一种双面散热的功率模块的制作方法

1.本实用新型涉及功率模块领域，尤其涉及一种双面散热的功率模块。


背景技术：

2.相比硅器件，碳化硅器件有更大的禁带宽度、更高的开关速度、更高的工作结温，被广泛应用于国防军工、电动汽车、新能源等领域。为了充分发挥sic器件的优势，双面散热模块这种封装结构因为可以双面冷却以提高模块散热性能而收到欢迎。
3.但是由于其高于硅基igbt的开关速度，在碳化硅mosfet(金属-氧化物半导体场效应晶体管)在应用中常常受限于由换流回路杂散电感引起的电压尖峰，而常规的双面散热模块设计仅考虑提高散热性能，未对换流回路作优化设计，由此导致换流回路的杂散电感较高。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种双面散热的功率模块，用于解决现有双面散热的功率模块中换流回路的杂散电感较高的问题。
5.本实用新型公开了一种双面散热的功率模块，
6.包括上基板和下基板，其中，所述上基板和所述下基板均包括外金属板和绝缘板；
7.所述上基板在绝缘板背离外金属板一侧连接有内金属板，所述内金属板一端连接有负极端子；
8.所述下基板在绝缘板背离外金属板一侧连接有相对设置的左金属板和右金属板；
9.所述左金属板和右金属板之间具有间隙，且所述左金属板和右金属板相背离两端分别连接有正极端子和输出端子；
10.所述上基板与所述下基板叠层设置，使得所述正极端子与负极端子相对；
11.所述左金属板和右金属板上均设有若干芯片，各个芯片分别通过导体垫块与所述内金属板连接；
12.所述右金属板在靠近所述左金属板一侧设有导体连接块，所述导体连接块远离所述右金属板一端延伸至与所述内金属板连接；
13.所述内金属板上设有周向环绕布置在所述左金属板上的芯片以及导体连接块的通槽，内金属板上被划分为通槽环绕内部的区域与通槽环绕外部的区域，使得电流由所述通槽环绕内部的区域到达所述导体连接块上，由所述通槽环绕外部的区域到达所述负极端子。
14.优选地，连接在左金属板上各个芯片上的导体垫块互相连接形成为一整体；
15.和/或，连接在右金属板上各个芯片上的导体垫块互相连接形成为一整体。
16.优选地，所述导体连接块远离所述右金属板一端与连接在左金属板上的各个芯片上的导体垫块连接。
17.优选地，所述芯片通过焊料层固定在左金属板或右金属板上。
18.优选地，各个所述导体垫块两侧分别通过焊料层固定在芯片与内金属板之间。
19.优选地，所述上基板与所述下基板的叠层设置形成由正极端子依次经过左金属板、左金属板上的芯片、导体垫块至内金属板，再经过导体连接块、右金属板、右金属板上的芯片、导体垫块、到达内金属板，最后在内金属板上绕过包含布置在左金属板上芯片以及导体连接块的区域至负极端子的电流回路。
20.优选地，所述上基板与所述下基板的叠层设置形成由正极端子依次经过左金属板、左金属板上的芯片、导体垫块至导体连接块、右金属板、右金属板上的芯片、导体垫块、到达内金属板，最后在内金属板上绕过包含布置在左金属板上芯片以及导体连接块的区域至负极端子的电流回路。
21.本实用新型还提供一种双面散热的功率模块，
22.包括上基板和下基板，其中，所述上基板和所述下基板均包括外金属板和绝缘板；
23.所述上基板在绝缘板背离外金属板一侧连接有内金属板，所述内金属板一端连接有负极端子；
24.所述下基板在绝缘板背离外金属板一侧连接有相对设置的左金属板和右金属板；
25.所述左金属板和右金属板之间具有间隙，且所述左金属板和右金属板相背离两端分别连接有正极端子和输出端子；
26.所述上基板与所述下基板叠层设置，使得所述正极端子与负极端子相对；
27.所述左金属板和右金属板上均设有若干芯片，位于所述右金属板上各个芯片分别通过导体垫块与所述内金属板连接；
28.所述右金属板在靠近所述左金属板一侧设有导体连接块，所述导体连接块远离所述右金属板一端延伸至与所述内金属板连接；
29.所述导体连接块远离所述右金属板一端与连接在左金属板上的各个芯片上的导体垫块连接。
30.优选地，位于左金属板上各个芯片上的导体垫块互相连接形成为一整体。
31.优选地，所述上基板与所述下基板的叠层设置形成由正极端子依次经过左金属板、左金属板上的芯片、导体垫块至导体连接块、右金属板、右金属板上的芯片、导体垫块、到达内金属板，至负极端子的电流回路。
32.采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
33.本实用新型提供的双面散热的功率模块，通过使得功率模块内部一部分利用上下基板实现换流回路层叠，一部分形成双回路电流路径，更有效利用模块内部上基板与下基板结构，有效降低电流回路中的杂散电感，同时利用上基板和下基板上的绝缘板散热，实现双面散热，可获得良好的散热性能。
附图说明
34.图1为本实用新型所述一种双面散热的功率模块实施例一的结构示意图；
35.图2为本实用新型所述一种双面散热的功率模块实施例一中体现内金属板、左金属板和右金属板具体结构的结构示意图；
36.图3为本实用新型所述一种双面散热的功率模块实施例一中上基板与所述下基板的叠层设置的结构示意图；
37.图4为本实用新型所述一种双面散热的功率模块实施例一中电流回路的结构示意图；
38.图5为本实用新型所述一种双面散热的功率模块实施例二或实施例三中导体垫块和导体连接板的结构示意图；
39.图6为本实用新型所述一种双面散热的功率模块实施例二或实施例三中电流回路结构示意图。
40.附图标记：
41.1-上基板；11-内金属板；12-负极端子；2-下基板；21-左金属板；22-右金属板；23-正极端子；24-输出端子；3-芯片；4-导体垫块；5-导体连接板；6-通槽。
具体实施方式
42.以下结合附图与具体实施例进一步阐述本实用新型的优点。
43.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
44.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
45.应当理解，尽管在本公开可能采用术语内金属板、左金属板、右金属板等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
46.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
47.在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
48.在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
49.实施例一：本实用新型提供了一种双面散热的功率模块，参阅图1-图4，包括上基板和下基板，其中，所述上基板和所述下基板均包括外金属板和绝缘板，具体的，该外金属板可以是铜板，绝缘板可以是陶瓷板，下述内金属板在、左金属板、右金属板也可以是铜板；
所述上基板在绝缘板背离外金属板一侧连接有内金属板，所述内金属板一端连接有负极端子；所述下基板在绝缘板背离外金属板一侧连接有相对设置的左金属板和右金属板，该左金属板和右金属板可以是形状一致，且分别覆盖下基板上左侧区域和右侧区域；所述左金属板和右金属板之间具有间隙，由此使得左金属板和右金属板形成一个断路，电流不会直接从左金属板到达右金属板，该间隙的尺寸可预先设置，且所述左金属板和右金属板相背离两端分别连接有正极端子和输出端子。
50.所述上基板与所述下基板叠层设置，使得所述正极端子与负极端子相对，即，将连接电容的正负极端子层叠；所述左金属板和右金属板上均设有若干芯片，各个芯片分别通过导体垫块与所述内金属板连接；所述右金属板在靠近所述左金属板一侧设有导体连接块，所述导体连接块远离所述右金属板一端延伸至与所述内金属板连接，上述导体垫块和的导体连接块可以均为金属块，如均为铜块；所述内金属板上设有周向环绕布置在所述左金属板上的芯片以及导体连接块的通槽，该通槽使得内金属板上形成一个环形缺口，使得上基板的绝缘层暴露，从而对电流方向形成一个控制，使得电流由所述内金属板上通槽环绕内部的区域到达所述导体连接块上，由所述内金属板上通槽环绕外部的区域到达所述负极端子。
51.在上述实施方式中，由于上述通槽的设置，内金属板上被划分为通槽环绕内部的区域与通槽环绕外部的区域，电流通过左金属板上的芯片(可记为上桥芯片)时，会经过通槽环绕的内部区域，而电流通过右金属板上的芯片(可记为下桥芯片，与前述上桥芯片类型可以一致也可以不一致，此处上桥芯片、下桥芯片表达仅用于区分布置的位置)后，可以通过通槽环绕的外部区域，由此将两个方向的电流分隔开，使得电流无法直接通过内金属板从左金属板上的芯片上到达右金属板上的芯片上，而是通过导体连接块到达右金属板上的芯片上，最后再从内金属板上通槽环绕的外部区域绕过达到负极端子，形成一层叠的电流回路，利用内基板在模块内部将换流回路尽可能多层叠，在内金属板上相对上桥芯片连接处采用双回路结构，使得功率模块内部一部分利用上下基板实现换流回路层叠，一部分形成双回路电流路径，以此降低换流回路杂散电感。
52.具体的，参阅图3和图4，所述上基板与所述下基板的叠层设置形成由正极端子依次经过左金属板、左金属板上的芯片、导体垫块至内金属板(其上通槽环绕的内部区域)，再经过导体连接块、右金属板、右金属板上的芯片、导体垫块、到达内金属板，最后在内金属板上绕过包含布置在左金属板上芯片以及导体连接块的区域(即通槽环绕的外部区域)至负极端子的电流回路。通过设计上基板与下基板形成双回路电流路径，更有效利用模块内部上基板与下基板结构，降低杂散电感，同时上基板和下基板上的绝缘板采用陶瓷板，实现双面散热结构，位于左金属板和右金属板的芯片(即上下桥芯片)均保持了相同的散热通路，可获得良好的散热性能。
53.在本实施方式中，所述芯片通过焊料层固定在左金属板或右金属板上，各个所述导体垫块两侧分别通过焊料层固定在芯片与内金属板之间，即上述导体垫块和导体连接块分别通过激光焊接工艺实现连接，进一步的，上述具有叠层设计的正负极端子还可与叠层设计的电容端子通过激光焊接工艺实现连接，操作方便且连接稳定性较高。
54.在本实施方式中，作为优选地，连接在左金属板上各个芯片上的导体垫块互相连接形成为一整体；和/或，连接在右金属板上各个芯片上的导体垫块互相连接形成为一整
体，即位于左金属板和位于右金属板的各个芯片上连接的导体垫块可互相连接形成一个整体面积较大的导体垫块，不影响形成上述电流回路即可。
55.实施例二：提供了一种双面散热的功率模块，与实施例一不同之处在于，参阅图5和图6，连接在左金属板上各个芯片上的导体垫块互相连接形成为一整体，且所述导体连接块远离所述右金属板一端与连接在左金属板上的各个芯片上的导体垫块连接，以形成一个铜条带(cu-clip)的结构，该导体连接块可以倾斜设置，此时再内金属板上在通槽环绕的内部和外部还是可以分别形成两个电流通路。
56.具体的，所述上基板与所述下基板的叠层设置形成由正极端子依次经过左金属板、左金属板上的芯片、导体垫块至导体连接块、右金属板、右金属板上的芯片、导体垫块、到达内金属板，最后在内金属板上绕过包含布置在左金属板上芯片以及导体连接块的区域至负极端子的电流回路，即上述电流回路中电流可以直接通过位于左金属板的芯片上的导体垫块达到导体连接块，本实施方式中其他设计均可参考实施例一。
57.实施例三：本实施例还提供一种双面散热的功率模块，需要说明的是，与上述实施例一和实施例二不同之处在于，参阅图5和图6，可以无需在内金属板上增设通槽，将位于左金属板的芯片上的导体垫块与导体连接块直接连接，使得电流由左金属板上芯片至右金属板上芯片的过程中无需通过内金属板，而是直接通过左金属板的芯片上的导体垫块与导体连接块即可(即与上述实施例二中类似的铜条带结构)，在电流通过右金属板上芯片(即下桥芯片)后，再通过内金属板达到负极端子，由此在上桥芯片处也可以形成一个双层电流通路，上基板和下基板分别设置的陶瓷板实现双面散热。
58.具体的，包括上基板和下基板，其中，所述上基板和所述下基板均包括外金属板和绝缘板；所述上基板在绝缘板背离外金属板一侧连接有内金属板，所述内金属板一端连接有负极端子；所述下基板在绝缘板背离外金属板一侧连接有相对设置的左金属板和右金属板；所述左金属板和右金属板之间具有间隙，且所述左金属板和右金属板相背离两端分别连接有正极端子和输出端子；所述上基板与所述下基板叠层设置，使得所述正极端子与负极端子相对；所述左金属板和右金属板上均设有若干芯片，位于所述右金属板上各个芯片分别通过导体垫块与所述内金属板连接；所述右金属板在靠近所述左金属板一侧设有导体连接块，所述导体连接块远离所述右金属板一端延伸至与所述内金属板连接；所述导体连接块远离所述右金属板一端与连接在左金属板上的各个芯片上的导体垫块连接。
59.作为说明的，在本实施方式中，由于电流由左金属板上芯片至右金属板上芯片的过程中无需通过内金属板，因此左金属板的芯片上的导体连接块可以不与内金属板连接，或者通过绝缘层与内金属板连接，或者采用达到如上述实施例二中采用通槽隔离的效果的结构，由此避免电流由左金属板的芯片通过内金属板直接达到右金属板的芯片，而无法形成电流回路的情况。
60.在本实施方式中，作为优选地，位于左金属板上各个芯片上的导体垫块互相连接形成为一整体，由此导体连接块可以与最靠近的导体垫块直接连接即可。基于本实施方式的上述设计，所述上基板与所述下基板的叠层设置形成由正极端子依次经过左金属板、左金属板上的芯片、导体垫块至导体连接块、右金属板、右金属板上的芯片、导体垫块、到达内金属板，至负极端子的电流回路，实现双面散热效果的同时降低杂散电感。
61.应当注意的是，本实用新型的实施例有较佳的实施性，且并非对本实用新型作任
何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。