导热性，使得热量能够快速流过导热绝缘层传导至热交换器，且导电结构的两侧均设置有导热绝缘层和热交换器，在此过程中，导电层和连接器通常采用金属制成，具有良好的导热性，导热绝缘层也具有良好的导热性，从而提高双面散热功率模块的散热能力；另一方面，导热绝缘层的材质为热可塑性材料，当多个连接器的上表面出现高低公差时，由于导热绝缘层的材质为热可塑性材料，在制备功率模块过程中，导热绝缘层的材料在未固化前，可以通过按压的方式对其的高度进行调节来吸收连接器的上表面的高低公差，从而降低双面散热功率模块的组装难度。

技术特征：

1.一种双面散热功率模块，其特征在于，包括导电结构，所述导电结构包括导电层以及在所述导电层的表面设置的至少两个功率芯片，所述功率芯片间隔同层设置，所述功率芯片的接线端分别通过连接器与所述导电层对应连接，所述导电结构的两侧均依次设置有导热绝缘层和热交换器，所述导热绝缘层的材质为热可塑性材料。

2.根据权利要求1所述的双面散热功率模块，其特征在于，所述导电结构包括两个所述导电层，所述导电层分别设置于所述功率芯片相对的两侧，所述功率芯片一侧的接线端通过连接器与一侧的导电层连接，所述功率芯片另一侧的接线端通过另一侧的导电层和连接器与一侧的导电层连接。

3.根据权利要求1所述的双面散热功率模块，其特征在于，所述导电结构包括一个所述导电层，所述功率芯片设置于所述导电层的一侧，所述功率芯片远离所述导电层的接线端通过连接器连接至所述导电层，所述连接器包括与所述功率芯片表面平行的平行段以及与所述平行段连接的竖直段，所述平行段与所述竖直段具有预设夹角。

4.根据权利要求1所述的双面散热功率模块，其特征在于，所述导电层包括对应所述功率芯片间隔设置的多个导电块，两侧的所述导热绝缘层之间的空隙填充有导热材料块。

5.根据权利要求4所述的双面散热功率模块，其特征在于，所述导热材料块的外周包裹有绝缘材料层，所述绝缘材料层的电阻率大于106ω·m。

6.根据权利要求4所述的双面散热功率模块，其特征在于，所述导热材料块采用下述材料中的一种制备而成：包裹银材料的铜粉；包裹锡材的铜粉；或者铜粉混合树脂材料。

7.根据权利要求1所述的双面散热功率模块，其特征在于，所述导热绝缘层的厚度在20-300μm之间，所述导热绝缘层的热导率大于3w/m·k。

8.根据权利要求1所述的双面散热功率模块，其特征在于，所述热交换器为液冷交换器，所述热交换器的厚度在5-50mm之间，且所述热交换器采用铜或铝合金制成。

9.根据权利要求1所述的双面散热功率模块，其特征在于，所述导热绝缘层在厚度方向的尺寸变化的幅度大于10％。

10.制备如权利要求1-9任一项所述双面散热功率模块的方法，其特征在于，包括：

技术总结
本申请公开了一种双面散热功率模块及其制备方法，涉及半导体功率模块技术领域，本申请的一种双面散热功率模块，包括导电结构，导电结构包括导电层以及在导电层的表面设置的至少两个功率芯片，功率芯片间隔同层设置，功率芯片的接线端分别通过连接器与导电层对应连接，导电结构的两侧均依次设置有导热绝缘层和热交换器，导热绝缘层的材质为热可塑性材料。本申请提供的双面散热功率模块及其制备方法，能够提高双面散热功率模块的散热能力的同时降低组装难度。

技术研发人员：李芃昕,袁德威
受保护的技术使用者：上海狮门半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12