[发明专利]一种高效散热绝缘衬板

说明书

本发明提出了一种高效散热绝缘衬板，包括依次层叠设置的上金属层、陶瓷层和下金属层，所述陶瓷层内设置有流道结构，所述流道结构布满半导体芯片的发热区域。本发明的绝缘衬板陶瓷层内部设置有通道结构，使得高效散热效果的绝缘衬板设计不再受限于材料特性的选择，可以实现从半导体芯片到冷却液之间的直接散热，改善了模块内部散热路径，增强了模块散热效率，提高功率模块的热稳定性及长期可靠性。

技术领域

本发明涉及电力电子功率电子模块设计领域，尤其涉及一种功率电子模块中的高效散热绝缘衬板。

背景技术

在功率电子应用中，绝缘衬板为模块结构中的关键材料之一，绝缘衬板主要用作电路和半导体芯片的支撑结构。从电学上来说，绝缘衬板必须能够绝缘或隔离各种电路结构，而且还要承受在功率端子和外壳之间施加的数千伏的电压；从力学上来说，它为所有有源或无源元件提供机械支撑，因此必须能够承受不同环境压力；更重要的是，绝缘衬板必须具有良好的导热特性，以消除或传递绝缘衬板上功率元件所产生的热量。目前来说，为了提高绝缘衬板的热导率，主要通过使用具有高热导率的材料来实现，比如选择高热导率的氮化铝陶瓷作为绝缘层，选择金属铜作为表面金属化层，但是这种方法受限于材料的特性。

在现有技术中，与本发明相近的技术方案主要有以下几种：

现有技术1为申请号为201210146937.0的发明专利《带有散热结构的功率模块DBC板》，其中，提供了一种带有散热结构的功率模块DBC板，采用在DBC上铜层周围的陶瓷区域附加DBC板散热结构，附加的DBC板散热结构由铜制成，形成内部中空结构，并且充有冷却液，该冷却液通过管路与外部的泵相连接，DBC陶瓷层与附加的DBC板散热结构做在一起作为一个整体。该发明专利与传统结构相比，虽然可以使热量从DBC上表面金属层的向上热传递能力得到一定改善，但是，带有中空结构的散热管道在绝缘陶瓷衬板上的焊接问题，以及铜管与陶瓷衬板上表面金属层保持绝缘等问题使得该散热结构变得更加复杂，该发明的实施例二中复杂的铝碳化硅制DBC板散热结构也势必会增加工艺制作难度。

现有技术2为申请号为201310536791.5的发明专利《一种衬板结构》，提出了一种衬板结构，包括：AlN陶瓷层、正面覆铜层、背面覆铜层以及正面的阻焊层，所述正面覆铜层上的母排焊接区处和/或芯片焊接区的周沿处设置限位件，所述限位件主要用来在焊接过程中对焊片以及芯片或母排的引脚进行定位。该发明专利中陶瓷衬板的散热主要是利用具有高热导率的AlN材料，并未提及通过陶瓷衬板的金属化层结构优化以提高散热性能。

因此，目前绝缘衬板受限于陶瓷材料的选择，难以及时消除或传递功率元件所产生的热量，导致功率电子模块内部热传递不均，从而增加模块热阻，将对功率电子模块的散热效果及热疲劳失效产生直接的影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效散热结构的绝缘衬板，在衬板内部增加流道结构，采用直接液冷的方式解决传统绝缘陶瓷衬板的散热效率低下的问题，改善了模块内部散热路径，增强了模块散热效率，提高功率模块的热稳定性及长期可靠性。

本发明的高效散热绝缘衬板，包括依次层叠设置的上金属层、陶瓷层和下金属层，所述陶瓷层内设置有流道结构，所述流道结构布满半导体芯片的发热区域。

在一个实施方式中，所述下金属层为散热密封层，形成散热通道，并对所述流道结构进行密封。

在一个实施方式中，所述陶瓷层材料为氧化铝、氧化锆、氮化铝、碳化硅中的一种或多种。

在一个实施方式中，所述陶瓷层与其内部的所述流道结构为一体成型结构。

在一个实施方式中，所述流道结构为直接液冷流道。

在一个实施方式中，所述直接液冷流道呈“S”型蜿蜒分布。

在一个实施方式中，所述直接液冷流道的横截面尺寸为0.1mm～3mm之间。