[发明专利]一种IGBT功率模块散热结构及其加工工艺

权利要求书

1.一种IGBT功率模块散热结构，包括散热针翅板(100)、互连层(200)和IGBT功率芯片衬板(300)，其特征是，所述散热针翅板(100)上表面具有曲面凹槽结构(12)，曲面凹槽结构(12)具有凹槽底面(121)和凹槽侧壁(122)，所述凹槽底面(121)是一个向下弯曲的球面，所述凹槽侧壁(122)是一个向四周弯曲的曲面；IGBT功率芯片衬板(300)底部位于所述曲面凹槽结构(12)中，之间通过互连层(200)连接；所述互连层(200)包括第一互连层(21)和第二互连层(22)，在凹槽底面(121)和IGBT功率芯片衬板(300)底部之间为第一互连层(21)，凹槽侧壁(122)与IGBT功率芯片衬板(300)底部之间为第二互连层(22)。

2.根据权利要求1所述的IGBT功率模块散热结构，其特征在于，所述IGBT功率芯片衬板(300)自下而上包括第一金属层(30)、绝缘层(31)、第二金属层(32)，功率芯片衬板(300)的形状和凹槽底面(121)吻合，功率芯片衬板(300)和凹槽底面(121)展开成平面形状时为矩形。

3.根据权利要求2所述的IGBT功率模块散热结构，其特征在于，所述凹槽底面(121)的曲率范围在0.05～0.1m^-1之间。

4.根据权利要求2所述的IGBT功率模块散热结构，其特征在于，所述曲面凹槽结构(12)的凹槽中心深度为330～350μm。

5.根据权利要求2所述的IGBT功率模块散热结构，其特征在于，所述曲面凹槽结构(12)的凹槽中心深度为IGBT功率芯片衬板(300)的第一金属层(30)与第一互连层(21)的厚度之和。

6.根据权利要求1所述的IGBT功率模块散热结构，其特征在于，所述散热针翅板(100)包括一个金属底板(10)和金属针翅柱(11)阵列，所述曲面凹槽结构(12)位于金属底板(10)上表面，金属针翅柱(11)阵列位于金属底板(10)下表面；金属针翅柱(11)的高度一致，或者呈波浪形排布。

7.根据权利要求5所述的IGBT功率模块散热结构，其特征在于，所述金属针翅柱(11)的横截面为圆形、方形、菱形、正五边形或者正六边形。

8.根据权利要求1所述的IGBT功率模块散热结构，其特征在于，所述IGBT功率芯片衬板(300)的绝缘层(31)比第一金属层(30)边缘再向外延伸8～10mm。

9.如权利要求1所述的IGBT功率模块散热结构的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设计锻压模具，采用冷锻技术制作表面带有所述曲面凹槽结构(12)的散热针翅板(100)；

步骤2：将IGBT功率芯片衬板(300)放置在预弯模具中，所述预弯模具包括上模和下模，上模和下模的加压面具有与所需要曲面凹槽结构(12)的凹槽底面(121)相吻合的形状，通过加压，使IGBT功率芯片衬板(300)与散热针翅板(100)上的曲面凹槽结构(12)的凹槽底面(121)形状相一致；

步骤3：通过丝网印刷法在散热针翅板(100)的凹槽底面(121)均匀涂覆石墨烯/纳米银复合材料，形成第一互连层(21)；

步骤4：将IGBT功率芯片衬板(300)嵌入所述曲面凹槽结构(12)中，使IGBT功率芯片衬板(300)底部第一金属层(30)通过第一互连层(21)与凹槽底面(121)紧密贴合；

步骤5：将少层六方氮化硼作为导热填料与导热胶制备的复合材料从曲面凹槽结构(12)边缘注入，形成第二互连层(22)，使IGBT功率芯片衬板(300)底部第一金属层(30)的外侧边缘与凹槽侧壁(122)紧密贴合；

步骤6：将步骤5得到的整体结构放入真空烧结炉，低温烧结、固化。

10.根据权利要求9所述的IGBT功率模块散热结构的加工工艺，其特征在于，所述第一互连层(21)是将氧化还原法得到的高导热石墨烯粉末按比例添加到纳米银导热材料中，均匀混合制备成的石墨烯/纳米银复合材料，其厚度范围在30～35μm；所述第二互连层(22)是将导热系数在280～300W/m·K的少层六方氮化硼按比例添加到导热胶中复合制备而成。