СИЛОВОЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к электронной технике и может быть использована в мощной электронной технике, а именно к охлаждению мощных полупроводниковых приборов.
Известен мощный полупроводниковый прибор (см. патент РФ №2407106, МПК H01L 29/68, приоритет 03.08.2009, опубл. 20.12.2010). Мощный полупроводниковый прибор, содержащий полупроводниковый кристалл, на одной стороне которого выполнен, по меньшей мере, один мощный схемный элемент, а противоположной стороной полупроводниковый кристалл расположен соосно на металлизированном, по меньшей мере, с двух противоположных сторон теплоотводящем основании, выполненном из высокотеплопроводящего материала, и соединен с ним слоем припоя. Часть поверхности металлизированного теплоотводящего основания, на которой расположен полупроводниковый кристалл, выполнена выпуклой либо вогнутой формы, при этом упомянутая форма части поверхности металлизированного теплоотводящего основания выполнена соосно и симметрично относительно центральной оси полупроводникового кристалла, форму выпуклости либо вогнутости и соответственно величину выпуклости либо вогнутости части поверхности металлизированного теплоотводящего основания между ее центром и краем определяют из заявленного соотношения.
Недостатком известного устройства является то, что выполнение заданной выпуклой либо вогнутой формы и величины теплоотводящего основания изготовленного из алмаза весьма трудоемкий и технологически сложный процесс.
Известен силовой модуль (см. патент РФ на полезную модель №1536327, МПК H01L 25/00, приоритет 12.01.2015, опубл. 27.07.2015), Силовой модуль содержит основание, выводы, корпус, плату с закрепленным на ней полупроводниковым элементом. Основание модуля выполнено по алюмооксидной технологии и включает слой алюминия и слой оксида алюминия с металлическими проводниками, образующими печатную плату, при этом корпус выполнен из металла, допускающего пайку, или покрыт материалом, допускающим пайку, полупроводниковые и другие элементы электрической схемы прикреплены пайкой к металлическим проводникам платы, и соединены с образованием электрической схемы силового модуля, причем на поверхность основания, соединяемую с корпусом, также нанесен металлический проводник, корпус соединен с основанием пайкой, а выводы изолированы от металлических частей конструкции втулками.
Недостатком известного силового модуля является использование в качестве изолирующего и теплоотводящего слоя оксида алюминия характеризующегося низкой теплопроводностью (25-30 Вт/м·К), что ведет к снижению эффективности отвода тепла и, как следствие, снижению надежности и выходной мощности силового модуля.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и мощности силового модуля за счет повышения эффективности отвода тепла, а так же снижение массогабаритных характеристик модуля.
Указанный технический результат достигается заявленным силовым модулем, содержащим основание, корпус, выводы, силовые полупроводниковые приборы, причем силовые полупроводниковые приборы прикреплены методом низкотемпературного спекания металлических нанопорошков к основанию модуля через теплопроводящие пластины из поликристаллического алмаза и соединены с образованием электрической схемы силового модуля, при этом поликристаллические алмазные пластины являются изолирующим теплоотводом между силовыми полупроводниковыми приборами и основанием силового модуля.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематически представлена структура силового модуля. Силовой модуль состоит из основания 1, корпуса 2, теплоотводящих изолирующих пластин 3, силовых полупроводниковых приборов 4, выводов 5.
Основополагающим элементом заявляемого силового модуля являются изолирующие теплоотводящие пластины из поликристаллического алмаза.
Среди теплопроводящих изолирующих материалов
поликристаллический CVD-алмаз является наиболее перспективным материалом, поскольку теплопроводность поликристаллического алмаза (~1000 Вт/м·К) значительно выше теплопроводности иных используемых на сегодня материалов. Применение теплопроводящих изолирующих пластин из поликристаллического алмаза позволяет увеличить эффективность отвода тепла и значительно повысить надежность и мощность силового модуля, а так же снизить массогабаритные характеристики.
Изготовление пластин из поликристаллического алмаза включает в себя: подготовку кремниевой подложки, выращивание на ней алмазной пластины из смеси метана и водорода CVD методом и отделение ее от подложки. Далее алмазные пластины подвергаются термохимической шлифовке и многослойной металлизации последовательными слоями никеля, титана, серебра. Сторона пластины 3, обращенная к основанию модуля 1 металлизируется по всей поверхности, а сторона, обращенная к полупроводниковому прибору 4 только в пределах размера проекции полупроводникового прибора на пластину 3.
Затем элементы модуля: основание 1, металлизированные алмазные пластины 4, силовые шины 5 и силовые полупроводниковые приборы 4 соединяются методом низкотемпературного спекания. Ширина токоведущей шины под силовым полупроводниковым прибором в точности соответствует его размерам.
Для спекания используется нанопорошок серебра со средней величиной фракции ~20 нм. Для низкотемпературного спекания нанопорошковое серебро используется в виде суспензии, которая получается в виде гомогенной смеси нанопорошка серебра в толуоле.
Для реализации процессов спекания обеспечивается плавный нагрев всех соединяемых элементов в инертной среде. Кроме того, при спекании все элементы прижаты друг к другу с заданным усилием.
На завершающей стадии изготовления силового модуля производится корпусирование.
Таким образом, использование заявленной полезной модели позволяет повысить надежность и мощность силового модуля за счет повышения эффективности отвода тепла от силовых элементов, а так же снизить массогабаритные характеристики модуля.