一种解决芯片散热问题的功率模块的制作方法

1.本发明涉及半导体功率模块技术领域，具体涉及一种解决芯片散热问题的功率模块。


背景技术：

2.功率模块要保证稳定可靠性的运行，对于igbt和sic mosfet模块来说，目前厂家承诺的最高工作结温是175℃。而实际应用工况中，为了应对结温波动和保持鲁棒性，一般会要求其结温不超过150℃。
3.功率器件的可靠性与功率器件的结温息息相关，据数据统计，功率器件结温每降低10℃，其可靠性会增加1倍。在相同功率条件下，功率器件的结温越低，其可靠性越高。同样的在相同的结温要求下，其热管理做的越好，其功率器件的功率可以更大。因此功率器件的热管理是功率模块的关键指标之一。
4.目前提高功率热管理的方法有几种，一种方法是采用pinfin散热进行直接冷却单面散热，如公告号cn103000590a提供的一种无底板功率模块，其虽然在一定程度降低了无底板功率模块的工作结温，但是此方法易于工程化，散热效率相对于间接散热提升较大，但是面临着散热效率不高的问题。
5.另一种是采用双面散热结构，此结构能够提高散热效率约30%，其产业化面临的问题是模块制造工艺比较复杂，同时要求模块的平整度要求非常高，另外在应用的过程中，散热器工艺复杂，因此，在没有完全解决上述问题前，双面散热结构没有得到大量应用。


技术实现要素：

6.针对上述存在的问题，本发明提供一种可以克服上述缺陷，利用pinfin散热成熟的技术解决方案，将冷却液通过流道如铜管，引入到芯片上表面，进而实现双面散热，从而解决芯片散热问题的功率模块。
7.本发明的技术解决方案是：本发明提供一种解决芯片散热问题的功率模块，包括散热基板，所述散热基板的上方设有衬板，芯片设置在所述衬板上，所述芯片采用平面封装，每个所述芯片上设有铜夹，所述衬板上方设有冷却管，所述冷却管内接入冷却液，所述冷却管连接所述铜夹，所述冷却管的两端通过焊接法兰和散热基板进行连接，所述散热基板的底部均匀分布有散热柱。
8.本发明的进一步改进在于：所述焊接法兰和所述冷却管一体成型，所述焊接法兰通过激光焊接或者钎焊的方式和所述散热基板进行连接。
9.本发明的进一步改进在于：所述冷却管呈连续的“s”型设置。
10.本发明的进一步改进在于：所述冷却管为分体式，包括平行设置的多个冷却流道，所述冷却流道和所述铜夹互连。
11.本发明的进一步改进在于：所述冷却流道和所述铜夹之间通过热压的方式进行连接。
12.本发明的进一步改进在于：所述铜夹的外表面以及所述冷却管在和所述铜夹的接触面上均设有实现电绝缘的绝缘层。
13.本发明的进一步改进在于：所述绝缘层为绝缘树脂或者绝缘涂层。
14.本发明的进一步改进在于：所述散热基板为pinfin散热基板。
15.本发明的有益效果是：1. 本发明可以有效解决芯片散热的问题，采用传统的pinfin散热器，通过冷却管实现冷却液流经芯片上表面，实现双面散热；2. 芯片表面采用平面封装，具有较大的电流通流能力；3.冷却管、铜夹及芯片之间进行绝缘处理，具有较好的可靠性和安全性。
附图说明
16.图1是本发明侧面示意图，图中箭头方向为冷却液流动示意方向；图2是本发明结构示意图；图3是本发明中散热基板背面示意图，图中箭头方向为冷却液流动示意方向；图4是本发明中冷却流道示意图；其中： 1-散热基板，2-衬板，3-芯片，4-铜夹，5-冷却流道，6-焊接法兰，7-散热柱。
17.具体实施方式
18.为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
19.如图，本实施例提供的一种解决芯片散热问题的功率模块，包括散热基板1，所述散热基板为pinfin散热基板。所述散热基板1的上方设有衬板2，芯片3设置在所述衬板2上，所述芯片3采用平面封装，每个所述芯片3上设有铜夹4，所述衬板2上方设有冷却管，所述冷却管为铜管，采用分体式，包括平行设置的多个冷却流道5，所述冷却流道呈连续的“s”型设置，所述冷却流道5和所述铜夹4通过热压的方式进行互连，所述铜夹的外表面以及所述冷却管在和所述铜夹的接触面上均设有实现电绝缘的绝缘层，所述绝缘层为绝缘树脂。
20.所述冷却流道5和散热基板1内部流通，通过散热基板接入冷却液，所述冷却流道5的两端通过焊接法兰6和散热基板1进行连接，所述焊接法兰6和所述冷却流道5一体成型，所述焊接法兰6通过激光焊接的方式和所述散热基板1进行连接。所述散热基板1的底部均匀分布有散热柱7。
21.本实施例提供一种解决芯片散热问题的功率模块，其利用pinfin散热成熟的技术解决方案，由于芯片上表面需要进行电气的互连，因此芯片上表面需要采用平面封装的形式，为了进一步提升散热效率，冷却液从垂直于衬板的方向流入，如图1、图3箭头所示，然后经过pinfin散热针翅后沿着垂直于衬板的方向流出，将冷却液通过流道如铜管，引入到芯片上表面，进而实现双面散热，同时冷却铜管通过铜夹直接接触芯片表面进行导热，散热效果相对于双面散热的结构来说会更好。冷却流道需要和芯片实现热传递同时电绝缘，因此，冷却流道背面与铜夹均采用绝缘处理，具体是在铜夹与芯片以及冷却流道之间会有一层绝缘树脂，此绝缘树脂的cte尽量与冷却管的cte接近，这样在热胀冷缩的变化中，降低了应力，可靠性得到保障。
22.本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和发明书中描述的只是发明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有
各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。


技术特征：
1.一种解决芯片散热问题的功率模块，包括散热基板，所述散热基板的上方设有衬板，芯片设置在所述衬板上，其特征在于：所述芯片采用平面封装，每个所述芯片上设有铜夹，所述衬板上方设有冷却管，所述冷却管内接入冷却液，所述冷却管连接所述铜夹，所述冷却管的两端通过焊接法兰和散热基板进行连接，所述散热基板的底部均匀分布有散热柱。2.根据权利要求1所述的一种解决芯片散热问题的功率模块，其特征在于：所述焊接法兰和所述冷却管一体成型，所述焊接法兰通过激光焊接或者钎焊的方式和所述散热基板进行连接。3.根据权利要求1所述的一种解决芯片散热问题的功率模块，其特征在于：所述冷却管呈连续的“s”型设置。4.根据权利要求1所述的一种解决芯片散热问题的功率模块，其特征在于：所述冷却管为分体式，包括平行设置的多个冷却流道，所述冷却流道和所述铜夹互连。5.根据权利要求4所述的一种解决芯片散热问题的功率模块，其特征在于：所述冷却流道和所述铜夹之间通过热压的方式进行连接。6.根据权利要求1所述的一种解决芯片散热问题的功率模块，其特征在于：所述铜夹的外表面以及所述冷却管在和所述铜夹的接触面上均设有实现电绝缘的绝缘层。7.根据权利要求6所述的一种解决芯片散热问题的功率模块，其特征在于：所述绝缘层为绝缘树脂或者绝缘涂层。8.根据权利要求1所述的一种解决芯片散热问题的功率模块，其特征在于：所述散热基板为pinfin散热基板。

技术总结
本发明提供一种解决芯片散热问题的功率模块，包括散热基板，所述散热基板的上方设有衬板，芯片设置在所述衬板上，所述芯片采用平面封装，每个所述芯片上设有铜夹，所述衬板上方设有冷却管，所述冷却管内接入冷却液，所述冷却管连接所述铜夹，所述冷却管的两端通过焊接法兰和散热基板进行连接，所述散热基板的底部均匀分布有散热柱，本发明可以有效解决芯片散热的问题，采用传统的PINFIN散热器，通过冷却管实现冷却液流经芯片上表面，实现双面散热；芯片表面采用平面封装，具有较大的电流通流能力；冷却管、铜夹及芯片之间进行绝缘处理，具有较好的可靠性和安全性。具有较好的可靠性和安全性。具有较好的可靠性和安全性。


技术研发人员：柯攀 杨健明 胡斌
受保护的技术使用者：北京萃锦科技有限公司
技术研发日：2022.06.29
技术公布日：2022/9/13