[实用新型]一种半导体功率模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，更具体的说，涉及一种半导体功率模块。

背景技术

半导体功率模块(例如：IGBT功率模块)的性能会由于半导体元件通电产生的热量而受到影响，因而，通常将安装有半导体元件的覆金属陶瓷基板固定于散热器(或散热板)上，并通过散热器来进行有效散热。当半导体元件工作时，由半导体元件发出的热传递至散热器的过程中，覆金属陶瓷基板和散热器的温度变高，产生热膨胀；当半导体元件停止发热时，覆金属陶瓷基板和散热器中的温度降低至室温，产生冷收缩。如果将覆金属陶瓷基板直接安装在散热器上，在冷热循环过程中，由于覆金属陶瓷基板(包括：陶瓷基板、正面金属板和背面金属板等部分)以及散热器的线性热膨胀系数的差异会产生热应力，并导致散热器、覆金属陶瓷基板发生变形或者在两者的结合界面处产生分裂，因而需要在散热器与覆金属陶瓷基板之间设置具有两者中间的线膨胀率的应力缓冲层。

目前常见的半导体功率模块在产生热量的元件下方依次铺设双面覆金属陶瓷基板、应力缓冲层和散热器。其中，应力缓冲层选择线膨胀系数在陶瓷基板和散热器之间、且散热良好的材料，例如：氧化铝覆铜基板(或者氮化铝覆铜基板)和铝制散热器之间的应力缓冲层通常选用钼铜合金。然而，钼铜合金的价格昂贵且密度比较大，这样增加了模块的成本和重量，同时，在钼铜合金层和散热器的连接上需要采用导热硅脂，导热硅脂的热导率低(热导率为3W/mK左右)，因而会大大降低了模块整体的散热能力。

中国公开号为CN101341592A的实用新型专利申请公开了一种半导体模块，包括：陶瓷基板、接合于基板正表面的正面金属板、接合于背表面的背面金属板、和接合于该背面金属板的散热器。所述背面金属板具有面对散热器的接合表面。接合表面包括接合区和非接合区。该非接合区包括沿背面金属板的厚度方向延伸的凹陷。背面金属板的接合区的面积占背面金属板的接合表面的总面积的65％～85％。该技术方案省去了陶瓷基板和散热器之间的应力缓冲层，而是在背面金属板的结合表面上设置与散热器直接接触的结合区，并通过设置具有特定形状和尺寸凹陷的非结合区，来实现陶瓷基板与散热器之间的应力匹配，但是这种半导体模块在实现热应力匹配的同时，却减少了热传导的有效面积，难以实现热传导的最大化。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的半导体功率模块难以同时兼具良好的散热性能和热应力缓和性能的技术问题。

本实用新型提供了一种半导体功率模块，包括：

散热器；

覆金属陶瓷基板，安装于所述散热器上，包括：具有正表面和背表面的陶瓷基板、设于所述陶瓷基板正表面的正面金属板、以及设于所述陶瓷基板背表面的背面金属板；

半导体元件，焊接于所述正面金属板上；

壳体，内置并密封所述半导体元件；

其中，所述散热器朝向背面金属板的一端设有冷却槽，所述背面金属板固定于散热器上并密封所述冷却槽。

优选地，所述散热器上设有与所述背面金属板相适配的下凹结构，所述冷却槽设于下凹结构的下方，所述背面金属板安装于下凹结构内并密封所述冷却槽的槽口。

优选地，所述散热器与所述背面金属板相接触的端面设为结合面，所述结合面设有冷却区和结合区；所述冷却区由所述冷却槽的槽口形成，冷却区的面积占所述结合面总面积的35～70％。

优选地，所述结合区设于所述冷却区的周缘，其与背面金属板之间设有连接层；所述背面金属板与结合区通过连接层相连接并相应的密封所述冷却区。

优选地，所述冷却槽的进、出水端分别设有进、出水管，所述进、出水管的设置高度低于所述冷却槽的设置高度。

优选地，所述冷却槽为弯折槽，其进、出水端朝向散热器的同一侧，其横截面呈圆弧形、方形或者U形。

优选地，所述背面金属板的长宽尺寸大于所述陶瓷基板以及正面金属板。

优选地，所述陶瓷基板是厚度为0.1～1.5mm的氧化铝陶瓷板或者厚度为0.3～1.5mm的氮化铝陶瓷板；所述正面金属板是厚度为0.3～0.6mm的铝板或铝合金板；所述背面金属板是厚度为1～3mm的铝合金板。

优选地，所述壳体固定于背面金属板上，壳体内置所述陶瓷基板、正面金属板以及半导体元件，并且壳体内的空隙部分灌封有导热体。

优选地，所述背面金属板超出陶瓷基板的部分设置固定部，所述固定部上设有固定孔，所述壳体的外缘相应的设有通孔，所述散热器上相应的设有安装孔；通过固定件依次连接所述通孔、固定孔以及安装孔，所述壳体、背面金属板固定于所述散热器上。