[发明专利]一种功率管

说明书

本发明涉及晶体管领域，尤其是一种功率管。其包括覆铜绝缘板，半导体芯片，接线端子，覆铜绝缘板通过焊层焊接在基板上，其特征在于基板中设置有流道。本发明通过直接在功率管的基板上设置流道，避免了客户应用中的接触热阻，增加了功率管的应用温度范围。

技术领域

本发明涉及晶体管领域，尤其是一种功率管。

背景技术

标准功率管中，不同数量功率半导体芯片(可以为IGBT、MOS、Diode和FRED等)焊接到覆铜绝缘板上，覆铜绝缘板再焊接到基板上。这个基板往往是由金属铜制作的实心金属块，其作用在于将半导体芯片的热量扩散开，并传导到客户的散热系统中。客户的散热系统诸如风冷散热器、水冷板，是通过导热界面材料与该基板连接的。 因此，当前的功率管设计时，重点考虑如何减小从芯片到客户散热器、水冷板之间的热阻。这包括1.基板自身的导热热阻；2.基板到散热器、水冷板的接触热阻。为减小基板自身的导热热阻，当前功率管的设计厂商思路集中在使用高导热率的材料做基板，如铜；努力优化基板的厚度，使基板的厚度足够薄，但是还能保证热量能有效的扩散开。为减小基板到客户散热器、水冷板的接触热阻，功率管设计厂商的思路集中在提高基板安装面的平面度、减小粗糙度的方向。但是这些方向只能略微改善，并没有质的改变。比如，对于热功率密度400W/cm²的功率管，在50PSI的压力情况下，通过对基板的粗糙度从一般的机加更改为抛光工艺，能把接触热阻从0.05℃*cm²/W降低到0.04℃*cm²/W,但是，接触热阻导致的温差依然有16℃，这意味着，原本客户的散热器最高温度只有50℃的情况下，功率管的基板温度已经达到了66℃。为了使功率管维持在50℃，那要求客户的散热器最高温度要低于34℃。硬是把该功率管的使用温度范围降低了16℃。原本能在全球使用的产品，变成了只能在空调房里使用的产品。

发明内容

为了解决现有技术中的上述不足，本发明用了不同的思路，不再集中在如何降低功率管基板安装面的接触热阻上，也不需要去减薄基板的厚度，而是反其道而为之，将基板厚度增加，并且在基板中设置流道，该流道留有进出口接头，与客户的冷却系统相连接。从而实现了客户的冷却系统与功率管直接对接，不在存在基板于客户散热设备之间的接触热阻。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种功率管，包含覆铜绝缘板（1），其两侧有铜层（7），半导体芯片(2)通过焊层（6）焊接在覆铜绝缘板（1）的铜层（7）上，接线端子（3），覆铜绝缘板（1）通过焊层（6）焊接在基板（4）上，其特征在于基板（4）中设置有流道（5）。

作为优选，流道（5）只存在一个进水口和一个出水口供客户连接外部流道。

作为优选，流道（5）是内置在基板（4）中的。

作为优选，流道（5）可以是一条通道，也可以是多条通道并联。

作为优选，流道（5）的等效截面积A，功率管的发热功率P，存在如下关系：(0.79e-10)*P<A<(1.19e-6)*P 其中，P的单位是瓦，A的单位是平方米，系数用的是科学记数法。

对于面积A和功率P之间的关系,我们是通过大量（1000多个测试结果）的实验测试的得到的数据归纳的结果。通过实验发现，如果面积A小于(0.79e-10)*P，流道5内的流体压力损失过大，常规的冷却水泵不足以提供足够的供水压力的问题；如果面积A大于(1.19e-6)*P，该方案的散热效果很差，还不如常规的功率管结构散热效果。实验结果显示，上述A的范围为绝对范围，超出该范围，该方案无效。而经过对实验数据的归纳，以下A的范围为优选范围(2.38e-9)*P<A<(4.76e-7)*P；进一步，流道等效截面积A的最优值范围如下：(4.76e-9)*P<A<(1.19e-8)*P。

附图说明