免螺钉紧固型功率模块的制作方法

本发明涉及一种免螺钉紧固型功率模块，属于半导体技术领域。

背景技术：

半导体功率模块主要包括底板、覆金属陶瓷基板、半导体芯片、电极端子和壳体。通常功率模块里有数个功率半导体芯片，如MOSFET或IGBT芯片以及二极管芯片被集成并被焊接于或被粘贴于覆金属陶瓷基板的金属层上，同时电极端子也焊接在覆金属陶瓷基板的金属层上并穿出壳体与外部设备连接，实现功率模块的输入和输出，覆金属陶瓷基板再焊接在铜底板上。在半导体功率模块在工作过程中，半导体芯片所产生的热量能通过铜底板迅速吸收。由于铜底板与铝材相比比热小，热逃逸速度较慢，不能及时将模块内的热量散出，故需将功率模块底部安装在散热器上进行散热。

覆金属陶瓷基板是将金属箔在高温下直接键合到氧化铝(AL2Q3)陶瓷基片或氮化铝(ALN)陶瓷基片双面上的特殊工艺板，使覆金属陶瓷基板在保证良好导热性能的同时还提供了相对于功率模块底板的电气绝缘，由于功率电子器件需要在-40℃至125℃的温度循环环境下进行工作，因此目前覆金属陶瓷基板的热量是依靠与其连接的铜底板以及固定在铜底板下部的散热器进行散热。随着大功率电力电子技术的发展，覆金属陶瓷基板已作为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料，而单一互连功能已经不能满足日益发展的电力电子技术。见图1所示，现有的功率模块3在底板4上的设有安装孔，通过螺钉2将底板4安装在散热器1上。但随着技术的发展，后续模块的安装空间小、配合使用的模块封装形式多样、数量多，使得功率模块的密度逐渐在增加，这也对功率模块的外部散热提出了较高的要求。但现有功率模块都需要通过紧固件安装在散热器上，不可避免需要浪费一些宝贵的空间，也且也加大了铜底板与散热器之间的热阻。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构合理、功率模块无需紧固件就能安装散热器上，能充分利用安装空间，通用性好，并能提高散热效果的免螺钉紧固型功率模块。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种免螺钉紧固型功率模块，包括功率模块和散热器，其特征在于：所述的散热器的上部设有带两凸肩的至少一个槽口，所述的功率模块在其底板下部设有用于设置在散热器的槽口内的T形块以及中间块，底板上的T形块和中间块设置在散热器的槽口内，且槽口与T形块之间具有冷却液通过的腔体，至少两个弹性压簧的安装在在中间块的两侧，且各弹性压簧弹性压紧在槽口各自对应的凸肩底部，所述的槽口在凸肩顶部通过密封条与底板密封相接，槽口在凸肩的槽壁上通过密封条与T形块的两侧密封相接，且散热器在槽口的两端安装有密封端板，设置在密封端板上的至少一个接头与各自的槽口相通。

其中：所述在散热器在槽口底部设有凸筋，所述的槽口为梯形，T形块的T形头及中间块也呈梯形，T形块的T形头或/和中间块支承在凸筋上，T形头与槽口之间具有冷却液通过的腔体。

所述在散热器上的槽口沿散热器的横向或长度方向设置，底板上的T形块与散热器上的槽口对应设置，密封端板安装在散热器的横向两端面或纵向两端面。

所述底板上的T形块间隔设有两个以上的缺口，至少两个中间块通过紧固件安装在底板对应的缺口上，且中间块的上部设有用安装弹性压簧的卡座，所述的卡座位于中部或位于中间块的两端，弹性压簧的两端插接或卡接在两两中间块的卡座上。

所述底板上的T形块间隔设有两个以上的缺口，至少两个中间块通过紧固件安装在底板对应的缺口上，且中间块的上部设有用安装弹性压簧的卡座，所述的卡座位于中间块的两端，弹性压簧的两端插接或卡接在各自对应的中间块的卡座上。

所述在散热器顶部还安装有上密封板，且上密封板与密封端板和底板密封连接。

所述散热器安装有两个以上的功率模块，且散热器在相邻两功率模块之间还安装有上密封板。

本发明在散热器上部设有至少槽口，而底板上设有T形块和中间块，将T形块和中间块设置在散热器的槽口内，并通过连接在中间块上的弹性压簧，使底板与散热器能可靠连接，因此能省去了螺钉安装结构需要的空间，提高功率模块的安装密度，能满足后续模块的安装。本发明底板采用了T形块结构，在相同的安装面积下，提高了底板的散热面积，故能提高其散热效率。本发明将散热器的槽口与底板上的T形块及中间块之间腔体形成流体通的流道，因此能通过引入外部的流体对散热器及底板进行散热，而底板上的T形块结构，在不增加垂直热阻的情况下，增加了底板的热容，当外部循环水流进入空腔内而对底板进行强制快速冷却，能提高散热效率。本发明仅在散热器上开有槽口，并通过底板上的T形块和中间块，不仅能方便将T形块和中间块安装在散热器的槽口内，而且也增加了功率模块的通用性。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述。

图1是现有功率模块的结构示意图。

图2是本发明免螺钉紧固型功率模块结构示意图。

图3是本发明免螺钉紧固型功率模块拆下其中一个功率模块的结构示意图。

图4是本发明免螺钉紧固型功率模块拆下散热器的爆炸结构示意图。

图5是本发明免螺钉紧固型功率模块纵向结构示意图。

图6是本发明免螺钉紧固型功率模块横向截面结构示意图。

图7是图5的I处放大结构示意图。

其中：1—散热器，1-1—槽口，1-2—凸肩，1-3—凸筋，2—螺钉，3—功率模块，4—底板，4-1—T形块，4-2—缺口，5—密封端板，5-1—接头，6—上密封板，7—密封条，8—中间块，8-1—卡座，9—紧固件，10—弹性压簧，

具体实施方式

见图2～7所示，本发明的免螺钉紧固型功率模块，包括功率模块3和散热器1，该功率模块3可为现有各种结构的功率模块，功率模块3将各器件及电极端子固定在覆金属陶瓷基板上实现电路连接，并与外部电源及设备的连接以及驱动信号的输出/输入。功率模块3底部的底板4则与散热器1连接，该底板4可采用铜底板或铝底板或其它导热性的材料制成的底板，通过底板4将功率模块3工作时所产生的热量通过散热器1强制散出。

见图2～7所示，本发明散热器1的上部设有带两凸肩1-2的至少一个槽口1-1，该槽口1-1即可作为安装底板4的限位槽，又可作为冷却液通过的流道，该槽口1-1上部的凸肩1-2能防止底板4上的T形块4-1脱离散热器1，而且通过弹性压簧10顶在凸肩1-2上，使底板4与散热器1压接而能连接，免除了螺钉将底板4安装在散热器1上。本发明还可在如图4所示，散热器1上设有两条槽口1-1，还可以在散热器1上设有多个用于安装底板4上的T形块4-1的槽口1-1。

见图2～7所示，本发明的功率模块3在其底板4下部设有用于设置在散热器1的槽口1-1内的T形块4-1以及中间块8，底板4上的T形块4-1和中间块8设置在散热器1的槽口1-1内，且槽口1-1与T形块4-1和中间块8之间具有冷却液通过的腔体，既方便将底板4安装在散热器1上，又能通过T形块4-1来增加底板4的散热面积，通过流过腔体内的冷却液，将热量迅速导出，而能达到最佳的散热效率。

见图4～7所示，本发明至少两个弹性压簧10安装在中间块8的两侧，且各弹性压簧10弹性压紧在槽口1-1各自对应凸肩1-2底部，弹性压簧10通过其两端或中部压接在凸肩1-2上，通过弹性压簧10的弹力将底板4与散热器1的可靠连接，能最大限度的利用空间，而满足功率模块的密度逐渐增加，并能实现较好的散热效果。见图3、5～7所示，本发明槽口1-1在凸肩1-2顶部通过密封条7与底板4密封相接，槽口1-1在凸肩1-2的槽壁上通过密封条7与T形块4-1的两侧密封相接，且散热器1在槽口1-1的两端安装有密封端板5，设置在密封端板5上的接头5-1与各自的槽口1-1相通，通过密封端板5上的各接头5-1与进出水管连接，将外部的冷却液引入槽口内，并通过控制冷却液的流速和压力来方便调节所需的冷却要求。

见图2～7所示，本发明散热器1在槽口1-1底部设有凸筋1-3，槽口1-1为梯形，T形块4-1的T形头和中间块8也呈梯形，T形块4-1的T形头或/和中间块8支承在凸筋1-3上，T形头与槽口1-1之间具有冷却液通过的腔体,既方便将T形块4-1和中间块8安装在槽口1-1内，又方便冷却液通过腔体而将热量导出。

见图2、3所示，本发明的散热器1上的槽口1-1沿散热器1的长度方向设置，该槽口1-1沿散热器1的横向设置，底板4上的T形块4-1与散热器1上的槽口1-1对应设置，密封端板5安装在散热器1的横向两端面或纵向两端面，对槽口1-1进行密封。

见图4～7所示，本发明底板4上的T形块4-1间隔设有两个以上的缺口4-2，至少两个中间块8通过紧固件9安装在底板4对应的缺口4-2上，且中间块8的上部设有用安装弹性压簧10的卡座8-1，该卡座8-1位于中部或位于中间块8的两端，弹性压簧10 的两端插接或卡接在两两中间块8的卡座8-1上。

本发明的底板4上的T形块4-1间隔设有两个以上的缺口4-2，至少两个中间块8通过紧固件9安装在底板4对应的缺口4-2上，且中间块8的上部设有用安装弹性压簧10的卡座8-1，该卡座8-1位于中间块8的两端，弹性压簧10的两端插接或卡接在各自对应中间块8的卡座8-1上，通过多个弹性压簧10将其压力均匀布设置在底板4和散热器1之间。

见图2、3所示，本发明散热器1顶部还安装有上密封板6，且上密封板6与密封端板5和底板4密封连接，本发明在散热器1上安装有两个以上的功率模块3，且散热器1在相邻两功率模块3之间还安装有上密封板6，通过上密封板6以及功率模块3及密封端板5实现对散热器1上的槽口1-1的密封。