CN117199058A - 功率模块组件、电机控制器及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率模块组件、电机控制器及车辆，功率模块组件包括：芯片层，所述芯片层包括基板以及设置于所述基板上的芯片；第一散热部和第二散热部，所述芯片层设置于所述第一散热部与所述第二散热部之间；其中所述第一散热部背离所述芯片层的一侧适于与外部散热介质热交换以降低所述芯片层温度，所述第二散热部内设置有相变介质并通过相变以吸收所述芯片层的热量。根据本发明设计的功率模块组件采用一面水冷方式、一面相变材料吸热方式进行芯片的散热，降温迅速且降温效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其是涉及一种功率模块组件、电机控制器及车辆。
背景技术
相关技术中，车辆中设置有功率处理模块，功率模块组件具有芯片，为避免芯片高温故障，功率模块组件还设置有降温处理的结构。现有技术中，功率模块组件采用双面水冷，该方案中，功率模块组件双面均需与水道做密封结构，对机械结构、精度把控要求较高，并且双面水冷以水冷作为基础，在车辆水泵确定的情况下，水流量及水阻的大小被限制，该方案对功率模块组件的降温效果提升不明显。
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，本发明的一个目的在于提出了一种功率模块组件。根据本发明设计的功率模块组件采用一面水冷方式、一面相变材料吸热方式进行芯片的散热，降温迅速且降温效果明显。
本发明还提出了一种具有上述功率模块组件的电机控制器。
本发明还提出了一种具有上述电机控制器的车辆。
根据本发明的功率模块组件包括：芯片层，所述芯片层包括基板以及设置于所述基板上的芯片；第一散热部和第二散热部，所述芯片层设置于所述第一散热部与所述第二散热部之间；其中所述第一散热部背离所述芯片层的一侧适于与外部散热介质热交换以降低所述芯片层温度，所述第二散热部内设置有相变介质并通过相变以吸收所述芯片层的热量。
在本发明所涉及的功率模块组件内，将芯片层设置于第一散热部与第二散热部之间，通过集成第一散热部与第二散热部可实现对芯片层的降温处理，芯片层一面由第一散热部热交换散热、另一面由第二散热部吸热降温，降温迅速且降温效果明显，可解决功率模块组件的芯片温度提升过快过高的问题。
根据本发明的一些实施例，功率模块组件还包括：支撑件，所述支撑件设置于所述第一散热部与所述第二散热部之间，所述支撑件形成有与所述芯片表面贴合的传导面并将所述芯片产生的热量传递至所述第一散热部和/或所述第二散热部。
根据本发明的一些实施例，所述支撑件设置于所述第一散热部与所述芯片层和/或所述第二散热部与芯片层之间。
根据本发明的一些实施例，所述第二散热部包括：相变壳体，所述相变壳体内形成有用于容纳相变材料的相变材料容纳腔，且所述相变壳体与所述支撑件直接和/或间接接触。
根据本发明的一些实施例，所述第二散热部包括：导热部，所述导热部设置于所述相变材料容纳腔的内壁并朝向所述相变材料容纳腔内部凸出。
根据本发明的一些实施例，所述导热部构造为由所述相变材料容纳腔靠近所述芯片层一侧向远离所述芯片层延伸的多个导热针。
根据本发明的一些实施例，所述导热部构造为形成于所述相变材料容纳腔内部的导热板，所述导热板设置于所述相变材料容纳腔内且彼此间隔开以形成散热流道。
根据本发明的一些实施例，所述导热板在厚度方向上由所述相变材料容纳腔靠近所述芯片层一侧向远离所述芯片层延伸，且所述导热板在长度方向上构造为折线形或曲线形和/或波浪形。
根据本发明的一些实施例，所述支撑件构造为导电件，所述第二散热部与所述支撑件之间设置有第一绝缘层和/或所述芯片层与所述第一散热部之间设置有第二绝缘层。
根据本发明的一些实施例，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均包括：导热绝缘层，所述导热绝缘层构造为导热陶瓷；导热金属层，所述导热金属层设置于所述导热绝缘层在厚度方向上的两侧。
根据本发明的一些实施例，所述支撑件包括：本体部，所述本体部上设置有导热面，所述导热面与所述第一绝缘层或所述第二绝缘层抵接；芯片传热部，所述芯片传热部设置于所述本体部并朝向所述芯片延伸，所述芯片传热部的自由端形成有与所述芯片表面接触的传导面；支撑脚，所述支撑脚设置与所述本体部并朝向所述基板延伸，所述支撑脚的自由端形成有与所述基板表面接触的支撑面。
根据本发明的一些实施例，所述芯片传热部与所述支撑脚之间间隔设置并形成线束通道。
根据本发明的一些实施例，所述第一散热部包括：散热底板，所述散热底板与芯片层热交换；散热翅针，所述散热翅针设置于所述散热底板上并朝向远离所述芯片层的方向延伸，所述散热翅针适于与外界散热介质接触进行热交换。
根据本发明的一些实施例，功率模块组件还包括：散热水道，所述散热水道与所述散热底板贴合且内部形成有适于流通散热介质的介质通道，所述散热翅针收容于所述介质通道内。
根据本发明的一些实施例，功率模块组件还包括：塑封层，所述塑封层包覆于所述第一散热部、所述芯片层和所述第二散热部的至少部分外周，其中，所述散热翅针凸出于所述塑封层。
根据本发明的一些实施例，所述塑封层上设置有散热口，所述散热口与所述第二散热部的相变壳体正对。
根据本发明的一些实施例，所述相变介质构造为固固相变材料、固液相变材料和/或气液相变材料。
下面简单描述根据本发明的另一方面实施例的电机控制器。
根据本发明的电机控制器包括上述实施例中任意一项所述的功率模块组件，由于根据本发明的电机控制器设置有上述实施例的功率模块组件，因此该电机控制器集成一面水冷、一面相变材料吸热的方式降温，降温迅速且降温效果明显。
下面简单描述根据本发明的另一方面实施例的车辆。
根据本发明的车辆包括上述实施例中所述的电机控制器，由于根据本发明的车辆设置有上述实施例的电机控制器，因此该车辆可解决芯片温度提升过快过高的问题，车辆使用安全性好。
综上所述，本发明的功率模块组件采用一面水冷方式、一面相变材料吸热方式进行芯片的散热，实现了双面高效散热，提高模块过流能力降低了对水泵的流量和功率要求，进一步降低成本，并且实现了功率模块组件双面高效散热，降温迅速且降温效果明显，提高模块过流能力；单侧水冷密封，降低对水道密封要求，提高了功率模块组件模块的应用场合，降低了功率模块组件的实际使用难度及成本，适用于大批量生产；采用第一绝缘层和第二绝缘层实现对芯片的散热和绝缘，确保功率模块组件的使用安全，同时可以扩大相变材料的选材范围，提高相变材料的导热系数。
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功率模块组件正视图。
图2是根据本发明实施例的功率模块组件俯视图。
图3是根据本发明实施例的功率模块组件内部结构图。
图4是根据本发明实施例的第二散热部结构图。
图5是根据本发明另一实施例的第二散热部结构图。
图6是根据本发明又一实施例的第二散热部结构图。
图7是根据本发明实施例的芯片层结构图。
图8是根据本发明实施例的芯片层与支撑件焊接后的结构图。
图9是根据本发明实施例的芯片层与第一绝缘件、第二绝缘件焊接后的结构图。
图10是根据本发明实施例的第一散热部焊接后的结构图。
图11是根据本发明实施例的第二散热部焊接后的结构图。
图12是根据本发明实施例的功率模块组件注塑成型图。
图13是根据本发明实施例的功率模块组件水道示意图。
图14是根据本发明实施例的功率模块组件内部结构示意图。
附图标记：
功率模块组件1；第一高压端子100；焊层151；支撑面152；导热面153；传导面154；线束通道155；散热底板焊层156；塑封层200；高压输出端子300；第二散热部350；相变壳体351；相变材料352；导热针353；相变材料容纳腔354；导热板355；支撑件360；第二高压端子400；芯片450；第三高压端子500；散热口600；上覆金属层601；陶瓷基板602；下覆金属层603；低压端子700；散热翅针800；散热底板801；介质通道900；散热水道901。
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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
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”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一个或者更多个该特征。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，也可以是电连接或可以互相通讯；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。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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
相关技术中，车辆中设置有功率处理模块，功率模块组件具有芯片，为避免芯片高温故障，功率模块组件还设置有降温处理的结构。现有技术中，功率模块组件采用双面水冷，该方案中，功率模块组件双面均需与水道做密封结构，对机械结构、精度把控要求较高，并且双面水冷以水冷作为基础，在车辆水泵确定的情况下，水流量及水阻的大小被限制，该方案对功率模块组件的降温效果提升不明显。
下面参考图1-图14描述根据本发明实施例的功率模块组件1。
如图3所示，根据本发明的功率模块组件1包括：芯片层、第一散热部和第二散热部350。芯片层包括基板以及设置于基板上的芯片450；芯片层设置于第一散热部与第二散热部350之间；其中第一散热部背离芯片层的一侧适于与外部散热介质热交换以降低芯片层温度，第二散热部350内设置有相变介质并通过相变以吸收芯片层的热量。具体地，芯片层的芯片450在大量电流通过功率模块组件1时迅速产生大量热量，芯片层位于第一散热部与第二散热部350之间，第一散热部通过与外部的散热介质热交换降低芯片层温度，第二散热部350通过相变介质的相变吸收芯片层热量以降低芯片层温度，第一散热部与第二散热部350协同实现对芯片层的降温处理，从而避免功率模块组件1因高温而发生故障。
在本发明所涉及的功率模块组件1内，将芯片层设置于第一散热部与第二散热部350之间，通过集成第一散热部与第二散热部350可实现对芯片层的降温处理，芯片层一面由第一散热部热交换散热、另一面由第二散热部350吸热降温，降温迅速且降温效果明显，可解决功率模块组件1的芯片450温度提升过快过高的问题。
在本发明的一些实施例中，基板构造为DBC基板，DBC基板由陶瓷绝缘体、Al203(铝氧化物)或AlN(铝氮化物)构成，在DBC基板上，通过高温熔炼和扩散过程，纯金属层被紧密而坚固的贴在陶瓷上。这样的DBC基板具有高导热率、高耐热能力，以及较强的热分散能力，对芯片的散热效果更好。
根据本发明的一些实施例，如图3-图4以及图8-图14所示，功率模块组件1还包括支撑件360。支撑件360设置于第一散热部与第二散热部350之间，支撑件360形成有与芯片450表面贴合的传导面154并将芯片450产生的热量传递至第一散热部和/或第二散热部350。具体地，支撑件360可将芯片450与第一散热部及第二散热部350间隔开，其中支撑件360的传导面154与芯片450表面贴合，支撑件360设置于第一散热部与第二散热部350之间，支撑件360可以构造为导热性良好的金属件或非金属件以将芯片450的热量传递至第一散热部和/或第二散热部350，使得第一散热部和/或第二散热部350对芯片450降温处理。
根据本发明的一些实施例，如图3-图4以及图8-图14所示，支撑件360设置于第一散热部与芯片层和/或第二散热部350与芯片层之间。具体地，支撑件360可将芯片450与第一散热部和/或第二散热部350间隔开，以留出电路的布置空间，实现功率模块组件1内电路的布置。
根据本发明的一些实施例，如图4-图6所示，第二散热部350包括相变壳体351。相变壳体351内形成有用于容纳相变材料352的相变材料容纳腔354，且相变壳体351与支撑件360直接和/或间接接触。具体地，相变材料352收容于相变壳体351的相变材料容纳腔354内，相变壳体351与支撑件360直接和/或间接接触以将芯片450的热量传导至相变壳体351。
根据本发明的一些实施例，如图4-图6所示，第二散热部350还包括导热部。导热部设置于相变材料容纳腔354的内壁并朝向相变材料容纳腔354内部凸出。具体地，导热部可将相变壳体351传递的热量引导至相变材料352，设置导热部使得第二散热部350导热效率及相变材料352吸热效率更好。
根据本发明的一些实施例，如图5所示，导热部构造为由相变材料容纳腔354靠近芯片层一侧向远离芯片层延伸的多个导热针353。具体地，导热针353可将热量导入至相变材料352内部，便于相变材料352内部热量传导，提高导热及相变材料352吸热效率。
根据本发明的一些实施例，如图6所示，导热部构造为形成于相变材料容纳腔354内部的导热板355，导热板355设置于相变材料容纳腔354内且彼此间隔开以形成散热流道。具体地，相变壳体351添加导热板355，导热板355可将热量导入至相变材料352中，导热板355之间的散热流道适于散热以避免第二散热部350内热量聚集，便于相变材料352内部热量传导，提高导热及相变材料352吸热效率。
根据本发明的一些实施例，如图6所示，导热板355在厚度方向上由相变材料容纳腔354靠近芯片层一侧向远离芯片层延伸，且导热板355在长度方向上构造为折线形或曲线形和/或波浪形。具体地，导热板355可以构造为波浪形或其他便于热量传导的形状，可在增长散热流道的同时强化热量传导效果。
根据本发明的一些实施例，如图3所示，支撑件360构造为导电的件，具体地，可将支撑件360的材料设置为具有导电性能的金属材质。金属材质的支撑件360不仅具有良好导热性能，导热迅速，适用于将芯片的热量传递至第一散热层和第二散热层以对芯片散热，可提升功率模块组件的散热效率；同时金属材质的支撑件360还具备导电性能，根据DBC基板上金属层的电路设计，实现基板上的金属层电路与第一芯片30、第二芯片31之间的电气连接，完成高压部分的走线，简化电路结构。
进一步地，为避免芯片450短路，在第二散热部350与支撑件360之间设置有第一绝缘层，在支撑件360与第一散热部之间设置有第二绝缘层，通过设置第一绝缘层和第二绝缘层，可将支撑件360分别与第二散热部350和第一散热部绝缘，从而确保功率模块组件1的使用安全。
具体地，金属制的支撑件360导热效果好，由于支撑件360为导电件，根据本发明的一些实施例，如图3、图9所示，第一绝缘层和第二绝缘层均包括导热绝缘层602和导热金属层601。导热绝缘层602构造为导热陶瓷；导热金属层601设置于导热绝缘层602在厚度方向上的两侧。具体地，为实现第二散热部350和第一散热部对芯片450散热，第一绝缘层和第二绝缘层应在绝缘的同时导热。第一绝缘层的导热绝缘层602设置于第二散热部350与芯片层之间，导热绝缘层602与第二散热部350之间通过导热金属层601连接，导热绝缘层602与芯片层之间也通过导热金属层601连接，导热绝缘层602的长度大于导热金属层601的长度以将两侧的导热金属层601间隔开，可以理解的是，第二绝缘层的结构与第一绝缘层相同。
根据本发明的一些实施例，如图3所示，支撑件360包括本体部、芯片传热部以及支撑脚。本体部上设置有导热面153，导热面153与第一绝缘层或第二绝缘层抵接；芯片传热部设置于本体部并朝向芯片450延伸，芯片传热部的自由端形成有与芯片450表面接触的传导面154；支撑脚设置于本体部并朝向基板延伸，支撑脚的自由端形成有与基板表面接触的支撑面152。具体地，本体部的导热面153与第一绝缘层或第二绝缘层抵接、支撑脚的支撑面152与基板接触，本体部与支撑脚可将支撑件360支撑于第一绝缘层与基板之间或第二绝缘层与基板之间。芯片传热部的传导面154与芯片450接触以将芯片450的热量传导至第一绝缘层或第二绝缘层，从而传导至第二散热部350和/或第一散热部。
根据本发明的一些实施例，芯片传热部与支撑脚之间间隔设置并形成线束通道155。具体地，线束通道155适于过线，芯片传热部与支撑脚之间间隔形成线束通道155便于布置功率模块组件1的线路。
根据本发明的一些实施例，如图13所示，第一散热部包括散热底板801和散热翅针800。散热底板801与芯片层热交换；散热翅针800设置于散热底板801上并朝向远离芯片层的方向延伸，散热翅针800适于与外界散热介质接触进行热交换。具体地，散热底板801与散热翅针800连接，散热翅针800与外界散热介质接触进行散热，散热翅针800可以扩大热的传导面154，促进散热，增加传热效率。
根据本发明的一些实施例，如图13所示，功率模块组件1还包括散热水道901。散热水道901与散热底板801贴合且内部形成有适于流通散热介质的介质通道900，散热翅针800收容于介质通道900内。具体地，介质通道900上设计有散热水道901，散热水道901与散热底板801可为一体构造或分体构造，散热翅针800嵌入至散热水道901中，散热底板801与介质通道900上表面贴合，散热水道901结构简单，可行性高，便于实现。
根据本发明的一些实施例，如图13所示，功率模块组件1还包括塑封层200。塑封层200包覆于第一散热部、芯片层和第二散热部350的至少部分外周，其中，散热翅针800凸出于塑封层200。具体地，注塑塑封层200可将整个功率模块组件1除散热底板801及散热翅针800之外完全塑封，降低热阻并减少工序数量，提高生产效率。
根据本发明的一些实施例，塑封层200上设置有散热口，散热口与第二散热部350的相变壳体351正对。具体地，散热口将相变壳体351的部分表面暴露在外，该部分相变壳体351可以实现热传导，进一步提升散热功效。
根据本发明的一些实施例，相变介质构造为固固相变材料、固液相变材料和/或气液相变材料。具体地，第二散热部350由相变壳体351及导热部组成，相变壳体351内部的相变介质可为固固相变材料、固液相变材料和/或气液相变材料，相变壳体351可避免漏液问题，提高功率模块组件1的可靠性。
下面简单描述根据本发明的另一方面实施例的电机控制器。
根据本发明的电机控制器包括上述实施例中任意一项所述的功率模块组件1，由于根据本发明的电机控制器设置有上述实施例的功率模块组件1，因此该电机控制器集成一面水冷、一面相变材料352吸热的方式降温，降温迅速且降温效果明显。
下面简单描述根据本发明的另一方面实施例的车辆。
根据本发明的车辆包括上述实施例中所述的电机控制器，由于根据本发明的车辆设置有上述实施例的电机控制器，因此该车辆可解决芯片450温度提升过快过高的问题，车辆使用安全性好。
在本发明的一些实施例中，如图1-图2所示，功率模块组件1外围结构由塑封层200、第二散热部350、第一高压端子100、第二高压端子400、第三高压端子500、高压输出端子300、低压端子700组成。其中，高压端子、低压端子700均为金属材料(铜材料等)，用于功率模块组件1的外部交互接口，分别与直流正向电流、直流负向电流、交流输出、温度采样、功率模块控制器等进行连接。芯片450为功率半导体，采用Si/SiC材质；芯片450在使用中会因损耗热能产生温升，为避免芯片450温度超过结温，造成芯片故障，所以设计散热结构至关重要。
塑封层200采用注塑封装形式，将内部元器件进行覆盖，实现绝缘、隔离、散热的作用，一般采用热固性塑料，可选择环氧树脂、酚醛树脂等材料。第二散热部350采用相变材料352，利用相变材料352相变过程吸收大量潜热的特性，吸收芯片450在大电流工况下产生的大量热能，实现高效、快速降温。相变材料352一般采用不同材料进行配比，以适应不同的使用工况。由图1所示，第二散热部350的表面并未完全被塑封，仍有部分表面透过散热口600暴露在外侧，第二散热部350外侧为金属材质，暴露在外侧的金属面可以实现热传导，进一步提升散热功效。
如图2所示，功率模块组件1另一侧为第一散热部，第一散热部的主要结构部件为散热翅针800，散热翅针800插入至散热水道901中(如图13)进行散热，使用散热翅针800可以扩大热的传导面，提升水阻，促进散热，增加传热效率。散热翅针800及散热底板801一般为一体式结构，可通过铸造实现，第一散热部采用金属材料，热导率高。散热底板焊层156一般采用锡膏，用于固定DBC基板及散热底板。
DBC基板由上覆金属层601、陶瓷基板602、下覆金属层603组成。其中上覆金属层601一般采用金属材料，如铜等，可用于散热，还可以实现芯片450的电路功能要求，兼具导电和导热的需求。陶瓷基板602一般采用陶瓷材料，如Si3N4、Al2O3、AlN等。陶瓷基板602在将芯片450的电路与下方第一散热部进行绝缘的同时将芯片450的热量传导至第一散热部，兼具导电与导热的功能。下覆金属层603与上覆金属层601类似，可选金属类型材料，一般为铜等，下覆金属层603的作用主要为焊接第一散热部并提供导热作用。
支撑件360的支撑面152连接芯片450连接的DBC基板的上覆金属层601，支撑件360的导热面153连接第二散热部350。支撑件360可以实现芯片450的电路过流功能，第一散热部和第二散热部350之间设计有一定高度以避开芯片450低压电路中的绑线，防止短路等危险情况，支撑件360位于第一散热部和第二散热部350之间并形成线束通道155，以布置电路。第二散热部350处也设置有DBC基板以实现支撑件360与第二散热部350的绝缘，支撑件360还可以实现芯片450热传导功能，支撑件360的导热面153实现与第二散热部350处的DBC基板的连接，焊层151实现DBC基板与第二散热部350之间的连接。
支撑件360构造为两个，两个支撑件360分别连接两个芯片450，配合上覆金属层601上电路设计及第一高压端子100、第二高压端子400、第三高压端子500、高压输出端子300实现两个芯片450之间的高压线路连接。由于两个支撑件360分别实现不同芯片450的高压线路，所以，两个支撑件360之间必须要实现绝缘。如果支撑件360直接与第二散热部350连接，由于第二散热部350为导电材料，会直接导致两个支撑件360之间电连接，造成芯片450短路等情况。为了避免这种危险发生，在支撑件360与第二散热部350之间加入了覆金属层604、覆金属层605及陶瓷基板606组成的DBC基板，以实现两个支撑件360之间以及支撑件360和第二散热部350之间的绝缘。
支撑件360可设计为M型和N型形状，一方面在实现对第二散热部350的支撑的前提下，降低对芯片450的支撑力的大小，避免芯片450损伤；另一方面可以给模块中低压绑线线路留出布置和加工空间。
如图4所示为第二散热部350一个实施例的示意图，其中第二散热部350由相变壳体351及相变材料352组成。相变壳体351将相变材料352进行密封，内部相变材料352金属层作为模块的外壳封装，内部相变材料352金属层可为固固相变、固液相变材料及气液相变材料，内部相变材料352金属层可解决密封及固定，避免漏液问题，提高模块的可靠性。
如图5所示为第二散热部350另一个实施例的示意图，图中相变壳体351添加导热针353结构，相变材料容纳腔354装入相变材料352。导热针353可将热量导入至相变材料352内部，便于相变材料352内部热量传导，提高导热及相变材料352吸热效率。
如图6所示为第二散热部350又一个实施例的示意图，图中相变壳体351添加波浪形导热板355，相变材料容纳腔354装入相变材料352，波浪形导热板355可将热量导入至相变材料352中，原理与图5中所述类似。
如图7至图12为功率模块组件1的制备方法。如图7所示，DBC基板是由图中上覆金属层601、陶瓷基板602、下覆金属层603连接而成的组件。芯片450通过焊层155固定在DBC基板上。
如图8所示，在图7的制造基础上，焊接第一高压端子100；支撑件360固定一端于芯片450上，支撑件360固定另一端于DBC基板的上覆金属层601上。支撑件360固定在芯片450上的一端的支撑柱及压片面质量小于支撑件360固定在上覆金属层601上的质量，上覆金属层601承受支撑件360的主支撑力，避免芯片450被第二散热部350压裂造成模块故障。
如图9所示，在图8的基础上，第二散热部350下方的DBC基板固定于支撑件360上，DBC基板的覆金属层的金属排布与支撑件360保持一致，确保电气线路不被干扰。
如图10所示，在图9的基础上，在底部DBC的下覆金属层603通过散热底板焊层156连接散热底板801。
如图11所示，在图10的基础上，第二散热部350下方的DBC基板的覆金属层上通过焊层151连接第二散热部350。由于第二散热部350由相变壳体351及相变材料352组成，相变壳体351可与覆金属层选择同一种材料，如铜等，有利于高强度焊接的实现。
如图12所示，在图11的基础上，注塑塑封层200。塑封层200将整个功率模块组件1除散热底板801及散热针800之外完全塑封，降低热阻，减少工序数量，提高生产效率。
图13为模块水道示意图。介质通道900上设计有散热水道901，散热针800嵌入至水道901中，散热底板801与介质通道900上表面贴合，并经密封圈完成密封。多个模块应用工况下，可采用串联水道或并联水道排列，图示为串联水道示意图。图中散热水道901结构简单，可行性高，便于实现。
正常功率模块使用工况中，功率模块组件1采用第一散热部水冷即可实现芯片450散热，当出现大量电流迅速冲击时，芯片450升温明显，可采用第二散热部350相变材料352吸热进行辅助散热，利用相变材料352的潜热吸收多余的热量，待到芯片450温度下降后，可将热量散出。
本申请的功率模块组件1将芯片层设置于第一散热部与第二散热部350之间，通过集成第一散热部与第二散热部350可实现对芯片层的降温处理，芯片层一面由第一散热部热交换散热、另一面由第二散热部350吸热降温，降温迅速且降温效果明显。
综上所述，本发明的功率模块组件1采用一面水冷方式、一面相变材料352吸热方式进行芯片450的散热，实现了双面高效散热，提高模块过流能力降低了对水泵的流量和功率要求，进一步降低成本，并且实现了功率模块组件1双面高效散热，降温迅速且降温效果明显，提高模块过流能力；单侧水冷密封，降低对水道密封要求，提高了功率模块组件1模块的应用场合，降低了功率模块组件1的实际使用难度及成本，适用于大批量生产；采用第一绝缘层和第二绝缘层实现对芯片450的散热和绝缘，确保功率模块组件1的使用安全，同时可以扩大相变材料352的选材范围，提高相变材料352的导热系数。
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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，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进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (19)
1.一种功率模块组件，其特征在于，包括：
芯片层，所述芯片层包括基板以及设置于所述基板上的芯片(450)；
第一散热部和第二散热部(350)，所述芯片层设置于所述第一散热部与所述第二散热部(350)之间；其中
所述第一散热部背离所述芯片层的一侧适于与外部散热介质热交换以降低所述芯片层温度，所述第二散热部(350)内设置有相变介质并通过相变以吸收所述芯片层的热量。
2.根据权利要求1所述的功率模块组件，其特征在于，还包括：
支撑件(360)，所述支撑件(360)设置于所述第一散热部与所述第二散热部(350)之间，所述支撑件(360)形成有与所述芯片(450)表面贴合的传导面(154)并将所述芯片(450)产生的热量传递至所述第一散热部和/或所述第二散热部(350)。
3.根据权利要求2所述的功率模块组件，其特征在于，所述支撑件(360)设置于所述第一散热部与所述芯片层和/或所述第二散热部(350)与芯片层之间。
4.根据权利要求3所述的功率模块组件，其特征在于，所述第二散热部(350)包括：
相变壳体(351)，所述相变壳体(351)内形成有用于容纳相变材料(352)的相变材料容纳腔(354)，且所述相变壳体(351)与所述支撑件(360)直接和/或间接接触。
5.根据权利要求4所述的功率模块组件，其特征在于，所述第二散热部(350)还包括：导热部，所述导热部设置于所述相变材料容纳腔(354)的内壁并朝向所述相变材料容纳腔(354)内部凸出。
6.根据权利要求5所述的功率模块组件，其特征在于，所述导热部构造为由所述相变材料容纳腔(354)靠近所述芯片层一侧向远离所述芯片层延伸的多个导热针(353)。
7.根据权利要求5所述的功率模块组件，其特征在于，所述导热部构造为形成于所述相变材料容纳腔(354)内部的导热板(355)，所述导热板(355)设置于所述相变材料容纳腔(354)内且彼此间隔开以形成散热流道。
8.根据权利要求7所述的功率模块组件，其特征在于，所述导热板(355)在厚度方向上由所述相变材料容纳腔(354)靠近所述芯片层一侧向远离所述芯片层延伸，且所述导热板(355)在长度方向上构造为折线形或曲线形和/或波浪形。
9.根据权利要求3所述的功率模块组件，其特征在于，所述支撑件(360)构造为导电件，所述第二散热部(350)与所述支撑件(360)之间设置有第一绝缘层和所述支撑件(360)与所述第一散热部之间设置有第二绝缘层。
10.根据权利要求9所述的功率模块组件，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均包括：
导热绝缘层(602)，所述导热绝缘层(602)构造为导热陶瓷；
导热金属层(601)，所述导热金属层(601)设置于所述导热绝缘层(602)在厚度方向上的两侧。
11.根据权利要求9所述的功率模块组件，其特征在于，所述支撑件(360)包括：
本体部，所述本体部上设置有导热面(153)，所述导热面(153)与所述第一绝缘层或所述第二绝缘层抵接；
芯片传热部，所述芯片传热部设置于所述本体部并朝向所述芯片(450)延伸，所述芯片传热部的自由端形成有与所述芯片(450)表面接触的传导面(154)；
支撑脚，所述支撑脚设置与所述本体部并朝向所述基板延伸，所述支撑脚的自由端形成有与所述基板表面接触的支撑面(152)。
12.根据权利要求10所述的功率模块组件，其特征在于，所述芯片传热部与所述支撑脚之间间隔设置并形成线束通道(155)。
13.根据权利要求3所述的功率模块组件，其特征在于，所述第一散热部包括：
散热底板(801)，所述散热底板(801)与芯片层热交换；
散热翅针(800)，所述散热翅针(800)设置于所述散热底板(801)上并朝向远离所述芯片层的方向延伸，所述散热翅针(800)适于与外界散热介质接触进行热交换。
14.根据权利要求13所述的功率模块组件，其特征在于，还包括：散热水道(901)，所述散热水道(901)与所述散热底板(801)贴合且内部形成有适于流通散热介质的介质通道(900)，所述散热翅针(800)收容于所述介质通道(900)内。
15.根据权利要求13所述的功率模块组件，其特征在于，还包括：
塑封层(200)，所述塑封层(200)包覆于所述第一散热部、所述芯片层和所述第二散热部(350)的至少部分外周，其中，所述散热翅针(800)凸出于所述塑封层(200)。
16.根据权利要求15所述的功率模块组件，其特征在于，所述塑封层(200)上设置有散热口(600)，所述散热口(600)与所述第二散热部(350)的相变壳体(351)正对。
17.根据权利要求1-16中任意一项所述的功率模块组件，其特征在于，所述相变介质构造为固固相变材料、固液相变材料和/或气液相变材料。
18.一种电机控制器，其特征在于，包括权利要求1-17中任意一项所述的功率模块组件。
19.一种车辆，其特征在于，包括权利要求18中所述的电机控制器。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202210611298.4A CN117199058A (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 功率模块组件、电机控制器及车辆 |
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