[发明专利]一种高功率密度IGBT模块的双面混合散热结构

说明书

本发明公开了一种高功率密度IGBT模块的双面混合散热结构，包括上层热管、下层热管、上水冷板、下水冷板和功率模块；功率模块的上表面和下表面分别通过与上层热管和下层热管连接，上层热管和下层热管未与功率模块连接的部分通过焊料层相互连接，并且通过焊料层相互连接的部分上层热管的上表面与上水冷板连接，通过焊料层相互连接的部分下层热的下表面与下水冷板连接；功率模块包括IGBT芯片和FWD芯片，双面混合散热结构上下表面位于同一平面。本发明热管和水冷技术相结合的双面混合散热结构，采用上下覆铜基板结构将IGBT的发射极和FWD的阳极通过覆铜基板连接能够为电动汽车和混合动力汽车的动力模块提供一种比目前高功率密度IGBT模块。

技术领域

本发明涉及一种高功率密度IGBT模块的双面混合散热结构，属于半导体技术领域以及IGBT设计技术领域。

背景技术

随着发展中国家基础设施活动的增长，对高压机械的需求预计将增长，从而推动市场对大功率IGBT的需求。IGBT在电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)中的应用包括它们在动力传动系和充电器中的应用，用于向电动机输送和控制电力。电动汽车和混合动力汽车应用的快速增长是大功率IGBT技术发展的主要驱动力。评价汽车功率模块的主要标准，如性能、效率、可靠性、成本和体积/重量，通常由功率半导体器件、封装和制造技术决定。

因此为电动汽车和混合动力汽车的动力模块提供一种比目前提出的先进冷却技术更高效的高功率密度IGBT模块是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在为电动汽车和混合动力汽车的动力模块提供一种比目前高功率密度IGBT模块。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

本发明提供一种高功率密度IGBT模块的双面混合散热结构，其特征在，包括：

上层热管、下层热管、上水冷板、下水冷板和功率模块；所述功率模块的上表面和下表面分别通过与上层热管和下层热管连接，所述上层热管和下层热管未与功率模块连接的部分通过焊料层相互连接，并且通过焊料层相互连接的部分上层热管的上表面与上水冷板连接，通过焊料层相互连接的部分下层热管的下表面与下水冷板连接；所述功率模块包括IGBT芯片和FWD芯片，所述双面混合散热结构上下表面位于同一平面。

进一步地，所述功率模块通过焊料层与上层热管和层热管连接。

进一步地，所述功率模块还包括：第一绝缘基板上铜层、第一绝缘基板、第一绝缘基板下铜层、第二焊料层、第五焊料层、第三覆铜层、第二绝缘基板；下层热管、第一绝缘基板、第四焊料层、第四覆铜层和第三焊料层；

所述IGBT芯片上表面通过第二焊料层与第一绝缘基板下铜层的下表面连接，所述FWD芯片的上表面通过第三焊料层与第一绝缘基板下铜层的下表面连接，所述第一绝缘基板下铜层的上表面与第一绝缘基板的下表面连接，第一绝缘基板的上表面连接第一绝缘基板上铜层的下表面连接，第一绝缘基板上铜层的上表面通过第一焊料层连接上热管；

所述IGBT芯片下表面通过第四焊料层与第二绝缘基板上铜层的上表面连接，所述FWD芯片的下表面通过第五焊料层与第二绝缘基板上铜层的上表面连接，所述第二绝缘基板上铜层的下表面与第二绝缘基板的上表面连接，第二绝缘基板的下表面连接第二绝缘基板下铜层的上表面，第二绝缘基板下铜层的下表面通过第六焊料层与下层热管的上表面连接。

进一步地，通过第二焊料层、第三焊料层、第五焊料层和第四焊料层形成芯片和FWD芯片键合至铜表面的烧结接合部。

进一步地，第二焊料层、第三焊料层、第五焊料层和第四焊料层采用Ag基材料烧结或Cu基材料烧结。

进一步地，第一绝缘基板和第二绝缘基板采用用直流反应溅射沉积AlN－Si3N4膜。