CN106558560A - 功率模块和具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率模块和具有其的车辆，其中功率模块包括：壳体，壳体内限定有容纳腔，容纳腔内充设有绝缘材料；功率芯片、相对设置的第一散热基板和第二散热基板，功率芯片和第一散热基板和第二散热基板均位于容纳腔内且被绝缘材料包覆，第一散热基板和第二散热基板分别设在功率芯片的上下表面上，第二散热基板上引出有集电极，第一散热基板上引出有发射极，功率芯片上引出有门极。根据本发明实施例的功率模块，功率芯片的上下表面可以实现同时散热，大大地增强了功率模块的散热能力，从而提高了功率模块的可靠性，而通过在壳体内设置绝缘材料，可以起到了电气绝缘的作用，使壳体内的各器件不受干扰、保证各自独立的电气特性。

Description

功率模块和具有其的车辆

技术领域

本发明涉及电子制造领域，更具体地，涉及一种功率模块和具有其的车辆。

背景技术

伴随国家节能减排的号召、纯电动汽车、混合动力汽车的发展迅速，电动汽车用大功率IGBT模块被广泛应用。随着半导体技术的发展及产品成本降低的要求，芯片的功率密度要求越来越大，而模块的体积要求越来越小，由于汽车用大功率IGBT模块在工作中会产作较多热量，功率芯片的结温上升。相关技术中的功率模块普遍采用单面散热的方式，如在IGBT模块的基板涂导热硅脂，安装到散热器上，并且采用金属键合线连接的方式，当模块长期工作于高温条件下时，会导致键合线脱落，模块失效。可见，单面冷却方式不能使功率模块及时散热，会大大地影响功率模块的性能，缩短模块的使用寿命，甚至发生模块烧毁，因此，人们对功率模块的散热提出了更高的要求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种功率模块，该功率模块的结构简单、散热性能好、可靠性高。

本发明还提出一种具有上述功率模块的车辆。

根据本发明第一方面实施例的功率模块，包括：壳体，所述壳体内限定有容纳腔，所述容纳腔内充设有绝缘材料；功率芯片、相对设置的第一散热基板和第二散热基板，所述功率芯片和所述第一散热基板和第二散热基板均位于所述容纳腔内被所述绝缘材料包覆，所述第一散热基板和第二散热基板分别设在所述功率芯片的上下表面上，所述第二散热基板上引出有集电极，所述第一散热基板上引出有发射极，所述功率芯片上引出有门极。

根据本发明实施例的功率模块，通过在功率芯片的上下表面上分别设置第一散热基板和第二散热基板，使功率芯片的上下表面可以实现同时散热，大大地增强了功率模块的散热能力，从而提高了功率模块的可靠性，延长了功率模块的使用寿命，而通过在壳体内设置绝缘材料，并使绝缘材料包覆功率芯片、第一散热基板和第二散热基板，可以起到了电气绝缘的作用，使壳体内的各器件不受干扰、保证各自独立的电气特性。

根据本发明第二方面实施例的车辆，包括根据上述实施例所述的功率模块。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的功率模块的结构示意图；

图2是根据本发明又一个实施例的功率模块的结构示意图。

附图标记：

功率模块100；

壳体10；容纳腔11；入口12；出口13；

功率芯片20；门极21；焊料22；

第一散热基板30；发射极31；散热部32(42)；散热齿321(421)；

第二散热基板40；集电极41；

第一连接垫50；

支撑柱60。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面首先结合附图1和图2具体描述根据本发明第一方面实施例的功率模块100。

根据本发明实施例的功率模块100包括壳体10、功率芯片20、第一散热基板30和第二散热基板40。具体而言，壳体10内限定有容纳腔11，容纳腔11内充设有绝缘材料，从而起到电气绝缘的作用，功率芯片20、相对设置的第一散热基板30和第二散热基板40，功率芯片20和第一散热基板30和第二散热基板40均位于容纳腔11内且被绝缘材料包覆，第一散热基板30和第二散热基板40分别设在功率芯片20的上下表面上，第二散热基板40上引出有集电极41，第一散热基板30上引出有发射极31，功率芯片上引出有门极21。

具体地，如图1所示，功率模块100主要由壳体10、功率芯片20、第一散热基板30和第二散热基板40组成。其中，功率芯片20、第一散热基板30和第二散热基板40均沿水平方向(如图1所示的左右方向)延伸且布置在壳体10内，而第一散热基板30和第二散热基板40分别设在功率芯片20的上下两侧，可以理解的是，功率芯片20的上表面与第一散热基板30的下表面焊接相连，而功率芯片20的下表面与第二散热基板30的上表面焊接相连，即功率芯片20的上表面和下表面分别通过焊料22与第一散热基板30和第二散热基板40实现连接。

可选地，第一散热基板30和第二散热基板40的材料可以为铜、铝硅碳或铝，当然，本发明并不限于此，第一散热基板30和第二散热基板40须具有散热好、与功率芯片20以及其他电器件连接和导电性好等的特点。

其中，第二散热基板40上设有伸出壳体10外的集电极41，也就是说，集电极41通过第二散热基板40与功率芯片20的背面(如图1所示的下表面)实现电连接，而功率芯片20的正面(如图1所示的上表面)上设有伸出壳体10外的门极21，该门极21与功率芯片20的上表面实现电连接，第一散热基板30上设有伸出壳体10外的发射极31，发射极31也与功率芯片20的上表面电连接。

由此，根据本发明实施例的功率模块100，通过在功率芯片20的上下表面上分别设置第一散热基板30和第二散热基板40，使功率芯片20的上下表面可以实现同时散热，大大地增强了功率模块100的散热能力，从而提高了功率模块100的可靠性，延长了功率模块100的使用寿命，而通过在壳体10内设置绝缘材料，并使绝缘材料包覆功率芯片20、第一散热基板30和第二散热基板40，可以起到了电气绝缘的作用，使壳体10内的各器件不受干扰、保证各自独立的电气特性。

在本发明的一些具体实施方式中，第一散热基板30和第二散热基板40与功率芯片20相背的一侧分别设有散热部32(42)，具体地，如图2所示，第一散热基板30的上表面和第二散热基板40的下表面分别设有散热部32(42)，从而可以增大功率模块100的散热面积，使功率芯片20的上表面和下表面均得到散热，提高功率模块100的散热效率。而相关技术中的功率模块的功率芯片只能通过单面的散热基板实现散热，并且相关技术中的芯片上表面为硅凝胶，与金属材料相比导热率较低，使得功率芯片的散热性低、使用寿命短。

可选地，每个散热部32(42)形成为多个沿相应的第一散热基板30或第二散热基板40的长度方向布置的散热齿321(421)。也就是说，第一散热基板30的上表面上的散热部32和第二散热基板40的下表面上的散热部42均形成为多个散热齿321(421)，多个散热齿321(421)分别沿第一散热基板30和第二散热基板40的长度方向(如图2所示的左右方向)间隔开布置，由此，通过在第一散热基板30和第二散热基板40与功率芯片20相背的一侧分别设置多个散热齿321(421)，大大地增加了散热部32(42)与外界流体对流的散热面积，从而提高了功率模块100的散热能力，进一步提高了功率模块100的可靠性。

其中，根据本发明的一个实施例，绝缘材料为绝缘导热冷却液，壳体10内充满绝缘导热冷却液。这样，壳体10内的绝缘导热冷却液可以与第一散热基板30和第二散热基板40上的多个散热齿321(421)充分接触，增强多个散热齿321(421)与周围的绝缘导热冷却液的热交换，既起到电气绝缘的作用，又可以提高功率模块100的散热能力和可靠性。

进一步地，壳体10具有入口12和出口13，入口12和出口13分别与容纳腔11连通以构造出绝缘导热冷却液循环的流动通道(未示出)。具体地，如图1和图2所示，壳体10上具有相互连通的入口12和出口13，入口12和出口13分别设在壳体10的上部和下部且位于壳体10的左右两侧以增加绝缘导热冷却液在壳体10内的流动时间，保证功率芯片20、第一散热基板30、第二散热基板40与周围的绝缘导热冷却液进行充分的热交换。

可选地，壳体10内具有绝缘导热冷却液的流动通道，该流动通道可以是容纳腔11中除去第一散热基板30、第二散热基板40、功率芯片20以及其他器件的有效空间，也可以为在壳体10内另设的流体通道。通过在壳体10上设置入口12和出口13，使绝缘导热冷却液可以不断地从入口12流入流动通道内，绝缘导热冷却液经过与壳体10内的器件的热交换，带走热量并从出口13流出，如此循环，加强了绝缘导热冷却液与功率模块100的对流散热，从而延长了功率模块100的使用寿命。

具体地，绝缘导热冷却液在壳体10内循环流动，使壳体10内的各器件浸泡在绝缘导热冷却液中，此时，绝缘导热冷却液不仅可以与第一散热基板30和第二散热基板40上的散热部32(42)进行热交换，还可以直接与功率芯片20的上表面中没有焊接其他器件的位置进行热交换，当然绝缘导热冷却液在壳体10内循环流动，可以与壳体10内器件实现全方位的热交换，进一步地增加了功率模块100与绝缘导热冷却液对流的散热面积，从而提高了功率模块100的散热能力，进一步提高了功率模块100的可靠性。

优选地，根据本发明的一个实施例，绝缘导热冷却液为绝缘且导热的油液。例如，该绝缘导热冷却液可以为绝缘导热油、绝缘导热硅油或者绝缘导热变压器油等。由此，该绝缘导热冷却液不仅可以快速地与功率模块100进行热交换，提高功率模块100的散热性能，而且也不影响功率模块100的正常功能，其中，壳体10的制造材料为耐腐蚀性强、高绝缘性、耐高温的材料，从而提高功率模块100的壳体10的使用寿命。

在本发明的另一些具体实施方式中，功率模块100还包括连接在功率芯片20与第一散热基板30之间的第一连接垫50。

换言之，该实施例的功率模块100主要由壳体10、功率芯片20、第一散热基板30、第二散热基板40和第一连接垫50组成。其中，第一连接垫50设在功率芯片20与第一散热基板30之间，具体地，第一连接垫50的上表面和下表面分别通过焊料22与第一散热基板30和功率芯片20实现连接。可选地，第一连接垫50与门极21间隔开布置在功率芯片20的上表面，由于功率芯片20的上表面设有门极21，通过将第一连接垫50设在功率芯片20的上表面与第一散热基板30之间，可以保证功率芯片20与第一散热基板30的安全高度，避免门极21与其他器件发生干涉。可选地，第一连接垫50的材料为铜、钼或铜钼复合材料，由此，可以使第一散热基板30上的发射极31与功率芯片20实现电连接，保证功率芯片20的正常功能。

另外，功率模块100还包括支撑在第一散热基板30与第二散热基板40之间的支撑柱60。换言之，功率模块100主要由壳体10、功率芯片20、第一散热基板30、第二散热基板40、第一连接垫50和支撑柱60组成。其中，第一散热基板30、第一连接垫50、功率芯片20和第二散热基板40分别沿上下方向间隔开布置，并且第一散热基板30和第二散热基板40相互平行且相对设置，支撑柱60沿垂直于第一散热基板30的方向(如图2所示的上下方向)延伸且设在第一散热基板30和第二散热基板40之间，具体地，支撑柱60的上端与第一散热基板30的下表面相连，支撑柱60的下端与第二散热基板40的上表面相连，并且支撑柱60的长度等于第一散热基板30与第二散热基板40之间的距离。

由此，通过在第一散热基板30与第二散热基板40之间设置支撑柱60，可以避免第一散热基板30和第二散热基板40焊接时、发生倾斜，保证第一散热基板30与第二散热基板40焊接的水平度。可选地，支撑柱60为绝缘材料件，即该支撑柱60是由绝缘材料制造而成，可以避免支撑柱60对其它器件发生电连接干涉，保证了功率模块100的正常功能。

在本发明的另一些具体示例中，功率模块100主要由壳体10、功率芯片20、第一散热基板30、第二散热基板40、第一连接垫50、第二连接垫(未示出)和支撑柱60组成。其中，第一散热基板30和第二散热基板40分别设在功率芯片20的上下表面上，第一连接垫50设在第一散热基板30与功率芯片20的上表面之间，而第二连接垫设在第二散热基板40与功率芯片20的下表面之间，该结构的功率模块100既可以使第一散热基板30与第二散热基板40之间保证一定的安全高度，避免门极21损坏，又可以使发射极31与集电极41分别与功率芯片20实现电连接，保证功率模块100的性能。

可选地，第一散热基板30和第二散热基板40的材料均为铜、铝硅碳或铝等。这些材料制作成的散热基板具有散热性能好、与功率芯片20以及其他电器件连接可靠和导电性好的特点，有利于提高功率模块100的使用寿命。

根据本发明第二方面实施例的车辆(未示出)包括根据上述实施例的功率模块100，例如，当功率模块100应用在汽车上时，功率模块100可以分别与汽车的驱动电路和电机连接，由驱动电路驱动功率模块100工作，通过改变功率模块100的导通占空比、而改变电机的电流大小，进而改变电机的转速以及电机的输出功率。由于根据本发明实施例的功率模块100具有上述技术效果，因此，根据本申请实施例的车辆也具有上述技术效果，即该车辆的散热效果好，综合性能高。

根据本发明实施例的车辆的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种功率模块，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内限定有容纳腔，所述容纳腔内充设有绝缘材料；

功率芯片、相对设置的第一散热基板和第二散热基板，所述功率芯片和所述第一散热基板和第二散热基板均位于所述容纳腔内且被所述绝缘材料包覆，

所述第一散热基板和第二散热基板分别设在所述功率芯片的上下表面上，所述第二散热基板上引出有集电极，所述第一散热基板上引出有发射极，所述功率芯片上引出有门极。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一散热基板和第二散热基板相背的一侧分别设有散热部。

3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，每个所述散热部形成为多个沿相应的所述第一散热基板或第二散热基板的长度方向布置的散热齿。

4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述绝缘材料为绝缘导热冷却液，所述壳体内充满所述绝缘导热冷却液。

5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述壳体具有入口和出口，所述入口和出口分别与所述容纳腔连通以构造出所述绝缘导热冷却液循环的流动通道。

6.根据权利要求4或5所述的功率模块，其特征在于，所述绝缘导热冷却液为绝缘且导热的油液。

7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包括连接在所述功率芯片与所述第一散热基板之间的第一连接垫。

8.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包括支撑在所述第一散热基板与第二散热基板之间的支撑柱。

9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述支撑柱为绝缘材料件。

10.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一散热基板和第二散热基板的材料均为铜、铝硅碳或铝。

11.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，所述第一连接垫的材料为铜、钼或铜钼复合材料。

12.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-11中任一项所述的功率模块。