CN116075080A - 功率模块 - Google Patents

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潘益军
张迎倩
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Abstract

本发明提供一种功率模块，包括第一壳体、第二壳体、电路板组件及散热胶体。第二壳体闭合于第一壳体，而与第一壳体共同形成容置空间。电路板组件设置于容置空间内，且包括电路板本体、设置于电路板本体的多个功率组件及电性连接于电路板本体的多个电连接件，其中这些电连接件外露于第一壳体。散热胶体填充于容置空间内，并包覆电路板组件，而可具有良好的散热效果。

Description

功率模块
技术领域
本发明涉及一种功率模块，尤其涉及一种具有良好散热效率的功率模块。
背景技术
目前，在电动汽车、数据中心、人工智能和机器学习等的应用中，功率模块被要求需能够实现高性能的功率传输，且内部结构需要是紧密的配置，才能增加功率密度。这样的功率模块在运作时会产生高热，目前是设置多个散热鳍片搭配风扇以提升功率模块的散热效能。然而，散热鳍片与风扇相当占空间，使得功率模块难以满足紧密配置的需求。
发明内容
本发明提供一种功率模块，其可具有良好的散热效果。
本发明的一种功率模块，包括第一壳体、第二壳体、电路板组件及散热胶体。第二壳体闭合于第一壳体，而与第一壳体共同形成容置空间。电路板组件设置于容置空间内，且包括电路板本体、设置于电路板本体的多个功率组件及电性连接于电路板本体的多个电连接件，其中这些电连接件外露于第一壳体。散热胶体填充于容置空间内，并包覆电路板组件。
在本发明的一实施例中，上述的电路板本体包括相对的第一表面及第二表面，这些功率组件的部分设置于电路板本体的第一表面，这些功率组件的另一部分设置于电路板本体的第二表面。
在本发明的一实施例中，上述的电路板本体为绝缘金属基板(Insulated MetalSubstrate,IMS)，电路板本体包括依序堆栈的散热层、绝缘层及电路层，这些功率组件设置于电路层上。
在本发明的一实施例中，上述的散热层热耦合于第二壳体。
在本发明的一实施例中，上述的散热层的厚度大于绝缘层的厚度，且散热层的厚度大于电路层的厚度。
在本发明的一实施例中，上述的这些电连接件包括多个导电柱，电路板本体包括第一表面，这些功率组件的至少一部分设置于第一表面，第一壳体包括多个孔洞，这些导电柱凸出于第一表面，且穿过这些孔洞而凸出于第一壳体。
在本发明的一实施例中，上述的这些电连接件包括多个导电条，连接于电路板本体的侧缘，第一壳体包括多个侧壁及位于这些侧壁上的多个穿槽，这些导电条位于这些穿槽内且隔开于第一壳体。
在本发明的一实施例中，上述的各导电条的形状呈U型条状。
在本发明的一实施例中，上述的这些导电条齐平于或低于第一壳体在远离第二壳体的表面。
在本发明的一实施例中，上述的这些电连接件位于该些功率组件的外围。
在本发明的一实施例中，上述的这些功率组件包括电感器、晶体管、线圈式变压器或平面变压器。
在本发明的一实施例中，上述的第二壳体的导热系数大于等于第一壳体的导热系数，散热胶体热耦合于第二壳体。
在本发明的一实施例中，上述的第一壳体的材料包括金属或陶瓷材料。
在本发明的一实施例中，上述的第二壳体的材料包括铝或铜。
在本发明的一实施例中，上述的第一壳体为盒体，第二壳体为导热板体。
在本发明的一实施例中，上述的第一壳体为板体，第二壳体为导热盒体。
在本发明的一实施例中，上述的第二壳体的导热系数大于等于第一壳体的导热系数，且第二壳体的表面积大于第一壳体的表面积。
在本发明的一实施例中，上述的功率模块内无散热鳍片。
在本发明的一实施例中，上述的散热胶体直接接触第一壳体与第二壳体。
在本发明的一实施例中，上述的散热胶体直接接触这些功率组件。
基于上述，本发明的功率模块的第二壳体闭合于第一壳体，而与第一壳体共同形成容置空间。电路板组件设置于容置空间内，且包括多个功率组件。散热胶体填充于容置空间内，并包覆电路板组件。本发明的功率模块通过上述设计，填充于容置空间内散热胶体可有效将电路板组件所产生的高热传递至壳体，以提升散热效率。相较于现有的结构需要使用散热鳍片来降温，而占用较大的空间，本发明的功率模块可具有较小的体积且较紧密的组件配置，进而达到高功率密度的效果。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种功率模块的外观示意图；
图2是图1的功率模块的透视示意图；
图3是图1的功率模块的第一壳体上移的示意图；
图4是图1的功率模块的电路板组件的侧视示意图；
图5是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的电路板组件的侧视示意图；
图6是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的示意图；
图7是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的示意图；
图8是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的示意图；
图9是图8的功率模块的透视示意图；
图10是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的透视示意图；
图11是图10的功率模块的第一壳体上移的示意图；
图12是图10的功率模块的电路板组件的侧视示意图；
图13是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的电路板组件的侧视示意图；
图14是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的示意图；
图15是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的示意图。
附图标记说明
100、100b、100c、100d、100e、100g、100h：功率模块；
110、110b、110d：第一壳体；
112：孔洞；
113、113d：板体；
114、114d：侧壁；
116：穿槽；
117：凹孔；
120、120b：第二壳体；
125：容置空间；
130、130a、130e、130f：电路板组件；
131、131a：电路板本体；
132：第一表面；
133：第二表面；
134：散热层；
135：绝缘层；
136：电路层；
137：侧缘；
140、141、142、143、144：功率组件；
150、150d：电连接件；
152：导电柱；
154：导电条；
160：散热胶体。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1是依照本发明的一实施例的一种功率模块的外观示意图。图2是图1的功率模块的透视示意图。图3是图1的功率模块的第一壳体上移的示意图。请参阅图1至图3，本实施例的功率模块100包括第一壳体110、第二壳体120、电路板组件130(图2)及散热胶体160(图2)。
第二壳体120闭合于第一壳体110，而与第一壳体110共同形成容置空间125(图2)。如图3所示，在本实施例中，第一壳体110为盒体，第二壳体120为导热板体113，但第一壳体110与第二壳体120的形状不以此为限制。此外，在本实施例中，第二壳体120的导热系数大于等于第一壳体110的导热系数。第一壳体110的材料例如是金属或陶瓷材料，第二壳体120的材料例如是铝或铜等高导热材料，但第一壳体110与第二壳体120的材料不以此为限制。
如图2所示，电路板组件130设置于容置空间125内。电路板组件130包括电路板本体131、设置于电路板本体131的多个功率组件140、141、142及电性连接于电路板本体131的多个电连接件150。在本实施例中，这些功率组件140、141、142包括变压器(例如是功率组件140)、电感器(例如是功率组件141)及晶体管(例如是图4的功率组件142)。当然，功率组件140、141、142的种类不以此为限制。
图4是图1的功率模块100的电路板组件130的侧视示意图。请参阅图4，在本实施例中，电路板本体131为多层电路板。电路板本体131包括相对的第一表面132及第二表面133，这些功率组件140、141设置于电路板本体131的第一表面132，这些功率组件142设置于电路板本体131的第二表面133。
请回到图2，这些电连接件150位于这些功率组件140、141的外围。这些电连接件150电性连接于电路板本体131，且外露于第一壳体110。具体地说，在本实施例中，这些电连接件150包括多个导电柱152，第一壳体110包括多个孔洞112，这些导电柱152凸出于电路板本体131的第一表面132，且穿过第一壳体110的这些孔洞112而凸出于第一壳体110。因此，功率模块100的电路板组件130可通过这些导电柱152在凸出于第一壳体110的部位连接至外部主板(未示出)。
此外，散热胶体160填充于容置空间125内，并包覆电路板组件130。在本实施例中，散热胶体160包覆这些功率组件140、141、142，且填充于电路板本体131与第一壳体110之间的空间以及电路板本体131与第二壳体120之间的空间。换句话说，散热胶体160热耦合于电路板组件130、第一壳体110及第二壳体120。在本实施例中，散热胶体160直接接触第一壳体110、第二壳体120及功率组件140、141、142。
因此，当功率模块100运作时，这些功率组件140、141、142所产生的高热可以通过散热胶体160传导至第一壳体110与第二壳体120，以提升散热效率。功率模块100后续可连接至水冷器(未示出)，以使传导至第一壳体110与第二壳体120的热能可以被水冷器带走，而使功率模块100降温。
在一实施例中，由于功率模块100通过凸出于第一壳体110的电连接件150连接至主板，水冷器会配置在第二壳体120在远离于第一壳体110的表面上，但水冷器的位置不以此为限制。
值得一提的是，由图2可见，在本实施例中，功率模块100内无设置散热鳍片。相较于现有的结构需要使用散热鳍片来降温，而占用较大的空间，本实施例的功率模块100可具有较小的体积且较紧密的组件配置。因此，本实施例的功率模块100的功率密度可得到显著提升。
在一实施例中，功率模块100的长、宽、高尺寸可为200毫米、100毫米、57毫米。在另一实施例中，功率模块100的长、宽、高尺寸可为120毫米、60毫米、35毫米。功率模块100在这样的小尺寸下可实现高电流传输，最高可达1000安培，而具有好的表现。
图5是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的电路板组件的侧视示意图。请参阅图5，图5的电路板组件130a与图4的电路板组件130的主要差异在于电路板本体131a、131的种类。在本实施例中，电路板本体131a为绝缘金属基板(Insulated MetalSubstrate,IMS)，电路板本体131a包括依序堆栈的散热层134、绝缘层135及电路层136。散热层134的厚度大于绝缘层135的厚度，且散热层134的厚度大于电路层136的厚度，而具有较佳的散热效果。电路板本体131a由于本身底部为散热层134，而可具有较佳的散热性。此外，在本实施例中，这些功率组件140、141、142均设置于电路层136上，也就是第一表面132上。
图6是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的示意图。请参阅图6，图6的功率模块100b与图2的功率模块100的主要差异在于第一壳体110b、110与第二壳体120b、120的形状。在本实施例中，第一壳体110b为板体113，第二壳体120b为导热盒体。当然，第一壳体110b与第二壳体120b的形状不以此为限制。
同样地，在本实施例中，第二壳体120b的导热系数大于等于第一壳体110b的导热系数。第一壳体110b的材料例如是金属或陶瓷材料，第二壳体120b的材料例如是铝或铜等高导热材料，但第一壳体110b与第二壳体120b的材料不以此为限制。
由于第二壳体120b的尺寸与表面积大于第一壳体110b的尺寸与表面积，且第二壳体120b的导热系数大于等于第一壳体110b的导热系数，本实施例的功率模块100b可具有较佳的散热效果。
图7是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的示意图。请参阅图7，图7的功率模块100c与图2的功率模块100的主要差异在于功率组件143(图7)与功率组件140、141、142(图2)的种类。在本实施例中，这些功率组件143包括两平面变压器。
换句话说，功率模块100b可依据需求选择所需的功率组件143，再利用散热胶体160，将功率组件143所产生的热能传导到第一壳体110与第二壳体120上，后续可再通过水冷器(未示出)将热能带走，以达到良好的散热效果且具有高功率密度。
图8是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的示意图。图9是图8的功率模块的透视示意图。请参阅图8至图9，图9的功率模块100d与图2的功率模块100的主要差异在于电连接件150d、150的种类。
在本实施例中，这些电连接件150d包括多个导电条154，连接于电路板本体131的侧缘137，以导通于电路板本体131。电连接件150d的形状例如是U型条状，电连接件150外露于第一壳体110，且U型的开口朝外。
具体地说，第一壳体110包括多个侧壁114d、位于这些侧壁114d上的多个穿槽116、连接于这些侧壁114d的板体113d及位于板体113d上的多个凹孔117。这些凹孔117的位置对应于这些穿槽116的位置。在本实施例中，第一壳体110例如是金属，这些导电条154位于这些穿槽116与这些凹孔117内且隔开于第一壳体110，以避免短路。在本实施例中，这些导电条154齐平于或低于第一壳体110在远离第二壳体120的表面(也就是上表面)。换句话说，这些导电条154不超出第一壳体110的上表面。
本实施例的功率模块100d在安装置主板上时，主板(未示出)的导电凸条可伸入电连接件150d的U型凹沟内，以对位且导通于功率模块100d。具体地说，主板的导电凸条的形状例如是圆柱(但不以此为限制)，导电凸条的外轮廓对应于电连接件150d的U型凹沟的内轮廓。因此，当功率模块100d在安装置主板上时，主板的导电凸条会插入于电连接件150d的U型凹沟内，也就是电连接件150d会接触/包夹住主板的导电凸条的部分而导通。
图10是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的透视示意图。图11是图10的功率模块的第一壳体上移的示意图。图12是图10的功率模块的电路板组件的侧视示意图。请参阅图10至图12，图10的功率模块100e与图2的功率模块100的主要差异在于功率组件144(图10)功率组件140、141(图2)的种类。
在本实施例中，这些功率组件144包括线圈式变压器。当然，功率组件144的种类不以此为限制。如图12所示，功率组件144(线圈式变压器)设置在电路板本体131的第一面上，功率组件142(晶体管)设置在电路板本体131的第二面上。
图13是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的电路板组件的侧视示意图。请参阅图13，图13的功率模块100f与图12的功率模块100e的主要差异在于，在本实施例中，电路板本体131a为绝缘金属基板(Insulated Metal Substrate,IMS)，电路板本体131a包括依序堆栈的散热层134、绝缘层135及电路层136，这些功率组件144(线圈式变压器)、142(晶体管)均设置于电路层136上。
图14是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的示意图。请参阅图14，图14的功率模块100g与图11的功率模块100e的主要差异在于，在本实施例中，第一壳体110b为板体113，第二壳体120b为导热盒体。当然，第一壳体110b与第二壳体120b的形状不以此为限制。
同样地，在本实施例中，第二壳体120b的导热系数大于等于第一壳体110b的导热系数。第一壳体110b的材料例如是金属或陶瓷材料，第二壳体120b的材料例如是铝或铜等高导热材料，但第一壳体110b与第二壳体120b的材料不以此为限制。
由于第二壳体120b的尺寸与表面积大于第一壳体110b的尺寸与表面积，且第二壳体120b的导热系数大于等于第一壳体110b的导热系数，本实施例的功率模块100f可具有较佳的散热效果。
图15是依照本发明的另一实施例的一种功率模块的示意图。请参阅图15，图15的功率模块100h与图11的功率模块100e的主要差异在于电连接件150d、150的种类。在本实施例中，这些电连接件150d包括多个导电条154，连接于电路板本体131的侧缘137。
第一壳体110d包括多个侧壁114d、位于这些侧壁114d上的多个穿槽116、连接于这些侧壁114d的板体113d及位于板体113d上的多个凹孔117。这些凹孔117的位置对应于这些穿槽116的位置。这些导电条154位于这些穿槽116与这些凹孔117内且隔开于第一壳体110d。
本实施例的功率模块100h在安装置主板上时，主板(未示出)的导电凸条可伸入电连接件150d的U型凹槽内，以对位且导通于功率模块100h。具体地说，主板的导电凸条的形状例如是圆柱(但不以此为限制)，导电凸条的外轮廓对应于电连接件150d的U型凹沟的内轮廓。因此，当功率模块100d在安装置主板上时，主板的导电凸条会插入于电连接件150d的U型凹沟内，也就是电连接件150d会接触/包夹住主板的导电凸条的部分而导通。
综上所述，本发明的功率模块的第二壳体闭合于第一壳体，而与第一壳体共同形成容置空间。电路板组件设置于容置空间内，且包括多个功率组件。散热胶体填充于容置空间内，并包覆电路板组件。本发明的功率模块通过上述设计，填充于容置空间内散热胶体可有效将电路板组件所产生的高热传递至壳体，以提升散热效率。相较于现有的结构需要使用散热鳍片来降温，而占用较大的空间，本发明的功率模块可具有较小的体积且较紧密的组件配置，进而达到高功率密度的效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (20)

1.一种功率模块，其特征在于，包括：
第一壳体；
第二壳体，闭合于所述第一壳体，而与所述第一壳体共同形成容置空间；
电路板组件，设置于所述容置空间内，且包括电路板本体、设置于所述电路板本体的多个功率组件及电性连接于所述电路板本体的多个电连接件，其中所述多个电连接件外露于所述第一壳体；以及
散热胶体，填充于所述容置空间内，并包覆所述电路板组件。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述电路板本体包括相对的第一表面及第二表面，所述多个功率组件的部分设置于所述电路板本体的所述第一表面，所述多个功率组件的另一部分设置于所述电路板本体的所述第二表面。
3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述电路板本体为绝缘金属基板，所述电路板本体包括依序堆栈的散热层、绝缘层及电路层，所述多个功率组件设置于所述电路层上。
4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述散热层热耦合于所述第二壳体。
5.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述散热层的厚度大于所述绝缘层的厚度，且所述散热层的厚度大于所述电路层的厚度。
6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述多个电连接件包括多个导电柱，所述电路板本体包括第一表面，所述多个功率组件的至少一部分设置于所述第一表面，所述第一壳体包括多个孔洞，所述多个导电柱凸出于所述第一表面，且穿过所述多个孔洞而凸出于所述第一壳体。
7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述多个电连接件包括多个导电条，连接于所述电路板本体的侧缘，所述第一壳体包括多个侧壁及位于所述多个侧壁上的多个穿槽，所述多个导电条位于所述多个穿槽内且隔开于所述第一壳体。
8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，各所述导电条的形状呈U型条状。
9.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，所述多个导电条齐平于或低于所述第一壳体在远离所述第二壳体的表面。
10.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述多个电连接件位于所述多个功率组件的外围。
11.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述多个功率组件包括电感器、晶体管、线圈式变压器或平面变压器。
12.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第二壳体的导热系数大于等于所述第一壳体的导热系数，所述散热胶体热耦合于所述第二壳体。
13.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一壳体的材料包括金属或陶瓷材料。
14.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第二壳体的材料包括铝或铜。
15.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一壳体为盒体，所述第二壳体为导热板体。
16.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一壳体为板体，所述第二壳体为导热盒体。
17.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第二壳体的导热系数大于等于所述第一壳体的导热系数，且所述第二壳体的表面积大于所述第一壳体的表面积。
18.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块内无散热鳍片。
19.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述散热胶体直接接触所述第一壳体与所述第二壳体。
20.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述散热胶体直接接触所述多个功率组件。
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