一种具有高效散热功能的IGBT模块封装结构的制作方法

本发明涉及电子元件封装结构，尤其是涉及一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构。

背景技术：

1、在现有技术中，随着电子技术的快速发展，电子元器件体积不断缩小，芯片集成度不断增加，热流密度也越来越大。大功率电子元器件会产生大量的热，若不采取有效的热管理措施，将热量传递出去，器件会受到损伤甚至损坏，在当今的电力电子器件里面，最重要的一个元件就是igbt模块，igbt模块的应用非常广泛，小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性产业，现有的igbt模块普遍为单面散热，灌封料普遍为硅胶、环氧树脂等有机材料，其热导率较低；单向散热的模式使得芯片产生的热量只能从上至下传送，散热效率低，而对于现有的双面散热的封装结构来说，其内部的焊料层有三种，包括：sic芯片与下覆铜陶瓷板(dbc)之间焊料层、sic芯片与其上面的缓冲层之间的焊料层、缓冲层与上dbc之间焊料层，这三个焊料层位置都会存在可靠性问题。

2、申请号为：202110426392.8的中国发明专利公开了一种高热可靠性的多单元功率集成模块及其加工工艺，其结构包括硅基igbt芯片、碳化硅肖特基势垒二极管芯片、硅基二极管芯片、铜/石墨烯纳米片(cu/gn)异质薄膜、石墨烯基封装树脂、覆铜陶瓷衬板、焊料层、纳米银导电胶、键合引线、铜垫片、塑封外壳、铝碳化硅基板、导热硅脂以及散热器。然而该种高热可靠性的多单元功率集成模块结构较为复杂，所需耗材较多，提高了封装结构的生产成本，其虽然采用了双面散热封装结构，提高了散热性能，但是其上下夹板之间的压力难以精准控制，易造成灌封料内气泡难以清除以及封装压力过大而压坏芯片等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构。

2、为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

3、一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构，包括框架本体，所述框架本体内部为中空结构，还包括用于对igbt模块进行双面散热的散热模块、用于作为igbt模块主体部分的功能模块以及用于对igbt模块进行封装的封装模块，散热模块布置在所述框架本体的上下两端，功能模块装配在所述框架本体的内侧下部，封装模块配置在所述框架本体的内侧。

4、散热模块包括上层散热器以及下层散热器，所述上层散热器设置在所述框架本体的上部且与所述框架本体固定连接，所述下层散热器设置在所述框架本体的下部且与所述框架本体固定连接，所述上层散热器与所述下层散热器布置在所述框架本体的上下两端。

5、功能模块包括基板、dbc板以及芯片，所述基板设置在所述下层散热器的上端且与所述下层散热器固定连接，所述基板的下表面通过焊料或热界面材料与所述下散热器的上表面连接，所述dbc板设置在所述基板的上端且通过焊料结构与所述基板连接，所述芯片设置在所述dbc板的上端且通过焊料结构与所述dbc板连接。

6、焊料结构包括第一焊料层以及第二焊料层，所述第一焊料层设置在所述dbc板与所述基板之间，所述基板的上表面与所述dbc板的下表面通过所述第一焊料层焊合，所述第二焊料层设置在所述dbc板与所述芯片之间，所述芯片的下表面与所述dbc板的上表面通过所述第二焊料层焊合。

7、所述dbc板为覆铜陶瓷板，覆铜陶瓷板包括上铜层、中间绝缘层以及下铜层，上铜层、中间绝缘层以及下铜层依次并列布置。

8、中间绝缘层的材质为氮化铝、氧化铝、氮化硅中的一种。

9、封装模块包括导热薄膜以及导热灌封胶，所述导热薄膜设置在所述框架本体的内侧上部且与所述框架本体固定连接，所述导热薄膜位于所述芯片与所述上层散热器之间，所述导热灌封胶填充在所述框本体的内部。

10、所述导热薄膜为高导热薄膜结构且所述导热薄膜上阵列布置有若干组孔状结构，所述孔状结构贯穿所述导热薄膜，所述导热薄膜的下表面附有一层绝缘膜，所述导热薄膜至所述芯片之间的间距为2-9毫米。

11、所述导热灌封胶为导热灌封胶为高性能导热填料与树脂灌封料结合的复合材料，高性能导热填料为球形氧化铝，所述导热灌封胶与所述上层散热器的下表面以及所述基板的上表面进行接触，所述框架本体为塑料框架，所述芯片的上表面与所述导热灌封胶直接接触。

12、所述导热薄膜的厚度为20-2000微米，所述孔状结构的直径为1-10毫米且其密度为1-10个/平方厘米，所述导热薄膜含有石墨烯、石墨、碳纳米管、氮化硼的一种或者多种。

13、本发明的有益效果是：

14、结构简单，设有散热模块，可以对igbt模块进行双面散热，散热效率高，其中，上层散热器与芯片之间无需垫高相连接，减小了焊接连接层的存在，降低模块运行过程中出现问题的概率，提高了散热模块的可靠性，增加了模块服役寿命，设有功能模块与封装模块配合，通过高性能导热灌封料良好地包覆多孔结构的高导热薄膜，降低了其接触面产生气泡的概率，提高了上层散热通道的可靠性，高导热薄膜下方与芯片相邻面还附有一层绝缘膜，能够减少模块中器件的内部干扰，降低了杂散电感的产生，并且高导热薄膜可均衡灌封胶内水平面上的热量密度，降低芯片发热源位置的功率密度，提高上层散热通道的散热效率，通过高性能导热填料提升封装结构的导热性能，无需添加额外导热金属垫料也能构建出上层导热通道。

技术特征：

1.一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构，包括框架本体(1)，所述框架本体(1)内部为中空结构，其特征在于，还包括用于对igbt模块进行双面散热的散热模块、用于作为igbt模块主体部分的功能模块以及用于对igbt模块进行封装的封装模块，散热模块布置在所述框架本体(1)的上下两端，功能模块装配在所述框架本体(1)的内侧下部，封装模块配置在所述框架本体(1)的内侧。

2.如权利要求1所述的一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构，其特征在于，散热模块包括上层散热器(2)以及下层散热器(3)，所述上层散热器(2)设置在所述框架本体(1)的上部且与所述框架本体(1)固定连接，所述下层散热器(3)设置在所述框架本体(1)的下部且与所述框架本体(1)固定连接，所述上层散热器(2)与所述下层散热器(3)布置在所述框架本体(1)的上下两端。

3.如权利要求2所述的一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构，其特征在于，功能模块包括基板(4)、dbc板(5)以及芯片(6)，所述基板(4)设置在所述下层散热器(3)的上端且与所述下层散热器(3)固定连接，所述基板(4)的下表面通过焊料或热界面材料与所述下散热器的上表面连接，所述dbc板(5)设置在所述基板(4)的上端且通过焊料结构与所述基板(4)连接，所述芯片(6)设置在所述dbc板(5)的上端且通过焊料结构与所述dbc板(5)连接。

4.如权利要求3所述的一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构，其特征在于，焊料结构包括第一焊料层(7)以及第二焊料层(8)，所述第一焊料层(7)设置在所述dbc板(5)与所述基板(4)之间，所述基板(4)的上表面与所述dbc板(5)的下表面通过所述第一焊料层(7)焊合，所述第二焊料层(8)设置在所述dbc板(5)与所述芯片(6)之间，所述芯片(6)的下表面与所述dbc板(5)的上表面通过所述第二焊料层(8)焊合。

5.如权利要求4所述的一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构，其特征在于，所述dbc板(5)为覆铜陶瓷板，覆铜陶瓷板包括上铜层、中间绝缘层以及下铜层，上铜层、中间绝缘层以及下铜层依次并列布置。

6.如权利要求5所述的一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构，其特征在于，中间绝缘层的材质为氮化铝、氧化铝、氮化硅中的一种。

7.如权利要求6所述的一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构，其特征在于，封装模块包括导热薄膜(9)以及导热灌封胶(10)，所述导热薄膜(9)设置在所述框架本体(1)的内侧上部且与所述框架本体(1)固定连接，所述导热薄膜(9)位于所述芯片(6)与所述上层散热器(2)之间，所述导热灌封胶(10)填充在所述框本体的内部。

8.如权利要求7所述的一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构，其特征在于，所述导热薄膜(9)为高导热薄膜结构且所述导热薄膜(9)上阵列布置有若干组孔状结构(11)，所述孔状结构(11)贯穿所述导热薄膜(9)，所述导热薄膜(9)的下表面附有一层绝缘膜，所述导热薄膜(9)至所述芯片(6)之间的间距为2-9毫米。

9.如权利要求8所述的一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构，其特征在于，所述导热灌封胶(10)为高性能导热填料与树脂灌封料结合的复合材料，所述导热灌封胶(10)与所述上层散热器(2)的下表面以及所述基板(4)的上表面进行接触，所述框架本体(1)为塑料框架，所述芯片(6)的上表面与所述导热灌封胶(10)直接接触。

10.如权利要求9所述的一种具有高效散热功能的igbt模块封装结构，其特征在于，所述导热薄膜(9)的厚度为20-2000微米，所述孔状结构(11)的直径为1-10毫米且其密度为1-10个/平方厘米，所述导热薄膜(9)含有石墨烯、石墨、碳纳米管、氮化硼的一种或者多种。

技术总结
本发明公开了一种具有高效散热功能的IGBT模块封装结构，包括框架本体，所述框架本体内部为中空结构，还包括用于对IGBT模块进行双面散热的散热模块、用于作为IGBT模块主体部分的功能模块以及用于对IGBT模块进行封装的封装模块，散热模块布置在所述框架本体的上下两端，功能模块装配在所述框架本体的内侧下部，封装模块配置在所述框架本体的内侧，本发明的有益效果是结构简单，设有散热模块，可以对IGBT模块进行双面散热，散热效率高，设有功能模块与封装模块配合，通过高性能导热灌封料良好地包覆多孔结构的高导热薄膜，降低了其接触面产生气泡的概率，提高了上层散热通道的可靠性，降低了杂散电感的产生，可降低芯片发热源位置的功率密度。

技术研发人员：王玮,莫豪,王华涛,刘洋,乜连波,温景超
受保护的技术使用者：威海新佳电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7