多层功率器件堆叠结构的制作方法

本发明涉及集成功率器件领域，具体而言，涉及一种多层功率器件堆叠结构。

背景技术：

随着新能源、服务器、电动汽车、通信等各个行业发展，电源模块的体积越来越小，功率密度越来越高。模块内部的功率器件的使用也越来越多，但单一平面所能放置的功率器件是有局限性的。

为了在有限的空间内，放置更多的功率器件，需要考虑引入多层堆叠的结构。但是，功率器件除了承担电路内部电压和电流的大功率控制以外，它在工作的过程中还会产生大量的热量。处于最外层的功率器件，与散热面之间的热阻小，而越靠中间的层，与散热面之间的热阻就越大。这种情况会导致功率器件温度过高，产生热损坏的隐患。这种结构限制了系统的功率无法提高，限制了系统的功率密度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多层功率器件堆叠结构，其能够克服现有功率器件的堆叠布局造成散热的限制，并解决中间层功率器件散热的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种多层功率器件堆叠结构，包括：第一pcb基板、分别与所述第一pcb基板连接的散热装置、第一导电金属箔、分别与所述第一导电金属箔连接的第一功率器件组、金属导热基座；第二pcb基板、以及分别与所述第二pcb基板连接的所述金属导热基座、第二导电金属箔、与所述第二导电金属箔连接的第二功率器件组；所述第一pcb基板与所述第二pcb基板之间相互匹配形成的空腔内，所述金属导热基座、所述第一导电金属箔、所述第一功率器件组均设置在所述空腔内。

在本发明较佳的实施例中，所述第二功率器件组与所述第二导电金属箔设置在所述空腔内或者所述空腔外。

在本发明较佳的实施例中，所述空腔内还填充有导热绝缘胶。

在本发明较佳的实施例中，所述多层功率器件堆叠结构还包括导热石墨片，所述导热石墨片与所述第二pcb基板连接，且设置在所述空腔内与所述金属导热基座连接。

在本发明较佳的实施例中，所述第一pcb基板为铜基板、铝基板或陶瓷基板。

在本发明较佳的实施例中，所述第一导电金属箔与所述第二导电金属箔为导电铜箔。

在本发明较佳的实施例中，所述第一pcb基板为铜基板、铝基板或陶瓷基板或fr－4类材质。

在本发明较佳的实施例中，所述金属导热基座钎焊在所述第一导电金属箔上。

在本发明较佳的实施例中，所述第一功率器件组包括一个或者多个功率器件，所述第二功率器件组包括一个或者多个功率器件。

在本发明较佳的实施例中，所述散热装置设置在所述第一pcb基板远离所述空腔的外表面上，具备低热阻属性。

本发明实施例的有益效果是：本发明实施例提供了一种多层功率器件堆叠结构，包括：第一pcb基板、第一导电金属箔、第一功率器件组、第二pcb基板、第二导电金属箔、第二功率器件组、金属导热基座、散热装置。在需要进行散热时，第一pcb基板及其上的第一功率器件组工作时所产生的热量可以直接传递到散热装置；同时，由于金属导热基座具备较高的导热系数，能够把第二pcb基板及其上的第二功率器件组工作时所产生的热量迅速传导到位于外层的散热装置散热界面，因此，可以有效降低第一功率器件组以及第二功率器件组的工作升温，提高器件的工作可靠性，克服现有功率器件的堆叠布局造成散热的限制，解除了对系统的功率密度限制。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明第一实施例提供的多层功率器件堆叠结构的结构示意图之一；

图2是本发明第一实施例提供的多层功率器件堆叠结构的散热装置的结构示意图；

图3是本发明第一实施例提供的多层功率器件堆叠结构的结构示意图之二；

图4是本发明第二实施例提供的多层功率器件堆叠结构的结构示意图。

图标：100－多层功率器件堆叠结构；101－第一pcb基板；102－第一导电金属箔；103－第一功率器件组；104－第二pcb基板；105－第二导电金属箔；106－第二功率器件组；107－金属导热基座；108－散热装置；109－导热石墨片；110－空腔；111－导热绝缘胶。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种多层功率器件堆叠结构100，其包括：第一pcb基板101、第一导电金属箔102、第一功率器件组103、第二pcb基板104、第二导电金属箔105、第二功率器件组106、金属导热基座107以及散热装置108。

其中，第一pcb基板101可以为铜基板、铝基板或陶瓷基板等导热性能较好的pcb板材，布置在功率模块的最外层，第二pcb基板104可以为铜基板、铝基板、陶瓷基板或fr－4类材质的pcb板材，布置在功率模块的内层。第一pcb基板101与第二pcb基板104之间相互匹配，形成空腔110。

第一pcb基板101与所述散热装置108相连接，例如散热装置108与第一pcb基板101贴合在一起，贴合面为远离所述第一pcb基板101远离所述空腔110的表面。

其中，所述散热装置108可以包括图2所示的散热鳍片，散热鳍片采用铝或铜材质制成，具有较短的导热路径、较低的温度以及较低的热阻，形成散热界面。

可选的，所述第一导电金属箔102可以为导电铜箔，具有较高导热系数。

所述第一导电金属箔102的一个端面与所述第一pcb基板101电气连接，起到导热作用；所述第一导电金属箔102的另一个端面与所述第一功率器件组103和/或所述金属导热基座107电气连接。

其中，所述第一功率器件组103可以焊接在所述第一导电金属箔102上，所述金属导热基座107可以通过钎焊方式与第一导电金属箔102连接。

金属导热基座107可以由铜、铝等导热性能较好、导热系数较高的材质制成。

第一pcb基板101上的第一功率器件组103工作所产生的热量可以依次通过第一导电金属箔102、第一pcb基板101到达散热装置108。

此外，所述金属导热基座107还与所述第二pcb基板104电气连接。述第二pcb基板104上设置有第二导电金属箔105，所述第二功率器件组106与所述第二导电金属箔105连接，例如第二功率器件组106焊接在第二导电金属箔105上。

可选的，所述第二导电金属箔105可以为导电铜箔，具有较高导热系数。

金属导热基座107、第一导电金属箔102、第一功率器件组103均设置在空腔110内，金属导热基座107通过钎焊方式将位于内层的第二pcb基板104以及位于外层的第一pcb基板101连接起来，把第二pcb基板104以及其上面的第二功率器件组106的热量传导到第一pcb基板101上面，进行内层热量的散热。即第二pcb基板104、第二功率器件组106所产生的热量通过第二导电金属箔105传递到金属导热基座107后再传递到第一导电金属箔102、第一pcb基板101，最后传递到散热装置108上。

需要进行散热时，第一pcb基板101及其上的第一功率器件组103工作时所产生的热量可以直接传递到散热装置108；同时，由于金属导热基座107具备较高的导热系数，能够把第二pcb基板104及其上的第二功率器件组106工作时所产生的热量迅速传导到位于外层的散热装置108散热界面，因此，可以有效降低第一功率器件组103以及第二功率器件组106的工作升温，提高器件的工作可靠性。

此外，整个结构的导热系数较高，且多通过焊接方式连接，所以整体热阻较小，进一步提高第二功率器件组106的工作可靠性。

此外，在结构方面，金属导热基座107采用钎焊的方式，具有较高的固定强度，对整个结构的抗震动及形变有很强的承受能力。

在组装加工方面，可以采用现有的回流焊工艺，提高了自动化生产的效率。

作为一种可选的实施方式，上述的第一功率器件组103可以包括一个或者多个功率器件，同理，上述的第二功率器件组106也可以包括一个或者多个功率器件，此处的数量不做限制，解除了对原有堆叠结构的功率器件的密度限制。

作为一种可选的实施方式，所述第二功率器件组106与所述第二导电金属箔105可以如图1所示的设置在所述空腔110外。可以理解，所述第二功率器件组106与所述第二导电金属箔105还可以设置在所述空腔110内。

可选的，请参看图3，在所述空腔110内还可以填充有导热绝缘胶111。导热绝缘胶111可以把第二pcb基板104以及其上面的第二功率器件组106的热量传导到第一pcb基板101上面，进一步地进行内层热量的散热。

本发明第一实施例提供的一种多层功率器件堆叠结构100，在需要进行散热时，第一pcb基板101及其上的第一功率器件组103工作时所产生的热量可以直接传递到散热装置108；同时，由于金属导热基座107具备较高的导热系数，能够把第二pcb基板104及其上的第二功率器件组106工作时所产生的热量迅速传导到位于外层的散热装置108散热界面，因此，可以有效降低第一功率器件组103以及第二功率器件组106的工作升温，提高器件的工作可靠性，克服现有功率器件的堆叠布局造成散热的限制，解除了对系统的功率密度限制。

第二实施例

请参照图4，本实施例提供一种多层功率器件堆叠结构100，其包括第一pcb基板101、第一导电金属箔102、第一功率器件组103、第二pcb基板104、第二导电金属箔105、第二功率器件组106、金属导热基座107、散热装置108以及导热石墨片109。

其中，第一pcb基板101可以为铜基板、铝基板或陶瓷基板等导热性能较好的pcb板材，布置在功率模块的最外层，第二pcb基板104可以为铜基板、铝基板、陶瓷基板或fr－4类材质的pcb板材，布置在功率模块的内层。第一pcb基板101与第二pcb基板104之间相互匹配，形成空腔110。

本实施例与第一实施例提供的多层功率器件堆叠结构100最主要的区别在于，多层功率器件堆叠结构100还包括导热石墨片109。

所述导热石墨片109设置在所述空腔110内，其一个端面与所述第二pcb基板104连接，另一个端面与所述金属导热基座107连接。

其中，所述导热石墨片109可以通过粘接或压接方式与第二pcb基板104连接。

可选的，金属导热基座107可以如图1所示的设置为一个整体，也可以如图4所示的分开设置为多个局部。

与第一实施例相比，导热石墨片109除了有助于从第二pcb基板104到金属导热基座107垂直传递热量以外，还具有良好的水平导热能力，能够把第二pcb基板104上不同发热点的热量在水平方向上迅速传导开，把热量均匀地传递到金属导热基座107上，再通过下面的金属导热基座107向外层第一pcb基板101，再向散热装置108传导，提高多层功率器件堆叠结构100散热的均匀性。

本发明第二实施例提供的一种多层功率器件堆叠结构100，在需要进行散热时，第一pcb基板101及其上的第一功率器件组103工作时所产生的热量可以直接传递到散热装置108；同时，由于金属导热基座107具备较高的导热系数，能够把第二pcb基板104及其上的第二功率器件组106工作时所产生的热量迅速传导到位于外层的散热装置108散热界面，因此，可以有效降低第一功率器件组103以及第二功率器件组106的工作升温，提高器件的工作可靠性；此外，导热石墨片109除了有助于从第二pcb基板104到金属导热基座107垂直传递热量以外，还具有良好的水平导热能力，能够把第二pcb基板104上不同发热点的热量在水平方向上迅速传导开，把热量均匀地传递到金属导热基座107上，再通过下面的金属导热基座107向外层第一pcb基板101，再向散热装置108传导，提高多层功率器件堆叠结构100散热的均匀性，克服现有功率器件的堆叠布局造成散热的限制，解除了对系统的功率密度限制。

综上所述，本发明提供的多层功率器件堆叠结构，包括：第一pcb基板、分别与所述第一pcb基板连接的散热装置、第一导电金属箔、分别与所述第一导电金属箔连接的第一功率器件组、金属导热基座；第二pcb基板、以及分别与所述第二pcb基板连接的所述金属导热基座、第二导电金属箔、与所述第二导电金属箔连接的第二功率器件组；所述第一pcb基板与所述第二pcb基板之间相互匹配形成的空腔内，所述金属导热基座、所述第一导电金属箔、所述第一功率器件组均设置在所述空腔内。在需要进行散热时，第一pcb基板及其上的第一功率器件组工作时所产生的热量可以直接传递到散热装置；同时，由于金属导热基座具备较高的导热系数，能够把第二pcb基板及其上的第二功率器件组工作时所产生的热量迅速传导到位于外层的散热装置散热界面，因此，可以有效降低第一功率器件组以及第二功率器件组的工作升温，提高器件的工作可靠性，克服现有功率器件的堆叠布局造成散热的限制，解除了对系统的功率密度限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。