CN117116881B - 智能功率模块和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能功率模块和电子设备，智能功率模块包括：塑封体，塑封体的上侧设置有连接部，连接部用于与换热器相连；基板，基板设置于塑封体内，基板上设置有电子元器件；塑封体与换热器连接时，连接部通过垫片与换热器相连，垫片设置于塑封壳体的上侧且与连接部相对应，垫片在塑封体底面上的投影与基板在塑封体底面上的投影相互错开，塑封体底面与换热器接触设置。由此，通过将垫片在塑封体底面上的投影与基板在塑封体底面上的投影相互错开，在垫片分散换热器的挤压力时，力不会直接传递至塑封体内的基板上，这样可以提升基板的结构稳定性，防止基板产生在换热器的挤压下产生破裂，可以提升智能功率模块的结构可靠性。

Description

智能功率模块和电子设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种智能功率模块和电子设备。

背景技术

半导体模块在使用时会产生热量，半导体模块一般是利用空气进行散热，为了增大散热面积，通常会使用螺钉将半导体模块安装在散热器上，从而使散热器对半导体模块进行散热。

在现有技术中，螺钉通常需要配合垫片使用，为了增强产品的散热性能，在半导体模块进行设计时通常会尽量增大基板的尺寸，基板尺寸的增大会导致换热器通过螺钉安装至半导体模块上时，对垫片的挤压力会直接传递至基板上，从而增加了基板被压裂的风险，半导体模块的结构可靠性较低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种智能功率模块，该智能功率模块的结构可靠性和稳定性较高。

本发明进一步地提出了一种电子设备。

根据本发明实施例的智能功率模块，包括：塑封体，所述塑封体的上侧设置有连接部，所述连接部用于与换热器相连；基板，所述基板设置于所述塑封体内，所述基板上设置有电子元器件；所述塑封体与所述换热器连接时，所述连接部通过垫片与所述换热器相连，所述垫片设置于所述塑封壳体的上侧且与所述连接部相对应，所述垫片在所述塑封体底面上的投影与所述基板在所述塑封体底面上的投影相互错开，所述塑封体底面与所述换热器接触设置。

由此，通过将垫片在所述塑封体底面上的投影与所述基板在所述塑封体底面上的投影相互错开，在将换热器通过连接部与塑封体连接固定时，换热器会将力传递至垫片，垫片分散换热器的挤压力时，力不会直接传递至塑封体内的基板上，这样可以提升基板的结构稳定性，防止基板产生在换热器的挤压下产生破裂，可以提升智能功率模块的结构可靠性。

根据本发明的一些实施例，在所述塑封体与所述换热器连接时，所述垫片在所述塑封体底面上的投影与所述基板在所述塑封体底面上的投影间隔设置。

根据本发明的一些实施例，在所述塑封体与所述换热器连接时，所述垫片位于所述基板长度方向的至少一侧，所述基板长度方向的长度为L1，L1满足关系式：22.3mm＜L1＜22.9mm。

根据本发明的一些实施例，在所述塑封体与所述换热器连接时，所述垫片中心到所述基板长度方向与所述垫片相邻的一侧的距离为L2，L2满足关系式：3.45mm＜L2＜3.75mm。

根据本发明的一些实施例，在所述塑封体与所述换热器连接时，所述垫片为两个，两个所述垫片分别位于所述基板长度方向的两侧，两个所述垫片的中心之间的距离为L3，L3满足关系式：29.5mm＜L3＜30mm。

根据本发明的一些实施例，在所述塑封体与所述换热器连接时，所述垫片中心到所述塑封体长度方向与所述垫片相邻一侧的距离为L4，L4满足关系式：1.5mm＜L4≤3mm。

根据本发明的一些实施例，在所述塑封体与所述换热器连接时，所述垫片的直径为D，D满足关系式：6.8mm＜D＜7mm。

根据本发明的一些实施例，所述基板包括：陶瓷板和设置于所述陶瓷板一侧面的铜层，所述铜层上设置有电子元器件，所述陶瓷板背离所述铜层的另一侧面从所述塑封体裸露并且与所述塑封体的底面平齐；或所述基板包括：陶瓷板和设于所述陶瓷板两侧的铜层，所述陶瓷板一侧的所述铜层上设置有电子元器件，所述陶瓷板另一侧的所述铜层表面从所述塑封体裸露并且与所述塑封体的底面平齐。

根据本发明的一些实施例，在所述塑封体与所述换热器连接时，所述陶瓷板的边缘相对所述铜层向外凸出设置，所述陶瓷板长度方向与所述垫片相邻的一侧到所述垫片中心的距离为L2。

根据本发明实施例的电子设备，包括：以上所述的智能功率模块。

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

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的智能功率模块的示意图；

图2是根据本发明实施例的智能功率模块的示意；

图3是根据本发明实施例的智能功率模块的示意；

图4是根据本发明实施例的智能功率模块的示意；

图5是根据本发明实施例的智能功率模块的示意；

图6是根据本发明实施例的基板和垫片的示意图；

图7是根据本发明实施例的基板和垫片的示意图；

图8是根据本发明实施例的基板和垫片的示意图；

图9是根据本发明实施例的基板和垫片的示意图；

图10是根据本发明实施例的基板和垫片的示意图。

附图标记：

100、智能功率模块；

10、塑封体；11、连接部；

20、基板；21、电子元器件；22、陶瓷板；23、铜层；

30、垫片；31、避让穿孔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图10描述根据本发明实施例的智能功率模块100，智能功率模块100可以应用于电子设备。

结合图1-图10所示，根据本发明实施例的的智能功率模块100可以主要包括：塑封体10和基板20，其中，塑封体10的上侧设置有连接部11，连接部11用于与换热器相连，基板20设置于塑封体10内，基板20上设置有电子元器件21，塑封体10与换热器连接时，连接部11通过垫片30与换热器相连，垫片30设置于塑封壳体10的上侧，并且与连接部11相对应，垫片30在塑封体10底面上的投影与基板20在塑封体10底面上的投影相互错开，塑封体10底面与换热器接触设置。具体地，通过连接部11可以将换热器与塑封体10相连，塑封体10的底面与换热器接触设置，换热器可以吸收塑封体10内基板20上的电子元器件21产生的热量，并且与外部空气换热，从而达到对塑封体10内部进行散热的效果，可以保证智能功率模块100可以稳定高效地运行。

在换热器与塑封体10连接固定时，换热器会对塑封体10产生挤压的作用力，挤压的作用力将会通过塑封体10传递至基板20上，导致基板20易损坏，因此，需要在塑封体10对应连接部11的位置设置垫片30，垫片30可以对换热器的挤压作用力进行一定程度的缓冲，从而在一定长度上提升智能功率半导体的结构可靠性。

但是，在换热器对塑封体10的挤压作用力达到一定值时，挤压作用力依然会通过垫片30传递至塑封体10，并且从塑封体10传递至基板20上，上述情况下，在不改变垫片30的尺寸、塑封体10的厚度以及材料，以及不改变换热器的结构和重量的情况下，可以将垫片30垫片30在塑封体10底面上的投影与基板20在塑封体10底面上的投影相互错开。

如此，在换热器将挤压作用力传递至垫片30上后，挤压作用力不会从垫片30直接向下通过塑封体10挤压塑封体10中的基板20，而是通过垫片30传递至塑封体10后，在塑封体10上均匀分布，再传递至基板20上，力被在塑封体10上均匀传递后在塑封体10的各处将较小，不会对基板20产生很大的作用力，这样可以使智能功率模块100在散热性能和力学性能之间达到平衡，不仅可以提升基板20的使用寿命，可以提升智能功率模块100结构的稳定和可靠性，而且还不会过多地改变智能功率模块100的结构设计，可以降低生产制造的成本。

在本发明的一些实施例中，垫片30为标准垫片，无需定制使用特殊的垫片，通过缩小基板20的尺寸，从而达到垫片30在塑封体10底面上的投影与基板20在塑封体10底面上的投影相互错开的目的，如此设置，可以在满足基板20的散热性能要求的前提下，有效地降低智能功率模块100的成本。

在本发明的一些具体的实施例中，连接部11可以为螺钉孔，换热器和塑封体10可以通过螺钉穿设塑封体10上的螺钉孔和换热器上的螺钉孔进行连接。

进一步地，需要说明的是，连接部11包括圆形孔和长条形孔，圆形孔用于和螺钉相配合，长条形孔设置于圆形孔的一侧且与圆形孔相连通，并且长条形孔朝向塑封体10的一侧边缘延伸设置，长条形孔背离圆形孔的一侧敞开设置，这样可以使垫片30传向塑封体10上的力更易被分散，可以进一步地降低作用于基板20上的力，从而可以进一步地提升智能功率模块100的结构可靠性。

需要说明的是，可以理解地，为了保证垫片30对螺钉的作用力的缓冲效果，螺钉头部的直径不会设置地大于垫片30的直径,垫片30上设置有避让穿孔31，螺钉依次穿设塑封体10上的螺钉孔、避让穿孔31和换热器上的螺钉孔，从而将换热器和塑封体10连接固定，避让穿孔31的中心与螺钉孔的中心在塑封体10底面上的投影相重合。

由此，通过将垫片30塑封体10底面上的投影与基板20在塑封体10底面上的投影相互错开，在将换热器通过连接部11与塑封体10连接固定时，换热器会将力传递至垫片30，垫片30分散换热器的挤压力时，力不会直接传递至塑封体10内的基板20上，这样可以提升基板20的结构稳定性，防止基板20产生在换热器的挤压下产生破裂，可以提升智能功率模块100的结构可靠性。

在本发明的第一种实施例中，结合图6-图10所示，在塑封体10与换热器连接时，垫片30在塑封体10底面上的投影与基板20在塑封体10底面上的投影间隔设置。

具体地，将垫片30在塑封体10底面上的投影与基板20在塑封体10底面上的投影间隔设置，即垫片30在塑封体10底面上的投影与基板20在塑封体10底面上的投影之间有一定的间隔空间，换热器的挤压作用力传递至垫片30上，并且通过垫片30向下传递至塑封体10上后，力不会直接向下作用到基板20，塑封体10底面上的投影与基板20在塑封体10底面上的投影之间的间隔距离可以对力产生一定的缓冲和吸收，并且力需要在塑封体10上传递分布后才会作用于基板20，这样可以有效地减小从垫片30上传递至基板20的力，从而可以提升基板20的最大受力，可以提升基板20的稳定性和可靠性。

在本发明的第二种实施例中，垫片30在塑封体10底面上的投影与基板20在塑封体10底面上的投影的边缘相互接触，但并不重合，此种实施例挤压力通过垫片30的边缘向下传递至少部分地会直接作用于基板20的边缘，相较于第一种实施例，虽然基板20的受力较大，破损的风险较高，但是智能功率模块100的结构更加紧凑。

在生产制造的过程中，可以根据不同的工艺生产的需求，换热器的挤压作用力，垫片30的缓冲力、塑封体10的材质和构造以及基板20的材质和构造选择性地实施，这样可以使智能功率模块100满足更多的工况，可以提升智能功率模块100的可靠性。

结合图8所示，在塑封体10与换热器连接时，垫片30位于基板20长度方向的至少一侧，基板20长度方向的长度为L1，L1满足关系式：22.3mm＜L1＜22.9mm。具体地，通过将基板20长度方向上的长度设置在22.3mm和22.9mm之间，基板20长度方向上的长度处于合理的范围内，不仅可以防止基板20的长度方向上的长度过大，基板20在塑封体10底面上的投影与垫片30在塑封体10底面上的投影相互重合，导致垫片30直接将力向下传递至基板20，而且还可以防止基板20的长度过小，导致电子元器件21无法正常安装至基板20上，或者安装较困难，以及电子元器件21无法正常工作。

其中，在本发明的一种优选实施例中，L2可以为22.7mm。

结合图8所示，在塑封体10与换热器连接时，垫片30中心到基板20长度方向与垫片30相邻的一侧的距离为L2，L2满足关系式：3.45mm＜L2＜3.75mm。具体地，将基板20长度方向与垫片30相邻的一侧到垫片30中心的距离设在3.45mm到3.75mm之间，使基板20长度方向与垫片30相邻的一侧到垫片30中心的距离处于合理的范围内，这样不仅可以防止基板20长度方向与垫片30相邻的一侧到垫片30中心的距离过大，导致智能功率模块100的体积过大，增大智能功率模块100的生产成本，以及设置于电子设备上的难度，而且还可以防止基板20长度方向与垫片30相邻的一侧到垫片30中心的距离过小，垫片30上的力易直接传递至基板20上，基板20易损坏，这样可以进一步地提升智能功率模块100的结构可靠性。

其中，在本发明的一种优选实施例中，L2可以为3.55mm。

结合图9所示，在塑封体10与换热器连接时，垫片30为两个，两个垫片30分别位于基板20长度方向的两侧，两个垫片30的中心之间的距离为L3，L3满足关系式：29.5mm＜L3＜30mm。具体地，将两个垫片30的中心之间的距离设置在合理的范围内，可以在进一步地降低垫片30向基板20传递的力的大小的前提下，保证智能功率模块100的体积不会过大，可以进一步地提升智能功率模块100的结构可靠性。

结合图3所示，在塑封体10与换热器连接时，垫片30中心到塑封体10长度方向与垫片30相邻一侧的距离为L4，L4满足关系式：1.5mm＜L4≤3mm。具体地，将塑封体10长度方向与垫片30相邻一侧到垫片30中心的距离设置在1.5mm到3mm合理的范围内，相较于现有技术，本发明实施例的塑封体10长度方向与垫片30相邻一侧到垫片30中心的距离较大，这样可以提升垫片30和塑封体10之间的接触面积，从而可以使垫片30向塑封体10的传递力更加稳定均匀，并且可以防止塑封体10在对应垫片30处的力集中，从而导致塑封体10向基板20上传递力集中，这样可以进一步地提升基板20的结构稳定性和可靠性。进一步地，这样也不会使塑封体10长度方向上的尺寸过大，从而可以保证塑封体10的体积不会过大。

结合图8和图10所示，在塑封体10与换热器连接时，垫片30的直径为D，D满足关系式：6.8mm＜D＜7mm。具体地，本发明实施例的垫片30为标准垫片，将标准垫片的直径设置在合理的范围内，在合理范围内，可以根据不同的智能功率模块100和换热器的工艺需求选择性地设置垫片30的直径，这样可以在无需定制使用特殊垫片的前提下，使垫片30满足更多不同的智能功率模块100的设置需求，可以提升垫片30的适用性。

进一步地，L2满足关系式：3.4mm＜L2＜3.75mm，D满足关系式：6.8mm＜D＜7mm，垫片30的半径减去L2即为垫片30在塑封体10底面上的投影与基板20在塑封体底面上的投影之间的距离。

在本发明的一些实施例中，基板20可以主要包括：陶瓷板22和设置于陶瓷板22一侧面的铜层23，铜层23上设置有电子元器件21，陶瓷板22背离铜层23的另一侧面从塑封体10裸露并且与塑封体10的底面平齐。

具体地，通过将铜层23设置于陶瓷板22的一侧面，铜层23上可以蚀刻有图形，铜层23可以承载基板20，并且起到导电的作用，陶瓷板22的另一侧面从塑封体10裸露，并且与塑封体10的底面相连，陶瓷板22可以起到绝缘的作用，能够隔断铜层23，避免铜层23与外界发生电连接，从而可以保证智能功率模块100的正常工作，有利于提高智能功率模块100的电气安全性。另外，陶瓷板22还可以起到散热的作用，可以将铜层23和电子元器件21的热量散出，有利于降低智能功率模块100的温度，进而避免智能功率模块100运行时产生热堆积，保证安全性。

在本发明的另一些实施例中，结合图4和图6所示，基板20可以主要包括：陶瓷板22和设于陶瓷板22两侧的铜层23，陶瓷板22一侧的铜层23上设置有电子元器件21，陶瓷板22另一侧的铜层23表面从塑封体10裸露并且与塑封体10的底面平齐。

具体地，通过设置两层铜层23，将两层铜层23分别设置于陶瓷板22两侧，其中，陶瓷板22一侧的铜层23蚀刻有图形，可以用于承载基板20，并且起到导电的作用，陶瓷板22另一侧的铜层23无图形，可以与塑封体10的底面进行连接，陶瓷板22可以起到绝缘的作用，能够隔断铜层23，避免铜层23与外界发生电连接，从而可以保证智能功率模块100的正常工作，有利于提高智能功率模块100的电气安全性。

另外，陶瓷板22还可以起到散热的作用，可以将铜层23和电子元器件21的热量散出，有利于降低智能功率模块100的温度，进而避免智能功率模块100运行时产生热堆积，保证安全性。

结合图10所示，陶瓷板22的边缘相对铜层23向外凸出设置，在塑封体10与换热器连接时，陶瓷板22长度方向与垫片30相邻的一侧到垫片30中心的距离为L2。具体地，将陶瓷板22的边缘相对铜层23向外凸出设置，陶瓷板22长度方向与垫片30相邻的一侧到垫片30中心的距离设计成L2，不仅可以进一步地基板20的结构可靠性，而且在力传递至基板20上时，陶瓷板22先接触到力，再将力传递至铜层23和铜层23上的电子元器件21上，如此设置，陶瓷板22可以将力再进行缓冲后传递至铜层23，这样可以进一步地提升铜层23和铜层23上的电气元器件的结构可靠性。。

根据本发明的电子设备可以主要包括：上述的智能功率模块100。具体地，通过将智能功率模块100应用于电子设备，可以使电子设备具有结构稳定性更滑，使用寿命增大，不易维修更换的优势，可以提高电子设备的产品竞争力，可以提升用户的使用体验。

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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：

塑封体（10），所述塑封体（10）的上侧设置有连接部（11），所述连接部（11）用于与换热器相连；

基板（20），所述基板（20）设置于所述塑封体（10）内，所述基板（20）上设置有电子元器件（21）；

所述塑封体（10）与所述换热器连接时，所述连接部（11）通过垫片（30）与所述换热器相连，所述垫片（30）设置于所述塑封体（10）的上侧且与所述连接部（11）相对应，所述垫片（30）在所述塑封体（10）底面上的投影与所述基板（20）在所述塑封体（10）底面上的投影相互错开，所述塑封体（10）底面与所述换热器接触设置；

在所述塑封体（10）与所述换热器连接时，所述垫片（30）在所述塑封体（10）底面上的投影与所述基板（20）在所述塑封体（10）底面上的投影间隔设置；

所述垫片（30）位于所述基板（20）长度方向的至少一侧，所述基板（20）长度方向的长度为L1，L1满足关系式：22.3mm＜L1＜22.9mm；

所述垫片（30）中心到所述基板（20）长度方向与所述垫片（30）相邻的一侧的距离为L2，L2满足关系式：3.45mm＜L2＜3.75mm；

所述垫片（30）的直径为D，D满足关系式：6.8mm＜D＜7mm。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，在所述塑封体（10）与所述换热器连接时，所述垫片（30）为两个，两个所述垫片（30）分别位于所述基板（20）长度方向的两侧，两个所述垫片（30）的中心之间的距离为L3，L3满足关系式：29.5mm＜L3＜30mm。

3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，在所述塑封体（10）与所述换热器连接时，所述垫片（30）中心到所述塑封体（10）长度方向与所述垫片（30）相邻一侧的距离为L4，L4满足关系式：1.5mm＜L4≤3mm。

4.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述基板（20）包括：陶瓷板（22）和设置于所述陶瓷板（22）一侧面的铜层（23），所述铜层（23）上设置有电子元器件（21），所述陶瓷板（22）背离所述铜层（23）的另一侧面从所述塑封体（10）裸露并且与所述塑封体（10）的底面平齐；或

所述基板（20）包括：陶瓷板（22）和设于所述陶瓷板（22）两侧的铜层（23），所述陶瓷板（22）一侧的所述铜层（23）上设置有电子元器件（21），所述陶瓷板（22）另一侧的所述铜层（23）表面从所述塑封体（10）裸露并且与所述塑封体（10）的底面平齐。

5.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，在所述塑封体（10）与所述换热器连接时，所述陶瓷板（22）的边缘相对所述铜层（23）向外凸出设置，所述陶瓷板（22）长度方向与所述垫片（30）相邻的一侧到所述垫片（30）中心的距离为L2。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：权利要求1-5中任一项所述的智能功率模块（100）。