一種基于散熱設計的功率半導體器件模塊的制作方法

本發明屬于功率半導體器件領域，具體涉及一種基于散熱設計的功率半導體器件模塊。

背景技術：

功率半導體器件又稱為電力電子器件，主要用于電力電子電路的電能變換。在電力電子器件工作時，會因功率損耗引起器件發熱、升溫。器件溫度過高將縮短器件壽命，甚至燒毀器件，這也是限制電力電子器件電流、容量的重要原因。

為此，必須考慮功率半導體器件的散熱冷卻問題，功率半導體器件的散熱是電力電子裝置設計工作中的重點和難點。鋁基板PCB是解決功率半導體器件散熱安裝問題的常規手段。這種方案需要將功率半導體器件焊接在鋁基板上，將控制電路部分焊接在普通PCB上，這樣造成兩塊電路板之間還需使用導線連接才能工作。而且由于鋁基板PCB價格的原因，采用這種方式成本很高，而且結構也很繁瑣。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于散熱設計的功率半導體器件模塊，實現普通PCB基板和金屬散熱器一體設計并提高散熱效果。

為實現以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于散熱設計的功率半導體器件模塊，包括功率半導體器件、金屬散熱器和PCB基板，所述PCB基板上設有開口，所述PCB基板正面設有所述功率半導體器件的電路，所述PCB基板背面固定在所述金屬散熱器上，所述功率半導體器件固定在所述開口中的所述金屬散熱器上，所述功率半導體器件管腳焊接在所述電路上。

進一步地，所述金屬散熱器為銅排。

進一步地，所述功率半導體器件與所述開口互相匹配。

進一步地，所述功率半導體器件與所述開口之間具有間隙。

進一步地，所述金屬散熱器由銅排和銅塊構成，所述PCB基板背面固定在所述銅排上，所述銅塊固定在所述開口中的所述銅排上，所述功率半導體器件固定在所述銅塊上。

進一步地，所述銅塊與所述開口互相匹配。

進一步地，所述銅塊與所述開口之間具有間隙。

進一步地，所述PCB基板與所述金屬散熱器之間，以及所述功率半導體器件與所述金屬散熱器之間分別通過焊錫固定。

進一步地，所述銅排與所述銅塊之間通過焊錫固定。

進一步地，所述銅排與所述銅塊為一體結構。

本發明采用以上技術方案，至少具備以下有益效果：

本發明通過PCB基板設有開口，PCB基板背面固定在金屬散熱器上，功率半導體器件固定在PCB基板開口中的金屬散熱器上，實現PCB基板和金屬散熱器一體設計并提高散熱效果，通過本發明可用普通的PCB基板代替鋁基板，以降低成本；此外，本發明選用銅排作為散熱器，在實現散熱效果的同時還可以作為電源線起到載流作用。

附圖說明

圖1為本發明一種基于散熱設計的功率半導體器件模塊實施方式一的剖面圖；

圖2為本發明一種基于散熱設計的功率半導體器件模塊實施方式二的剖面圖；

圖3為本發明一種基于散熱設計的功率半導體器件模塊實施方式三的剖面圖；

圖4為本發明一種基于散熱設計的功率半導體器件模塊實施方式三的剖面圖。

圖中：1、功率半導體器件；101、管腳；2、金屬散熱器；201、銅排；202、銅塊；3、金屬散熱器；4、焊錫。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

如圖1和圖2所示，本發明提供一種基于散熱設計的功率半導體器件模塊，包括功率半導體器件1、金屬散熱器2和金屬散熱器3，所述PCB基板3上設有開口，所述PCB基板3正面設有所述功率半導體器件1的電路，所述PCB基板3背面固定在所述金屬散熱器2上，所述功率半導體器件1固定在所述開口中的所述金屬散熱器2上，所述功率半導體器件1的管腳101焊接在所述電路上。

可知，本發明通過所述PCB基板設有開口，PCB基板背面固定在金屬散熱器上，功率半導體器件固定在PCB基板開口中的金屬散熱器上，實現PCB基板和金屬散熱器一體設計并提高散熱效果。

作為本發明的進一步改進，所述金屬散熱器2為銅排101。

可以理解的是，本發明選用銅排作為散熱器，在實現散熱效果的同時還可以作為電源線起到載流作用。

進一步地，如圖1所示，所述功率半導體器件1與所述開口互相匹配；優選地，如圖2所示，所述功率半導體器件1與所述開口之間具有間隙。

可以理解的是，因各個功率半導體器件形狀不一樣，將所述功率半導體器件1與所述開口設計為互相匹配，如圖1所示，這樣裝配時便于配對，從而加快組裝時間，也能夠減少組裝出錯的幾率；而從散熱方面考慮，盡量增大散熱空間能有效提高散熱效果，所以所述功率半導體器件1與所述開口之間具有間隙，如圖2所示，以增大散熱空間。

如圖3和圖4所示，作為本發明散熱的進一步改進，所述金屬散熱器2由銅排201和銅塊202構成，所述PCB基板3背面固定在所述銅排201上，所述銅塊202固定在所述開口中的所述銅排201上，所述功率半導體器件1固定在所述銅塊202上，通過加入所述銅塊202增大散熱面積，同時也將所述功率半導體器件1突出于所述PCB基板3，使本發明實現立體的散熱結構，進一步改進散熱效果。

進一步地，如圖3所示，所述銅塊202與所述開口互相匹配，這樣所述銅塊202與所述開口之間不會有導致晃動的間隙，便于固定組裝，且不需要額外的定位設備，保證組裝的一致性。

進一步地，如圖4所示，所述銅塊202與所述開口之間具有間隙，這樣從散熱方面考慮，盡量增大散熱空間能有效提高散熱效果。

上述提供兩種所述銅塊202與所述開口設計的方案，具體情況可結合所述功率半導體器件1的發熱效果做出符合需要的方案選擇。

進一步地，所述PCB基板3與所述金屬散熱器2之間，以及所述功率半導體器件1與所述金屬散熱器2之間分別通過焊錫4固定。實際操作中，可采用注入焊錫的方式注入到需要固定的兩個面之間，這樣可以保證散熱面積的最大化，提高散熱效果。

所述銅排201與所述銅塊202之間通過焊錫4固定，也可采用注入焊錫的方式注入到需要固定的兩個面之間，這樣可以保證散熱面積的最大化，提高散熱效果。優選地，為了提高散熱效果，減少焊接步驟，所述銅排201與所述銅塊202為一體結構。

本發明中的PCB基板選用普通的PCB基板，如FR4材質的PCB基板，將銅排、器件和普通的PCB基板設計為一體結構，首先將銅排焊接在PCB上，然后將功率半導體器件的散熱面焊接在銅排上，同時它的引腳焊接在PCB上。這樣在有效實現散熱的前提下，可以替代使用鋁PCB基板，以降低成本，而且還可以在一塊普通PCB上安裝包括功率半導體器件和控制電路元件在內的所有器件。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。