CN113097155A - 一种芯片导热模块及其制备方法 - Google Patents

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唐中华
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Abstract

本发明公开了一种芯片导热模块及其制备方法，属于新能源汽车技术领域，包括芯片模块和双面覆铜陶瓷板，芯片模块和双面覆铜陶瓷板之间设置有第一固定件，双面覆铜陶瓷板的底部设置有第二固定件，第二固定件的底部设置有散热装置。本发明中，提出的芯片导热模块，省去了铜底板，降低了成本，同时没有了由铜底板产生的热阻，不使用导热硅脂，由导热硅脂产生的热阻就没有了，与导热硅脂有关的生产流程也可以取消，使得***的寿命和可靠性大幅提高，在电机控制器的壳体上，不需要做水道，减少了电机控制器壳体的生产成本和难度。

Description

一种芯片导热模块及其制备方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，更具体地说，涉及一种芯片导热模块及其制备方法。
背景技术
新能源汽车的核心之一是其动力驱动***。该动力驱动***通过绝缘栅双极晶体管即IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，将电池电压，由直流转换成三相交流来驱动电机。在该动力驱动***中，需要6个单元的IGBT。IGBT模块是将2个以上的IGBT单元集成于一个封装内。IGBT模块的性能通常由其内部的芯片(Fast Recovery Diode)和外部封装结构所决定。IGBT模块的封装结构要求有较低的热阻和较高的可靠性。
在实际应用中，IGBT模块被装配在电机控制器中。IGBT模块的工作电流非常大，会产有较高的温升。为了控制IGBT模块的温度在安全范围内，通常需要对IGBT模块做额外的散热处理。常规的做法是在电机控制器的壳体上做出散热水道，然后将IGBT模块紧贴在壳体的散热水道处。
这种方法有如下几个缺陷：
(1)、需要在壳体上加工出散热水道，加工工艺比较复杂。
(2)、在IGBT模块与壳体之间需要涂抹导热硅脂。IGBT模块的铜底板与壳体接触散热时，因为两个面并不是完全的平整，所以两者之间会有空气。空气的热导率是非常低的，也就是说，空气的存在增加了IGBT模块与壳体之间的热阻。为了降低热阻，需要在两者涂抹导热硅脂，将导热硅脂填满空隙。但是导热硅脂的热导率也较小。所以即使涂抹了导热硅脂，IGBT模块与壳体之间的热阻也是还是比较大的。并且，导热硅脂的涂抹，在生产工艺上要求比较高，过厚与过薄都不可以，增加了生产难度。除此之外，导热硅脂的寿命有限，时间长了后会变干，另外由于热胀冷缩会有挤出现象，因此，时间一长，导热硅脂的导热性能会变差，热阻会急剧增加，工作时IGBT模块温度上升，最终有可能失效。目前新能源汽车的寿命要求在10年以上，这对IGBT模块的封装结构提出了很大的挑战。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种芯片导热模块及其制备方法，提出的芯片导热模块，省去了铜底板，降低了成本，同时没有了由铜底板产生的热阻，不使用导热硅脂，由导热硅脂产生的热阻就没有了，与导热硅脂有关的生产流程也可以取消，使得***的寿命和可靠性大幅提高，在电机控制器的壳体上，不需要做水道，减少了电机控制器壳体的生产成本和难度。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
一种芯片导热模块，包括芯片模块和双面覆铜陶瓷板，所述芯片模块和双面覆铜陶瓷板之间设置有第一固定件，所述双面覆铜陶瓷板的底部设置有第二固定件，所述第二固定件的底部设置有散热装置。
作为本发明进一步的方案：还包括芯片防护壳体，所述芯片防护壳体安装于散热装置的顶部
作为本发明进一步的方案：所述双面覆铜陶瓷板包括连接铜层、陶瓷层和覆铜层，所述连接铜层设置于陶瓷层的顶部，所述覆铜层设置于陶瓷层的底部。
作为本发明进一步的方案：所述连接铜层内设置有印刷电路，且连接铜层与芯片模块之间连接有键合线。
作为本发明进一步的方案：所述芯片模块为绝缘栅双极型晶体管芯片和快恢复二极管芯片中的一种。
作为本发明进一步的方案：所述散热装置包括带有水道的铝散热器和散热装置铜层，所述散热装置铜层设置于散热器的顶部。
作为本发明进一步的方案：所述散热装置铜层的厚度小于1mm。
作为本发明进一步的方案：所述第一固定件和第二固定件均为焊锡或银浆。
一种芯片导热模块的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述芯片模块焊接在所述双面覆铜陶瓷板的印刷电路一面上；
S2、将所述双面覆铜陶瓷板焊接在所述散热装置的散热装置铜层上；
S3、对所述芯片模块和所述连接铜层的印刷电路进行打线；
S4、对所述芯片导热模块进行壳体封装。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)、本方案不使用铜底板，节省了铜底板的成本，同时也减少了由铜底板产生的热阻。
(2)、本方案不使用导热硅脂，由导热硅脂产生的热阻就没有了，与导热硅脂有关的生产流程也可以取消，使得***的寿命和可靠性大幅提高。
(3)、本方案在电机控制器的壳体上，不需要做水道，减少了电机控制器壳体的生产成本和难度。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的一种芯片导热模块的结构示意图；
图2为根据本发明一实施例的一种芯片导热模块散热装置的俯视图；
图3示出了根据本发明一实施例的电机控制器的结构示意图；
图4示出了根据本发明另一实施例的电机控制器的结构示意图；
图5示出了根据本发明一实施例的芯片导热模块的制备方法的流程图；
图6示出了现有技术中的芯片导热模块的热阻d和本发明提供的芯片导热模块的热阻e的对比示意图。
图中：1、芯片模块；2、键合线；3、双面覆铜陶瓷板；31、连接铜层；32、陶瓷层；33、覆铜层；4、散热装置；41、散热装置铜层；42、铝散热器；5、第一固定件；6、第二固定件；7、芯片防护壳体。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。
实施例1：
图1为根据本发明一实施例的一种芯片导热模块的结构示意图，图2为根据本发明一实施例的一种芯片导热模块散热装置的俯视图，参照图1-2，一种芯片导热模块，包括芯片模块1和双面覆铜陶瓷板3，芯片模块1和双面覆铜陶瓷板3之间设置有第一固定件5，双面覆铜陶瓷板3的底部设置有第二固定件6，第二固定件6的底部设置有散热装置4。
双面覆铜陶瓷板3包括连接铜层31、陶瓷层32和覆铜层33，连接铜层31设置于陶瓷层32的顶部，覆铜层33设置于陶瓷层32的底部，陶瓷层32常用材料为氧化铝和氮化铝，用于实现电气绝缘，覆铜层33覆盖于陶瓷层33的底部。
连接铜层31内设置有印刷电路，且连接铜层31与芯片模块1之间连接有键合线2，用于实现晶圆与其他器件的电气连接。
芯片模块1为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片，集成了功率器件的电子芯片。
散热装置4包括带有水道的散热器42和散热装置铜层41，散热装置铜层41设置于散热器42的顶部。
散热装置铜层41的厚度小于1mm，使得双面覆铜陶瓷板3可以直接焊接到散热器42上。
第一固定件5和第二固定件6均为焊锡或银浆，第一固定件5和第二固定件6除采用焊锡外也可以使用银浆，用银烧工艺实现连接。
图5示出了根据本发明一实施例的芯片导热模块的制备方法的流出图，芯片导热模块的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将芯片模块1在双面覆铜陶瓷板3的印刷电路一面上。
步骤二、将双面覆铜陶瓷板3焊接在散热装置4的散热装置铜层41上。
步骤三、对芯片模块1和连接铜层31的印刷电路进行打线。
步骤四、对芯片导热模块进行壳体封装。
实施例2：
参照图1-2所示，本实施例所提供的一种芯片导热模块及其制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在于：芯片模块1为快恢复二极管(FRD)芯片。
实施例3：
图3示出了根据本发明一实施例的电机控制器的结构示意图。如图3所示，电机控制器包括电机控制器壳体b和芯片导热模块a，芯片导热模块a置于电机控制器壳体b内，并与电机控制器壳体b的内表面相接触，芯片导热模块a通过螺丝等紧固件固定在电机控制器壳体b的内表面上。
图4示出了根据本发明另一实施例的电机控制器的结构示意图。如图4所示，电机控制器包括电机控制器壳体c和芯片导热模块a。与图3所示的电机控制器相比，图4中的电机控制器壳体c具有开口，并不封闭，芯片导热模块a固定于电机控制器壳体c上方，通过密封圈将开口密封。
本发明提供的芯片导热模块a直接带有散热装置4。当放置于电机控制器壳体b内时，电机控制器壳体b上不需要再做散热水道。在具体实现上，电机控制器壳体b上做散热水道的难度远大于将散热装置直接置于芯片导热模块a中，因此，本发明提供的芯片导热模块a和电机控制器极大地降低了电机控制器壳体b的生产成本和难度。
实施例4：
图6示出了现有技术中的芯片导热模块的热阻d和本发明提供的芯片导热模块的热阻e的对比示意图。如图6所示，由于减少了铜底板和导热硅脂，相比于现有技术，本发明提供芯片导热模块的整体热阻降低了40％左右。
本发明提出的芯片导热模块，省去了铜底板，降低了成本，同时没有了由铜底板产生的热阻，不使用导热硅脂，由导热硅脂产生的热阻就没有了，与导热硅脂有关的生产流程也可以取消，使得***的寿命和可靠性大幅提高，在电机控制器的壳体上，不需要做水道，减少了电机控制器壳体的生产成本和难度，同时本发明中的芯片除去IGBT和FRD外，也可以为MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种芯片导热模块，包括芯片模块和双面覆铜陶瓷板，其特征在于，所述芯片模块和双面覆铜陶瓷板之间设置有第一固定件，所述双面覆铜陶瓷板的底部设置有第二固定件，所述第二固定件的底部设置有散热装置。
2.根据权利要求1所述的一种芯片导热模块，其特征在于，还包括芯片防护壳体，所述芯片防护壳体安装于散热装置的顶部。
3.根据权利要求1所述的一种芯片导热模块，所述双面覆铜陶瓷板包括连接铜层、陶瓷层和覆铜层，所述连接铜层设置于陶瓷层的顶部，所述覆铜层设置于陶瓷层的底部。
4.根据权利要求1所述的一种芯片导热模块，其特征在于，所述连接铜层内设置有印刷电路，且连接铜层与芯片模块之间连接有金属键合线。
5.根据权利要求1所述的一种芯片导热模块，其特征在于，所述芯片模块为绝缘栅双极型晶体管芯片和快恢复二极管芯片中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种芯片导热模块，其特征在于，所述散热装置包括带有水道的散热器和散热装置铜层，所述散热装置铜层设置于散热器的顶部。
7.根据权利要求5所述的一种芯片导热模块，其特征在于，所述散热装置铜层的厚度小于1mm。
8.根据权利要求1所述的一种芯片导热模块，其特征在于，所述第一固定件和第二固定件均为焊锡或银浆。
9.一种芯片导热模块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将所述芯片模块焊接在所述双面覆铜陶瓷板的印刷电路一面上；
S2、将所述双面覆铜陶瓷板焊接在所述散热装置的散热装置铜层上；
S3、对所述芯片模块和所述连接铜层的印刷电路进行打线；
S4、对所述芯片导热模块进行壳体封装。
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