專利名稱：混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車用高溫逆變器。特別是涉及一種可以在超過175°C的結(jié)點溫度 下可靠工作，去除第二套冷卻循環(huán)系統(tǒng)，降低混合動力汽車的制造成本和維護成本的混 合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器。
背景技術(shù)：
目前的混合動力汽車逆變器的結(jié)點溫度要求不得高于150°(]，通常使用125°(:作為結(jié)點
溫度，而混合動力汽車大功率逆變器中的電流可高達上百安培，必會產(chǎn)生大量的熱量，
因此，必須在傳統(tǒng)汽車中的環(huán)路液體冷卻系統(tǒng)(散熱器內(nèi)介質(zhì)溫度高達105 。C)的基礎(chǔ) 上，在額外增加一套冷卻循環(huán)系統(tǒng)，必然增加混合動力車的制造成本和長期的維修保養(yǎng) 成本。因此，混合動力汽車的發(fā)展急需一種新的汽車逆變器，使其可以在更高的溫度(175 。C)下長期可靠的工作，從而去除第二套冷卻循環(huán)系統(tǒng)，降低混合動力汽車的制造成本。 顯然，要求逆變器在175°C以上的結(jié)點溫度下可靠工作，逆變器的整個封裝系統(tǒng)必 須具有高的高溫性能，并且要求能夠?qū)⑿酒a(chǎn)生的熱量迅速疏導(dǎo)出去。當前汽車逆變器
的封裝模塊中的高壓電極是用金屬絲鍵合方法，因此熱量只能從模塊的單側(cè)被導(dǎo)走，嚴 重限制了模塊的熱性能。近些年來，已經(jīng)發(fā)展了幾種不采用線連接而能提供雙面冷卻能 力的封裝技術(shù)。International Rectifier Corp. (IR)用一個固體銅片代替連接電源與 引線框的引線框式鍵合。Vishay Siliconix公司發(fā)明了一種功率連接的專利技術(shù)，來代 替功率M0SFETs中傳統(tǒng)的引線鍵合技術(shù)(用金屬線將銅引線框與芯片直接連接)。通用 電氣公司(GE)的研究者發(fā)明了用于封裝功率器件的薄膜功率搭接技術(shù)，他們薄膜沉積 后進行電鍍來進行芯片連接。Liang等人提出了與GE的功率搭接技術(shù)相似的嵌入式功率 技術(shù)。我們也曾提出了具有雙面冷卻能力的三維封裝技術(shù)，如倒裝焊、球柵陣列和旋渦 陣列連接技術(shù)。但是，上述的封裝技術(shù)均是使用釬料合金來進行功率芯片的連接，而釬 料合金的高溫性能限制了這些功率模塊在高溫下的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于新型無鉛界面連接材料的低溫?zé)Y(jié)技 術(shù)，具有雙面冷卻能力和優(yōu)良耐高溫性能，可以在超過175°C的結(jié)點溫度下可靠工作， 從而去除第二套冷卻循環(huán)系統(tǒng)，降低混合動力汽車的制造成本和維護成本的混合動力汽 車雙面冷卻平面高溫逆變器。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器，包括有
主動開關(guān)芯片和二極管芯片，所述的主動開關(guān)芯片和二極管芯片并排設(shè)置于上層覆銅陶
3瓷基板和下層覆銅陶瓷基板之間，所述的主動開關(guān)芯片和二極管芯片與上層覆銅陶瓷基 板及下層覆銅陶瓷基板之間的界面通過燒結(jié)銀接頭而連接，所述的主動開關(guān)芯片、二極 管芯片、上層覆銅陶瓷基板和下層覆銅陶瓷基板之間的間隙填充有密封材料。
在所述的主動開關(guān)芯片和二極管芯片兩者中相對薄的芯片下面設(shè)置金屬墊片，使主 動開關(guān)芯片和二極管芯片兩者高度相等。
所述的上層覆銅陶瓷基板和下層覆銅陶瓷基板均是表面鍍鎳/銀的覆銅陶瓷基板。
所述的燒結(jié)銀接頭是采用納米銀膏在空氣中，無壓力或低壓力下實現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)，獲 得的高密度的銀燒結(jié)薄膜。
所述的密封材料為絕緣材料。
本發(fā)明的混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器，在這種新型的混合動力汽車大功 率逆變器中，由于采用了具有雙面冷卻能力的平面功率模塊設(shè)計，并且界面連接材料為 具有優(yōu)良導(dǎo)熱性能的高密度銀燒結(jié)薄膜，因此逆變器具有優(yōu)異的散熱能力；并且銀的熔 點很高，因此逆變器可在更高的結(jié)點溫度下工作；又由于銀燒結(jié)薄膜具有較低的彈性模 量，這有利于降低熱循環(huán)下的熱應(yīng)力導(dǎo)致的疲勞失效，從而提高模塊的可靠性。而且， 納米銀膏是無鉛材料。因此，本發(fā)明可降低混合動力汽車的制造和維護成本，具有無鉛 化，節(jié)能降耗且環(huán)保的特點，降低汽油等能源消耗，降低二氧化碳的排放，促進汽車工 業(yè)無鉛化的發(fā)展。


圖i是本^:'明的整體結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是圖i所構(gòu)成的電路原理圖
其中
1:主動開關(guān)芯片 3:上層覆銅陶瓷基板 5:燒結(jié)銀接頭 7:金屬墊片
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器做出詳細 說明。
如圖1所示，本發(fā)明的混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器，包括有主動開關(guān)芯
片1和二極管芯片2，所述的主動開關(guān)芯片1和二極管芯片2并排設(shè)置于上層覆銅陶瓷基 板3和下層覆銅陶瓷基板4之間，所述的主動開關(guān)芯片1和二極管芯片2與上層覆銅陶 瓷基板3及下層覆銅陶瓷基板4之間的界面通過燒結(jié)銀接頭5而連接，所述的主動開關(guān) 芯片l、 二極管芯片2、上層覆銅陶瓷基板3和下層覆銅陶瓷基板4之間的間隙填充有密
2: 二極管芯片
4:下層覆銅陶瓷基板
6:密封材料封材料6。所述的上層覆銅陶瓷基板3和下層覆銅陶瓷基板4均是表面鍍鎳/銀的覆銅陶
瓷基板。
所述的燒結(jié)銀接頭5是采用納米銀膏在空氣中，無壓力或低壓力下實現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)， 獲得的高密度的銀燒結(jié)薄膜。
所述的密封材料6為絕緣材料。
在所述的主動開關(guān)芯片1和二極管芯片2兩者的厚度不同，可在相對薄的芯片下面 設(shè)置金屬墊片7，使主動開關(guān)芯片1和二極管芯片2兩者高度相等，來確保所有接線端子 的連接性。所述的金屬墊片7可以采用銅片或其它的金屬薄片。
圖2所示，本實施例所述的主動開關(guān)芯片1是由兩個相同的Si模塊或SiC模塊的絕 緣柵雙極型晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管T1、 T2構(gòu)成(即Si-IGBT，全硅模塊 的絕緣柵雙極型晶體管；SiC IGBT，碳化硅模塊的絕緣柵雙極型晶體管；Si-M0SFET， 全硅的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管；SiC-MOSFET，碳化硅的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)， 所述的兩個相同的Si模塊或SiC模塊的絕緣柵雙極型晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng) 管Tl、 T2中一個管Tl/T2的發(fā)射極或源極與另一個管T2/T1的控制極或漏極相連構(gòu)成， 而兩個管T1、T2中沒有相連的控制極或漏極構(gòu)成正電源端，發(fā)射極或源極構(gòu)成負電源端， 輸出端C位移兩個絕緣柵雙極型晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管之間。
所述的二極管芯片2是兩個相同的Si或SiC 二極管Dl、 D2，所述的兩個二極管Dl、 D2分別各連接在一個絕緣柵雙極型晶體管或半導(dǎo)體場效應(yīng)管Tl/T2的漏極與源極之間共 同構(gòu)成推拉輸出電路。
本發(fā)明的混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器，.可通過芯片的兩個側(cè)面同時向外 傳導(dǎo)熱量，幫助降低熱膨脹系數(shù)的不匹配引起的熱-機械應(yīng)力，使功率模塊可以在超過175 。C的結(jié)點溫度下可靠工作。本發(fā)明可降低混合動力汽車的制造和維護成本，對促進費用 低廉、節(jié)能降耗且環(huán)保的混合動力汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，降低汽油等能源消耗，降低二氧化 碳的排放等方面具有重大的意義。
權(quán)利要求
1.一種混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器，包括有主動開關(guān)芯片(1)和二極管芯片(2)，其特征在于，所述的主動開關(guān)芯片(1)和二極管芯片(2)并排設(shè)置于上層覆銅陶瓷基板(3)和下層覆銅陶瓷基板(4)之間，所述的主動開關(guān)芯片(1)和二極管芯片(2)與上層覆銅陶瓷基板(3)及下層覆銅陶瓷基板(4)之間的界面通過燒結(jié)銀接頭(5)而連接，所述的主動開關(guān)芯片(1)、二極管芯片(2)、上層覆銅陶瓷基板(3)和下層覆銅陶瓷基板(4)之間的間隙填充有密封材料(6)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器，其特征在于，在 所述的主動開關(guān)芯片(1)和二極管芯片(2)兩者中相對薄的芯片下面設(shè)置金屬墊片(7)， 使主動開關(guān)芯片(1)和二極管芯片(2)兩者高度相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器，其特征在于，所 述的上層覆銅陶瓷基板(3)和下層覆銅陶瓷基板(4)均是表面鍍鎳/銀的覆銅陶瓷基板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器，其特征在于，所 述的燒結(jié)銀接頭(5)是采用納米銀膏在空氣中，無壓力或低壓力下實現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)，獲得 的高密度的銀燒結(jié)薄膜。 一
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器，其特征在于，所 述的密封材料(6)為絕緣材料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種混合動力汽車雙面冷卻平面高溫逆變器，有主動開關(guān)芯片和二極管芯片，主動開關(guān)芯片和二極管芯片并排設(shè)置于上層覆銅陶瓷基板和下層覆銅陶瓷基板之間，主動開關(guān)芯片和二極管芯片與上層覆銅陶瓷基板及下層覆銅陶瓷基板之間的界面通過燒結(jié)銀接頭而連接，主動開關(guān)芯片、二極管芯片、上層覆銅陶瓷基板和下層覆銅陶瓷基板之間的間隙填充有密封材料。在主動開關(guān)芯片和二極管芯片兩者中相對薄的芯片下面設(shè)置金屬墊片，使主動開關(guān)芯片和二極管芯片兩者高度相等。本發(fā)明具有優(yōu)異的散熱能力；可在更高的結(jié)點溫度下工作；模塊的可靠性高；可降低混合動力汽車的制造和維護成本，具有無鉛化，節(jié)能降耗且環(huán)保的特點，降低汽油等能源消耗，降低二氧化碳的排放。
文檔編號H05K7/20GK101594067SQ200910069440
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者徐連勇, 荊洪陽, 陸國權(quán) 申請人:天津大學(xué)