一種帶導(dǎo)熱硅膠片的功率半導(dǎo)體模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種帶導(dǎo)熱硅膠片的功率半導(dǎo)體模塊，所述導(dǎo)熱硅膠片中埋入了用于測量功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)或多個(gè)位置上的溫度的多個(gè)溫度檢測單元。采用了該導(dǎo)熱硅膠片的功率半導(dǎo)體模塊可提高功率半導(dǎo)體模塊溫度測量的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。
【專利說明】一種帶導(dǎo)熱硅膠片的功率半導(dǎo)體模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及功率半導(dǎo)體器件測溫技術(shù)，特別是涉及一種帶導(dǎo)熱硅膠片的功率半導(dǎo)體模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電能轉(zhuǎn)換和控制的需求不斷增長，以絕緣柵雙極晶體管(Insulated GateBipolar Transistor，簡稱IGBT)為代表的功率半導(dǎo)體器件使用的越來越頻繁。功率半導(dǎo)體器件在運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生大量的熱量，過多的熱量累積會導(dǎo)致器件失效甚至爆炸、燃燒等惡劣后果。所以針對功率半導(dǎo)體器件的散熱和溫度檢測設(shè)計(jì)，一直是功率半導(dǎo)體期間使用過程中的核心課題。
[0003]功率半導(dǎo)體器件10的熱量發(fā)生一般集中在其PN結(jié)，并通過銅基板12、導(dǎo)熱材料、散熱器等向外擴(kuò)散，最終由散熱器通過自然或強(qiáng)迫的方式向環(huán)境中散去。目前所使用的溫度傳感器件11 一般置于功率半導(dǎo)體器件10的銅基板12上，如圖1所示，或者是置于遠(yuǎn)離銅基板的散熱器13上，如圖2所示。傳統(tǒng)的測溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致了測量的不準(zhǔn)確性和滯后性，有較大隱患。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的主要目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶導(dǎo)熱硅膠片的功率半導(dǎo)體模塊，提高溫度測量的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種帶導(dǎo)熱硅膠片的功率半導(dǎo)體模塊，所述導(dǎo)熱硅膠片中埋入了用于測量功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)或多個(gè)位置上的溫度的一個(gè)或多個(gè)溫度檢測單元。
[0007]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，上述技術(shù)方案還可以采用以下一些技術(shù)特征:
[0008]所述多個(gè)溫度檢測單元至少對應(yīng)功率半導(dǎo)體模塊中的多個(gè)發(fā)熱源而布置在所述導(dǎo)熱娃膠片中。
[0009]所述多個(gè)溫度檢測單元至少對應(yīng)分布在功率半導(dǎo)體模塊的多條散熱途徑中的不同點(diǎn)而布置在所述導(dǎo)熱硅膠片中。
[0010]所述多個(gè)溫度檢測單元在所述導(dǎo)熱硅膠片中呈陣列布置。
[0011]所述多個(gè)溫度檢測單元中的部分或全部溫度檢測單元的引出導(dǎo)線在所述導(dǎo)熱硅膠片中部聚集成束，并在所述導(dǎo)熱硅膠片的一側(cè)引出。
[0012]所述溫度檢測單元為單板式NTC熱敏電阻陶瓷片。
[0013]所述功率半導(dǎo)體模塊為IGBT，所述溫度檢測單元根據(jù)所述IGBT的PN結(jié)位置關(guān)系布置在所述導(dǎo)熱硅膠片中。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:
[0015]本實(shí)用新型中，導(dǎo)熱硅膠片作為功率半導(dǎo)體模塊上(例如IGBT銅基板和散熱器之間)的導(dǎo)熱材料，通過在導(dǎo)熱硅膠片中定向埋入溫度傳感器，使其能夠最大限度地靠近希望測量的溫度點(diǎn)(如IGBT的PN結(jié))，從而顯著提高測量的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。
[0016]進(jìn)一步地，由于功率半導(dǎo)體模塊往往都集成了若干個(gè)核心芯片，即模塊中存在多個(gè)發(fā)熱源，單個(gè)且距離較遠(yuǎn)的溫度監(jiān)測點(diǎn)無法定位每個(gè)發(fā)熱源的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，更無法形成整體平面熱量發(fā)散圖，給監(jiān)測和事故分析都帶來極大的困難。在本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施例中，通過按照預(yù)先設(shè)定好的布置在導(dǎo)熱硅膠片中埋入多個(gè)溫度傳感器，可以同時(shí)測量功率半導(dǎo)體模塊中的多個(gè)發(fā)熱源或分布于其多條散熱途徑中的不同點(diǎn)溫度，在實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測溫的同時(shí)，有利于掌握功率半導(dǎo)體模塊整體散熱情況，并可提供可用于繪制整體溫度分布圖的數(shù)據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1和圖2為兩種傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體溫度測量方式的傳感器布置示意圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型一種實(shí)施例中采用的溫度檢測單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型一種實(shí)施例中的導(dǎo)熱硅膠片結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。
[0021]參閱圖4，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，功率半導(dǎo)體模塊帶有導(dǎo)熱硅膠片6，導(dǎo)熱硅膠片6中埋入了用于測量功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)或多個(gè)不同位置上的溫度的一個(gè)或多個(gè)溫度檢測單元7。
[0022]導(dǎo)熱硅膠片6可以是設(shè)置在功率半導(dǎo)體模塊的銅基板和散熱器(圖中未示)之間。導(dǎo)熱硅膠片6具有良好壓力應(yīng)變性能，只需稍微加點(diǎn)壓力，產(chǎn)品就會發(fā)生較大的形變，能夠起到很好的填縫作用，降低表面接觸熱阻，增多了導(dǎo)熱通道，提高導(dǎo)熱效果；另外，導(dǎo)熱硅膠片6有不同導(dǎo)熱系數(shù)，適合不同發(fā)熱功率電子元器件的需求；導(dǎo)熱硅膠片6表面具有天然的粘性，在使用中可以提供一定的粘接能力；導(dǎo)熱硅膠片6還具有優(yōu)越的絕緣性能，能夠在電子元器件中廣泛應(yīng)用；導(dǎo)熱硅膠片6還具有良好柔韌性，可以根據(jù)客戶需要裁切成各種尺寸規(guī)格；另外，導(dǎo)熱硅膠片6還具備一定減震功能。
[0023]在導(dǎo)熱硅膠片6中可以埋入單板式NTC熱敏電阻陶瓷片作為溫度檢測單元7，形成溫度測量點(diǎn)。
[0024]如圖3所示，單板式NTC熱敏電阻陶瓷片可以具有實(shí)質(zhì)上為立方體的主體3，其上下燒結(jié)有電極2、4。銅絲I與電極2通過壓接連接形成一側(cè)引出線，銅絲5與電極4通過壓接連接形成另一次引出線。所有溫度測量點(diǎn)的引出銅絲可以在導(dǎo)熱硅膠片6中部聚集成束8，并在導(dǎo)熱硅膠片6的一側(cè)引出。為了使用方便，可以在銅絲束的終端連接接線端子9。導(dǎo)熱硅膠片6除了引出線束位置其他均可予以裁剪。
[0025]溫度檢測單元7的布置可以針對功率半導(dǎo)體模塊的特點(diǎn)和需求對應(yīng)設(shè)置。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)溫度檢測單元7至少對應(yīng)功率半導(dǎo)體模塊中的多個(gè)發(fā)熱源而布置在導(dǎo)熱硅膠片6中。在另一種優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)溫度檢測單元7至少對應(yīng)分布在功率半導(dǎo)體模塊的多條散熱途徑中的不同點(diǎn)而布置在導(dǎo)熱硅膠片6中。
[0026]如圖4所示，在進(jìn)一步的實(shí)施例中，多個(gè)溫度檢測單元7在導(dǎo)熱硅膠片6中呈陣列布置。
[0027]功率半導(dǎo)體模塊可以但不限于是IGBT器件，溫度檢測單元7可以根據(jù)IGBT器件的PN結(jié)位置關(guān)系和相關(guān)熱測量要求而設(shè)置在導(dǎo)熱硅膠片6的相應(yīng)位置中。
[0028]在功率半導(dǎo)體模塊的制作方法中包括導(dǎo)熱硅膠片6的制作步驟，其中，將一個(gè)或多個(gè)溫度檢測單元7放置于模具中，放置的位置對應(yīng)預(yù)先設(shè)定好的待測功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)或多個(gè)測溫點(diǎn)，向模具內(nèi)注入硅膠材料并成型為具有溫度檢測單元7的導(dǎo)熱硅膠片6。
[0029]模具包括模具主體和可從模具主體中取出的模具底板，模具底板上設(shè)置有在相應(yīng)位置上定位各溫度檢測單元7的多個(gè)定位結(jié)構(gòu)。制作方法可以包括以下步驟:
[0030]將各溫度檢測單元7通過各定位結(jié)構(gòu)定位放置在模具主體中的模具底板上；將硅膠材料灌充至模具中，采用成型工藝手段使其固化成型；翻轉(zhuǎn)模具，或?qū)⒛＞叩装暹B同成型材料在模具內(nèi)作一次翻轉(zhuǎn)，然后取出模具底板，使成型材料原本朝模具底板的那一面露出；將硅膠材料灌充至模具中，固化成型，最終成型為埋入了溫度檢測單元7的導(dǎo)熱硅膠片6。
[0031]該制作方法可以包括以下具體流程。
[0032]將若干個(gè)溫度檢測單元7安置于模具中形成溫度檢測陣列。該模具內(nèi)根據(jù)功率半導(dǎo)體的要求事先設(shè)計(jì)好陣列結(jié)構(gòu)，例如，開好溫度檢測單元7定位孔和銅絲定位槽。其中，在和模具主體可分離的模具底板上，根據(jù)IGBT的PN結(jié)位置關(guān)系和相關(guān)熱測量要求，布置有溫度檢測單元7的主體定位孔，用于放置溫度檢測單元7，同時(shí)開設(shè)有銅絲約束槽，用于布置連接銅絲。模具首次灌膠空間面定義為A面，底板面定義為B面。通過該步驟，將溫度測量單元布置于模具底板上的主體定位孔上，其銅絲1、5布置于相關(guān)銅絲約束槽中。
[0033]導(dǎo)熱硅膠片6的原始材料通過混合、反應(yīng)、攪拌等多道工序，形成膠裝原始物料。將其灌充至模具中，裝入模具的物料流平后用刮刀將多余的物料刮出。將裝有混合物料的模具放入烤箱，在10(TC溫度下固化15分鐘使A面成型。
[0034]翻轉(zhuǎn)模具并取出模具底板，在露出的空間內(nèi)再次灌充膠裝原始物料，待物料流平后用刮刀將多余的物料刮出。將模具再次放入烤箱，在100°c溫度下固化15分鐘使B面成型。固化成型后即可得到集成溫度傳感陣列的導(dǎo)熱硅膠片6。另外，也可以將模具底板連同A面成型在模具內(nèi)翻轉(zhuǎn)，而模具不翻轉(zhuǎn)，同樣也可以在取出模具底板之后使B面成型。
[0035]弓I線線束的末端可以根據(jù)需要加裝弓I線端子。
[0036]以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，其還可以對這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種帶導(dǎo)熱硅膠片的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述導(dǎo)熱硅膠片中埋入了用于測量功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)或多個(gè)位置上的溫度的多個(gè)溫度檢測單元。
2.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述多個(gè)溫度檢測單元至少對應(yīng)功率半導(dǎo)體模塊中的多個(gè)發(fā)熱源而布置在所述導(dǎo)熱硅膠片中。
3.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述多個(gè)溫度檢測單元至少對應(yīng)分布在功率半導(dǎo)體模塊的多條散熱途徑中的不同點(diǎn)而布置在所述導(dǎo)熱硅膠片中。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述多個(gè)溫度檢測單元在所述導(dǎo)熱硅膠片中呈陣列布置。
5.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述多個(gè)溫度檢測單元中的部分或全部溫度檢測單元的引出導(dǎo)線在所述導(dǎo)熱硅膠片中部聚集成束，并在所述導(dǎo)熱娃膠片的一側(cè)引出。
6.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述溫度檢測單元為單板式NTC熱敏電阻陶瓷片。
7.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于，所述功率半導(dǎo)體模塊為IGBT，所述溫度檢測單元根據(jù)所述IGBT的PN結(jié)位置關(guān)系布置在所述導(dǎo)熱硅膠片中。
【文檔編號】H01L23/36GK204067335SQ201420343024
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】傅俊寅, 汪之涵, 王浩蘭 申請人:深圳青銅劍電力電子科技有限公司