[发明专利]一种基于相变材料的功率模块及其制作方法

权利要求书

1.一种基于相变材料的功率模块，其特征在于：包含基板(1)，陶瓷覆铜板(2)，相变模块和功率端子(7)；

所述基板(1)上表面呈长方形，陶瓷覆铜板(2)的上层为覆铜层，中间层为陶瓷绝缘层，下层为铜层，多块所述陶瓷覆铜板(2)分别设置在基板(1)上，陶瓷覆铜板(2)之间通过铜排连接；

所述陶瓷覆铜板(2)的覆铜层的两条边上分别设置有门极驱动端和功率端子安装端，且门极驱动端和功率端子安装端与陶瓷覆铜板(2)的覆铜层主体之间均完全分隔开；

所述相变模块设置在所述陶瓷覆铜板(2)的覆铜层主体上，多块所述功率端子(7)设置在功率端子安装端上；

所述相变模块包含热导率增强框架(3)和密封盖(4)，所述密封盖(4)设置在热导率增强框架(3)上用于对相变模块进行密封，所述密封盖(4)的外表面还焊接有功率半导体芯片(5)；

所述热导率增强框架(3)里面填充有相变材料，所述相变材料根据设计的相变温度，当功率半导体的温度超过设计的相变温度时，相变材料熔化吸热，起到抑制结温过快上升的作用，同时在相变时间内整个功率模块用于主动提供短路电流；

所述热导率增强框架(3)采用黄铜制成，且热导率增强框架(3)内部呈孔隙状，每个孔隙内均填充有所述相变材料；所述相变材料为低熔点金属基合金；所述相变模块的热导率满足：

λ = ( 1 – ε ) λ_s+ ε λ_f

其中，λ表示相变模块的热导率，ε表示相变模块中相变材料的百分比，λ_s表示热导率增强框架(3)材料的热导率，λ_f表示相变材料的热导率；

相变材料在功率模块热功率超出正常水平时，保持功率半导体芯片结温基本恒定的时间满足：

t=Lm/P

t表示相变材料熔化时间，L表示相变材料潜热，m表示相变材料的质量，P表示模块异常工作时的工作损耗功率。

2.根据权利要求1所述的一种基于相变材料的功率模块，其特征在于：所述陶瓷覆铜板(2)的数量为2，其中一块陶瓷覆铜板(2)的功率端子安装端通过铜排连接到另一块陶瓷覆铜板(2)的覆铜层主体。

3.根据权利要求2所述的一种基于相变材料的功率模块，其特征在于：所述功率端子(7)的数量为3，其中两块功率端子(7)分别设置在两块陶瓷覆铜板(2)的功率端子安装端，另一块设置在一块陶瓷覆铜板(2)的主体部分，3块功率端子分别作为功率模块的输出端和正、负极输入端，正、负极输入端的功率端子不在同一块陶瓷覆铜板(2)上，且不与相变模块接触。

4.根据权利要求3所述的一种基于相变材料的功率模块，其特征在于：功率半导体芯片(5)为IGBT或MOSFET；

其中下半桥功率半导体芯片的漏极与上半桥功率半导体芯片的源极相连，并共同连接到功率模块的输出端，两片功率半导体芯片的门极分别连接至门极驱动端，上半桥功率半导体芯片的漏极与功率模块的正极输入端相连，下半桥功率半导体的源极与功率模块的负极输入端相连；

所述功率半导体芯片与功率端子安装端之间，功率半导体芯片与门极驱动端之间通过键合线(6)进行电气连接。