CN117334664A - 智能功率模块和电子设备 - Google Patents
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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，塑封体的内部中空且上下两侧均敞开设置；散热基板，散热基板设置于塑封体的下侧，散热基板的上表面设置有半导体器件，散热基板的下表面用于与换热器接触设置；冷却基体，冷却基体设置于塑封体的上侧，冷却基体内设置有冷却流道，冷却基体至少部分地与散热基板的上表面接触设置。由此，通过将冷却基体设置于塑封体的上侧，并且使冷却基体与散热基板的上表面接触，使散热基板的下表面与换热器接触设置，可以实现散热基板的双面散热，从而提升散热基板的散热效率，可以使智能功率模块在负载更大电流情况下稳定可靠地运行，进而可以提升智能功率模块的性能。
Description
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
目前功率器件因损耗低、结温高、功率密度大等特点被广泛应用于电子消费、新能源汽车和光伏等领域，功率器件在运行时会产生热量，热量的积聚会损坏功率器件，以及影响功率器件的正常工作。
在现有技术中，半导体模块通过与外部的换热器接触，使热量传递至换热器中进行散热，从而进行散热，保证半导体模块的正常运行，但是仅仅通过换热器的散热效率较低，并不能满足高功率的功率器件的正常运行。
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一种智能功率模块，该智能功率模块的散热更好。
本发明的另一个目的在于提出一种电子设备。
根据本发明实施例的智能功率模块，包括：塑封体，所述塑封体的内部中空且上下两侧均敞开设置；散热基板，所述散热基板设置于所述塑封体的下侧，所述散热基板的上表面设置有半导体器件，所述散热基板的下表面用于与换热器接触设置；冷却基体，所述冷却基体设置于所述塑封体的上侧，所述冷却基体内设置有冷却流道，所述冷却基体至少部分地与所述散热基板的上表面接触设置。
由此，通过将冷却基体设置于塑封体的上侧，并且使冷却基体与散热基板的上表面接触，使散热基板的下表面与换热器接触设置，可以实现散热基板的双面散热，从而提升散热基板的散热效率，可以使智能功率模块在负载更大电流情况下稳定可靠地运行，进而可以提升智能功率模块的性能。
在本发明的一些示例中，所述冷却基体朝向所述散热基板的一侧设置有冷却凸起部，所述冷却凸起部穿过所述半导体器件且与所述散热基板的上表面相接触。
在本发明的一些示例中，所述冷却凸起部为多个，多个所述冷却凸起部间隔设置。
在本发明的一些示例中，所述冷却基体设置有进液嘴和出液嘴，所述冷却流道的两端分别与进液嘴和出液嘴相连通，所述进液嘴位于所述冷却基体左右方向的一侧，所述出液嘴位于所述冷却基体前后方向的一侧。
在本发明的一些示例中，所述塑封体内注入有导热件。
在本发明的一些示例中，所述智能功率模块还包括密封圈，所述冷却基体的外周环绕设置有密封凹槽，所述密封圈设置于所述密封凹槽内且与所述塑封体密封配合。
在本发明的一些示例中，所述塑封体设置有第一卡接部，所述冷却基体设置有第二卡接部，所述第一卡接部和所述第二卡接部中的一个为卡接凸起，另一个为卡槽，所述卡接凸起和所述卡槽卡接配合。
在本发明的一些示例中，所述冷却基体外周设置有第一限位台阶，所述塑封体内部中空区域的外周设置有第二限位台阶，所述第一限位台阶和所述第二限位台阶在上下方向上抵接限位。
在本发明的一些示例中，所述散热基板包括：陶瓷板和设置于所述陶瓷板上侧面的铜层，所述铜层上设置有半导体器件，所述冷却基体穿设所述铜层且与所述陶瓷板的上侧面接触设置，所述陶瓷板的下侧面用于与换热器接触设置；或所述散热基板包括：陶瓷板和设于所述陶瓷板上下两侧的铜层，所述陶瓷板上侧的所述铜层设置有半导体器件，所述冷却基体穿设所述陶瓷板上侧的所述铜层且与所述陶瓷板的上侧面接触设置，所述陶瓷板下侧的所述铜层用于与换热器相接触。
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和换热器的示意图；
图2是根据本发明实施例的智能功率模块的爆炸图；
图3是根据本发明实施例的智能功率模块的示意图；
图4是根据本发明实施例的智能功率模块的示意图；
图5是根据本发明实施例的智能功率模块的剖视图；
图6是根据本发明实施例的冷却基体的示意图；
图7是根据本发明实施例的冷却基体的剖视图；
图8是根据本发明实施例的智能功率模块的局部示意图；
图9是根据本发明实施例的智能功率模块的局部示意图。
附图标记：
100、智能功率模块；
10、塑封体；11、第一卡接部；12、第二限位台阶；13、半导体器件；14、避让口；
20、散热基板；
30、冷却基体；31、冷却凸起部；32、进液嘴；33、出液嘴；34、密封圈；35、密封凹槽；36、第二卡接部；37、第一限位台阶；38、冷却流道；
40、导热件；200、换热器。
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9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9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、散热基板20和冷却基体30，其中，塑封体10的内部中空，并且塑封体10上下两侧均敞开设置，散热基板20设置于塑封体10的下侧，散热基板20的上表面设置有半导体器件13，散热基板20的下表面用于与换热器200接触设置，冷却基体30设置于塑封体10的上侧，冷却基体30内设置有冷却流道38，冷却基体30至少部分地与散热基板20的上表面接触设置。
具体地，将散热基板20设置于塑封体10的下侧，并且使半导体器件13设置于散热基板20的上表面，散热基板20的下表面用于与换热器200接触，从而在半导体器件13产生热量后，热量可以通过散热基板20传递至换热器200中散热，从而降低半导体器件13的温度，使半导体器件13能够持续地正常工作。
在半导体器件13功率较高的情况下，半导体器件13产生的热量较快，仅仅通过换热器200和散热基板20的接触可能无法满足半导体器件13的散热需求。
因此，通过将冷却基体30设置于塑封体10的上侧，并且将冷却基体30至少部分地与散热基板20的上表面接触设置，由于冷却基体30内设置有冷却流道38，半导体器件13传递至散热基板20上的热量可以被冷却基体30吸收，并且通过冷却基体30内部的冷却流道38中的冷却液带走，从而可以使散热基板20的上下两侧面均实现对半导体器件13的散热，可以进一步地提升散热基板20的散热性能，从而可以提升智能功率器件运行的稳定性和安全性。
由此，通过将冷却基体30设置于塑封体10的上侧，并且使冷却基体30与散热基板20的上表面接触，使散热基板20的下表面与换热器200接触设置，可以实现散热基板20的双面散热，从而提升散热基板20的散热效率，可以使智能功率模块100在负载更大电流情况下稳定可靠地运行，进而可以提升智能功率模块100的性能。
结合图5-图7所示，冷却基体30朝向散热基板20的一侧设置有冷却凸起部31，冷却凸起部31穿过半导体器件13，并且冷却凸起部31与散热基板20的上表面相接触。具体地，通过在冷却基体30朝向散热基板20的一侧设置冷却凸起部31，并且使冷却凸起部31穿设半导体器件13，并且与散热基板20的上表面接触，如此设置，不仅可以防止冷却基体30与散热基板20的接触影响半导体器件13的正常安装设置以及运行，而且还可以保证冷却基体30与散热基板20的上表面相接触的稳定性，从而可以优化冷却基体30的结构设计。另外，相较于增加冷却基体30的厚度，使冷却基体30整体与散热基板20相接触，本发明如此设置可以在保证冷却基体30对散热基板20冷却稳定的前提下，使冷却基体30更加轻量化。
进一步地，需要说明的是，半导体器件13上设置有避让口14，冷却凸起部31穿设避让口14并且与散热基板20相接触，冷却凸起部31穿设半导体器件13不会损坏半导体器件13的正常结构以及不会影响半导体器件13的正常运行。
结合图5-图7所示，冷却凸起部31为多个，多个冷却凸起部31间隔设置。具体地，将冷却凸起设置成多个，可以提升冷却基体30与散热基板20上表面相接触的面积，从而不仅可以提升冷却基体30对散热基板20的冷却效率，并且不会对半导体器件13的结构以及运行产生影响，可以优化冷却基体30和智能功率模块100的结构设计。
需要说明的是，避让口14也为多个，多个避让口14和多个冷却凸起31一一对应，这样可以保证多个冷却凸起31与散热基板20接触稳定的前提下，使半导体器件13的结构分布更加合理，这样可以进一步地优化半导体器件13的结构设计。
结合图4和图6所示，冷却基体30设置有进液嘴32和出液嘴33，冷却流道38的两端分别与进液嘴32和出液嘴33相连通，进液嘴32位于冷却基体30左右方向的一侧，出液嘴33位于冷却基体30前后方向的一侧。具体地，通过将冷却流道38的两端分别与进液嘴32和出液嘴33相连通，冷却液通过进液嘴32进入冷却流道38，并且在流动的过程中将冷却凸起部31吸收的热量带走，并且从出液嘴33流出，从而实现冷却基体30对散热基板20的冷却。
进一步地，进液嘴32位于冷却基体30左右方向的一侧，出液嘴33位于冷却基体30前后方向的一侧，这样可以提升冷却液在冷却流道38中流动的时间，从而可以提升冷切液吸收的热量的量，从而可以进一步地提升冷却基体30对散热基板20冷却的效率。
结合图5所示，塑封体10内注入有导热件40。具体地，通过在塑封体10内注入导热件40，在装配冷却基体30后，导热件40可以防止冷却基体30与半导体器件13的键合线接触，从而防止冷却基体30对半导体器件13的键合线的结构以及正常工作产生影响，这样可以进一步地提升智能功率模块100的结构可靠性和稳定性。
进一步地，导热件40具有良好的导热性，导热件40与冷却基体30相接触，半导体器件13还可以将产生的热量传递至冷却基体30，对半导体器件13进行散热，从而使冷却基体30直接对半导体器件13进行散热，进而间接减小散热基板20的散热量，这样可以进一步地提升冷却基体30的冷却性能，从而可以进一步地提升智能功率模块100的可靠性。
在本发明的一些实施例中，导热件40为导热硅胶。
结合图2所示，智能功率模块100还可以主要包括密封圈34，冷却基体30的外周环绕设置有密封凹槽35，密封圈34设置于密封凹槽35内，并且密封圈34与塑封体10密封配合。具体地，将密封圈34设置于冷却基体30外周环绕设置的密封凹槽35中，并且密封圈34至少部分地从密封凹槽35中伸出，在将冷却基体30设置于塑封体10的上侧时，密封圈34将抵接在塑封体10和冷却基体30之间，从而在塑封体10和冷却基体30之间密封配合，这样可以防止外界的水和灰尘进入塑封体10内，影响塑封体10内的半导体器件13的正常工作，这样可以半导体器件13的使用寿命，从而提升智能功率模块100的结构可靠性。
结合图2、图6、图8和图9所示，塑封体10设置有第一卡接部11，冷却基体30设置有第二卡接部36，第一卡接部11和第二卡接部36中的一个为卡接凸起，另一个为卡槽，卡接凸起和卡槽卡接配合。具体地，通过卡接凸起和卡接槽的卡接配合，可以实现冷却基体30在塑封体10上侧的安装设置，不仅可以保证冷却基体30在塑封体10上侧安装设置的牢固性和稳定性，而且还可以降低冷却基体30在塑封体10上侧安装设置的难度，从而可以提升智能功率模块100的装配效率。
结合图2、图6、图8和图9所示，冷却基体30外周设置有第一限位台阶37，塑封体10内部中空区域的外周设置有第二限位台阶12，第一限位台阶37和第二限位台阶12在上下方向上抵接限位。具体地，通过在冷却基体30的外周设置有第一限位台阶37，并且在塑封体10内部中空区域的外周设置有第二限位台阶12，通过第一限位台阶37和第二限位台阶12在上下方向上的抵接配合可以进一步地提升冷却基体30在塑封体10上安装设置的稳定性和牢固性，并且第一限位台阶37和第二限位台阶12的上下方向上的抵接配合还可以分担第一卡接部11和第二卡接部36卡接配合的受力，从而使对第一卡接部11和第二卡接部36的卡接配合更加稳定牢固，从而可以进一步地提升智能功率模块100的结构可靠性。
另外，在将冷却基体30设置于塑封体10的上侧的同时，第一限位台阶37和第二限位台阶12便可以直接实现限位配合，这样可以简化冷却基体30在塑封体10上侧的安装设置步骤，并且第一限位部37和第二限位部12之间的限位配合还可以对冷却基体30在塑封体10上侧的安装设置起到定位的作用，从而可以进一步地提升冷却基体30在塑封体10上安装设置的准确性。
进一步地，如此设置，在智能功率模块100发生损坏，无法正常工作后，可以通过将冷却基体30从塑封件10的上侧拆卸下来，从而更加直观地检查塑封体10内部的半导体器件13的状态，从而可以更加直观快速地对半导体器13件进行维修更换，这样可以降低智能功率模块100后期的维修难度。
在本发明的一种实施例中，散热基板20可以主要包括：陶瓷板和设置于陶瓷板上侧面的铜层，铜层上设置有半导体器件13，冷却基体30穿设铜层，并且冷却基体30与陶瓷板的上侧面接触设置，陶瓷板的下侧面用于与换热器200接触设置。
具体地，通过将铜层设置于陶瓷板的上侧面，铜层上可以蚀刻有图形，铜层可以承载半导体器件13，并且起到导电的作用，陶瓷板的上侧面从塑封体10下侧裸露，陶瓷板可以起到绝缘的作用，能够隔断铜层，避免铜层与外界发生电连接，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。
进一步地，陶瓷板还可以与外界的换热器200相接触，并且起到散热的作用，可以将铜层和半导体器件13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。另外，陶瓷板上侧的铜层与冷却基体30相接触，从而使冷却基体30实现对散热基板20的冷却。
在本发明的另一种实施例中，散热基板20可以主要包括：陶瓷板和设于陶瓷板上下两侧的铜层，陶瓷板上侧的铜层设置有半导体器件13，冷却基体30穿设陶瓷板上侧的铜层且与陶瓷板的上侧面接触设置，陶瓷板下侧的铜层用于与换热器200相接触。
具体地，通过设置两层铜层，将两层铜层分别设置于陶瓷板的上下两侧，其中，陶瓷板一侧的铜层蚀刻有图形，可以用于承载半导体器件13，并且起到导电的作用，陶瓷板可以起到绝缘的作用，能够隔断上侧的铜层，避免陶瓷板上侧的铜层与外界发生电连接，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。
进一步地，陶瓷板下侧的铜层无图形，陶瓷板以及下侧的铜层可以与换热器200接触，从而可以起到散热的作用，可以将陶瓷板上侧的铜层和半导体器件13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。另外，陶瓷板上侧的铜层与冷却基体30相接触，从而使冷却基体30实现对散热基板20的冷却。
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，电子设备的安全性和稳定性更佳，并且可以保证电子设备在高功率下依然稳定地运行。
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 (10)
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)的内部中空且上下两侧均敞开设置；
散热基板(20)，所述散热基板(20)设置于所述塑封体(10)的下侧，所述散热基板(20)的上表面设置有半导体器件(13)，所述散热基板(20)的下表面用于与换热器(200)接触设置；
冷却基体(30)，所述冷却基体(30)设置于所述塑封体(10)的上侧，所述冷却基体(30)内设置有冷却流道，所述冷却基体(30)至少部分地与所述散热基板(20)的上表面接触设置。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述冷却基体(30)朝向所述散热基板(20)的一侧设置有冷却凸起部(31)，所述冷却凸起部(31)穿过所述半导体器件(13)且与所述散热基板(20)的上表面相接触。
3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述冷却凸起部(31)为多个，多个所述冷却凸起部(31)间隔设置。
4.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述冷却基体(30)设置有进液嘴(32)和出液嘴(33)，所述冷却流道的两端分别与进液嘴(32)和出液嘴(33)相连通，所述进液嘴(32)位于所述冷却基体(30)左右方向的一侧，所述出液嘴(33)位于所述冷却基体(30)前后方向的一侧。
5.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述塑封体(10)内注入有导热件(40)。
6.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，还包括密封圈(34)，所述冷却基体(30)的外周环绕设置有密封凹槽(35)，所述密封圈(34)设置于所述密封凹槽(35)内且与所述塑封体(10)密封配合。
7.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述塑封体(10)设置有第一卡接部(11)，所述冷却基体(30)设置有第二卡接部(36)，所述第一卡接部(11)和所述第二卡接部(36)中的一个为卡接凸起，另一个为卡槽，所述卡接凸起和所述卡槽卡接配合。
8.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述冷却基体(30)外周设置有第一限位台阶(37)，所述塑封体(10)内部中空区域的外周设置有第二限位台阶(12)，所述第一限位台阶(37)和所述第二限位台阶(12)在上下方向上抵接限位。
9.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热基板(20)包括：陶瓷板和设置于所述陶瓷板上侧面的铜层，所述铜层上设置有半导体器件(13)，所述冷却基体(30)穿设所述铜层且与所述陶瓷板的上侧面接触设置，所述陶瓷板的下侧面用于与换热器(200)接触设置；或
所述散热基板(20)包括：陶瓷板和设于所述陶瓷板上下两侧的铜层，所述陶瓷板上侧的所述铜层设置有半导体器件(13)，所述冷却基体(30)穿设所述陶瓷板上侧的所述铜层且与所述陶瓷板的上侧面接触设置，所述陶瓷板下侧的所述铜层用于与换热器(200)相接触。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：权利要求1-9中任一项所述的智能功率模块(100)。
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