雙面冷卻功率模塊及其制造方法
【專利說明】雙面冷卻功率模塊及其制造方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年10月29日提交的韓國專利申請N0.10-2014-0148115的優(yōu)先權權益，該專利申請的全部內容通過弓I用并入本文。
技術領域
[0003]本公開的實施例主要涉及車輛逆變器的功率模塊，以及更具體地，涉及包括間隔件的雙面冷卻功率模塊及其制造方法，該間隔件具有能夠實現(xiàn)機械支撐和/或電連接的結構和/或形狀，其中為了功率模塊的電絕緣，通過應用一面與雙面冷卻器接觸的陶瓷基片來考慮絕緣。
【背景技術】
[0004]—般情況下，環(huán)保車輛采用電動機作為驅動裝置。典型的電動機通過電力電纜由來自逆變器傳送的相電流驅動，逆變器通過控制器的脈寬調制(PWM)信號將直流電壓變換為三相電壓。另外，該逆變器連接到功率模塊，該功率模塊由電池提供直流(DC)電力并且供應用于驅動電動機的電力。
[0005]—般來說，功率模塊配置成使得六相或三相被整合為一個封裝的形式。由于功率模塊在供電時產生熱量，為了穩(wěn)定運行，用于冷卻所產生的熱量的各種方案應用于功率模塊。
[0006]圖1是示出使用正常的雙面冷卻方案的功率模塊的橫截面視圖。參考圖1，銅板120設置在頂部和底部，電源端子110形成在銅板120的端部，以及芯片130通過導線140連接到信號端子160。間隔件150設置在芯片130和銅板120之間。
[0007]當功率模塊如圖1所示構造時，其內部電路配置是復雜的，使得難以在逆變器電路的六個開關之間實現(xiàn)一個以上的切換。另外，由于未在其外部進行電絕緣處理，需要應用具有低導熱率(例如，約5-10W/mK)的單獨絕緣片等，使得熱特性惡化。此外，導線結合通常用于芯片連接到信號端子，因此對于此類高度，需要具有較寬寬度的間距結構。

【發(fā)明內容】

[0008]提供一種雙面冷卻功率模塊，其可以通過促進雙向熱輻射來提高熱性能和可靠性。本公開的實施例涉及雙面冷卻功率模塊及其制造方法，其通過實現(xiàn)雙向熱輻射而具有改善的熱性能和增強的可靠性。此外，本公開的實施例涉及雙面冷卻功率模塊及其制造方法，其通過改善制造工藝可以實現(xiàn)工藝簡化并降低制造成本。
[0009]通過下面的描述可以理解本公開的其他目的和優(yōu)點，并且參考本公開的實施例，這些目的和優(yōu)點將變得顯而易見。而且，對于本公開所屬領域的技術人員來說，本公開的目的和優(yōu)點可以通過所要求保護的裝置或其組合來實現(xiàn)是顯而易見的。
[0010]根據(jù)本公開的實施例，雙面冷卻功率模塊包括:下部端子；至少一對功率半導體芯片，其安裝在該下部端子上；至少一對水平間隔件，其安裝在該至少一對功率半導體芯片上；上部端子，其安裝在該至少一對水平間隔件上；以及至少一對垂直間隔件，其布置在該上部端子和該下部端子之間。
[0011]在這種情況下，至少一對垂直間隔件可以配置成調節(jié)上部端子和下部端子之間的高度。
[0012]另外，至少一對垂直間隔件可以配置成電連接上部端子和下部端子。
[0013]另外，至少一對垂直間隔件和至少一對水平間隔件可以由導電陶瓷材料制成。
[0014]另外，至少一對水平間隔件可以配置成具有梯度，以便至少一對水平間隔件接觸上部端子的面積可以比至少一對水平間隔件接觸至少一對功率半導體芯片的面積更大。
[0015]另外，上部端子可以包括:第一銅板，其配置成形成輸出端和一個電極端；第二銅板，其配置成被外部部件接觸；以及導電陶瓷板，其布置在第一銅板和第二銅板之間。
[0016]另外，下部端子可以包括:第一銅板，其配置成形成輸出端子和兩個電極端子，其中該輸出端子位于兩個電極端子之間；第二銅板，其配置成被外部部件接觸；以及導電陶瓷板，其布置在第一銅板和第二銅板之間。
[0017]另外，上部端子或下部端子可以由直接覆銅板(DBC:direct bonded copper)制成。
[0018]另外，至少一對功率半導體芯片可以配置成包括半導體芯片部和二極管芯片部，以及至少一對水平間隔件可以包括分別面向半導體芯片部和二極管芯片部的一對間隔件。
[0019]除此以外，至少一對功率半導體芯片可以配置成包括半導體芯片部和二極管芯片部，以及至少一對水平間隔件可以包括具有統(tǒng)一形狀的間隔件，以便面向半導體芯片部和二極管芯片部兩者。
[0020]另外，至少一對垂直間隔件可以配置成將具有相同極性的電極端子彼此連接或將具有相同極性的輸出端子彼此連接。
[0021]另外，至少一對功率半導體芯片和上部端子，至少一對水平間隔件和至少一對功率半導體芯片，以及至少一對水平間隔件和上部端子可以通過焊接彼此分別附接。
[0022]另外，雙面冷卻功率模塊還可以包括外殼，其配置成在已裝配下部端子、至少一對功率半導體芯片、至少一對水平間隔件、上部端子和至少一對垂直間隔件的狀態(tài)下，通過模塑成型形成。
[0023]此外，根據(jù)本公開的實施例，用于制造雙面冷卻功率模塊的方法包括:制備下部端子；在下部端子上安裝至少一對功率半導體芯片；在至少一對功率半導體芯片上安裝至少一對水平間隔件；安裝與至少一對水平間隔件隔開預定距離的至少一對垂直間隔件；并且在至少一對水平間隔件和至少一對垂直間隔件上安裝上部端子。至少一對垂直間隔件可以布置在上部端子和下部端子之間。
[0024]在這種情況下，該方法可以包括使用焊接方案將至少一對功率半導體芯片和上部端子，至少一對水平間隔件和至少一對功率半導體芯片，以及至少一對水平間隔件和上部端子彼此分別附接。
[0025]另外，該方法還可以包括在已裝配下部端子、至少一對功率半導體芯片、至少一對水平間隔件、上部端子和至少一對垂直間隔件的狀態(tài)下，通過模塑成型形成外殼。
【附圖說明】
[0026]圖1是示出使用正常的雙面冷卻方案的功率模塊的橫截面視圖；
[0027]圖2是示出根據(jù)本公開實施例的雙面冷卻功率模塊的橫截面視圖；
[0028]圖3是在圖2中所示的雙面冷卻功率模塊的等效電路圖；
[0029]圖4是示出在圖3中所示的雙面冷卻功率模塊的內部布局的平面圖；
[0030]圖5是示出在圖2中所示的雙面冷卻功率模塊的內部布局的示例的平面圖；
[0031]圖6A是示出在圖2中所示的雙面冷卻功率模塊的內部布局的另一示例的平面圖；
[0032]圖6B是沿圖6A的線A_A’截取的橫截面視圖；
[0033]圖7是示出根據(jù)本公開實施例的根據(jù)間隔件材料的熱膨脹系數(shù)和焊接的變形量之間的關系的曲線圖；
[0034]圖8是示出應用于圖6A所示的間隔件的形狀的第一示例的視圖；
[0035]圖9是示出應用于圖6A所示的間隔件的形狀的第二示例的視圖；
[0036]圖10是示出應用于圖6A所示的間隔件的形狀的第三示例的視圖；以及
[0037]圖11是示出根據(jù)本公開的另一實施例的制造雙面冷卻功率模塊的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0038]本公開的實施例將參考附圖在下文進行更詳細的描述。但是，本公開可以以不同的方式實施并且不應視為限制于本文闡述的實施例。相反，之所以提供這些實施例是為了本公開更加的全面和完整，并且向本領域技術人員全面表達本發(fā)明的范圍。為清楚解釋本公開，與本解釋無關的部件被省略，并且在整個公開中，相同的附圖標記是指本公開的整個附圖和實施例的相同部件。
[0039]在附圖中，為了清晰起見，層和區(qū)域的厚度被放大。相同的附圖標記通篇指代相同的元件。當提到諸如層、膜、區(qū)域、板等的部件在其他部件“上面”時，這包括僅該部件在其他部件上面的情況以及仍然有另一部件在它們中間的情況。作為對比，當提到僅該部件在其他部件上面時，這意味著沒有另一部件在它們的中間。作為對比，當提到僅該部件在其他部件上面時，這意味著沒有另一部件在它們的中間。另外，當提到第一部“完全”在第二部上形成時，這意味著不僅第一部在第二部的整個表面(或完整表面)上形成，而且第一部不在第二部邊緣的部分上形成。
[0040]本文使用的術語僅出于說明【具體實施方式】的目的，而不意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個”、“一種”、“該”也意在包括復數(shù)形式，除非上下文中另外明確指明。還應當理解的是，在說明書中使用的術語“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/