CN117690891A - 功率模块散热结构、散热基板及功率模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种功率模块散热结构、散热基板及功率模块，功率模块散热结构包括散热基板和散热器，散热基板包括基板本体、连接面和散热柱，基板本体包括形成有多个流体通道的流体容腔，基板本体包括沿第一方向位于基板本体两端的基板进液口和基板出液口，基板进液口、基板出液口与流体通道连通，连接面位于基板本体的一侧，用于承载芯片；散热柱位于基板本体背离连接面的一侧；散热器设置于散热基板背离连接面的一侧，包括散热器进液口和散热器出液口，散热器进液口与基板出液口连通，散热器包括凹陷部，凹陷部与基板本体相对设置，且散热柱伸入凹陷部内并与凹陷部的底壁接触。本申请提供的功率模块散热结构可提升散热效率以便于保证芯片的性能。

Description

功率模块散热结构、散热基板及功率模块

技术领域

本申请属于显示技术领域，尤其涉及一种功率模块散热结构、散热基板及功率模块。

背景技术

在功率模块中，包括芯片、陶瓷覆铜板、基板和散热器等结构。芯片是产生热量的核心功能器件，热量的积累会严重影响器件的工作性能。随着芯片向高功率和高集成度方向发展，其热产生问题日益突出，对散热的要求越来越高。

发明内容

本申请实施例提供了一种功率模块散热结构、散热基板及功率模块，可提升散热效率以便于保证芯片的性能。

本申请实施例第一方面的实施例提供了一种功率模块散热结构，包括：

散热基板，所述散热基板包括基板本体、连接面和散热柱，其中，所述基板本体包括流体容腔，所述流体容腔内形成有多个流体通道，所述基板本体包括沿第一方向位于所述基板本体两端的基板进液口和基板出液口，所述基板进液口、所述基板出液口与所述流体通道连通，所述连接面位于所述基板本体的一侧，用于承载所述芯片；所述散热柱位于所述基板本体背离所述连接面的一侧；

散热器，设置于所述散热基板背离所述连接面的一侧，包括散热器进液口和散热器出液口，所述散热器进液口与所述基板出液口连通，所述散热器包括凹陷部，所述凹陷部与所述基板本体相对设置，且所述散热柱伸入所述凹陷部内并与所述凹陷部的底壁接触。

根据本发明第一方面的实施方式，所述基板本体包括相对设置的第一板体和第二板体，所述第一板体和所述第二板体之间形成所述流体容腔，所述流体容腔内形成有多个散热翅片，相邻所述散热翅片之间形成所述流体通道，所述散热翅片固定于所述第一板体和/或所述第二板体。

根据本发明第一方面前述任一实施方式，所述散热翅片包括隔离柱，所述隔离柱呈行列排布，相邻两行所述隔离柱沿行方向错位设置，以使相邻两行所述隔离柱在所述列方向上的正投影无交叠。

根据本发明第一方面前述任一实施方式，所述散热翅片包括隔离板，所述隔离板的一端位于靠近所述基板进液口一侧、另一端位于靠近所述基板出液口的一侧，相邻所述隔离板之间形成所述流体通道；相邻所述隔离板之间的间距相同。

根据本发明第一方面前述任一实施方式，所述隔离板平行于所述基板进液口与所述基板出液口的排列方向，或者，所述隔离板由靠近所述基板进液口一端向靠近所述基板出液口一端蜿蜒延伸。

根据本发明第一方面前述任一实施方式，所述散热翅片具有实心结构。

根据本发明第一方面前述任一实施方式，所述散热柱设置于所述第二板体，且所述散热柱凸出于所述散热本体的边缘。

根据本发明第一方面前述任一实施方式，所述流体容腔内包括流体，所述流体包括水、乙二醇、油中的至少一者。

本申请第二方面的实施例还提供了一种散热基板，用于承载芯片，包括：

基板本体，所述基板本体包括流体容腔，所述流体容腔内形成有多个流体通道，所述基板本体包括沿第一方向位于所述基板本体两端的基板进液口和基板出液口，所述基板进液口、所述基板出液口与所述流体通道连通；

连接面，位于所述基板本体的一侧，用于承载所述芯片；

散热柱，位于所述基板本体背离所述连接面的一侧。

本申请第三方面的实施例还提供了一种功率模块，包括本申请第一方面提供的任意一种功率模块散热结构。

本申请提供的功率模块散热结构中，包括散热基板与散热器，散热基板包括基板本体、连接面和散热柱，其中连接面用于连接芯片，以对芯片进行散热，具体地，连接面与芯片间接连接。基板本体内包括流体容腔，从而可通过基板对芯片进行水冷散热。流体容腔内形成有多个流体通道，基板本体包括基板进液口和基板出液口，基板进液口、基板出液口与流体通道连通，从而流体可通过基板进液口进入流体通道，流经整个流体通道后再由基板出液口流出，从而可通过具有冷却功能的流体实现对芯片的散热，通过设置流体通道实现对流体的分流，可增加散热通路，增加热交换的面积，以实现对芯片各个位置、或各个芯片的均匀散热，并实现及时散热，以降低热量对芯片性能的不良影响，从而保证芯片的工作性能。散热基板与散热器连接，具体地，散热器进液口与基板出液口连通，即流体通道与散热器连通，从而当流体由基板进液口进入流体通道对芯片进行一次散热后，流体由基板出液口流出散热基板、并经散热器进液口进入到散热器内，对芯片进行第二次散热，之后再经散热器出液口流出，从而完成对芯片的一次完整散热过程，该功率模块散热结构可增加对芯片进行散热的散热通路，增加了热交换面积，从而提高了散热效率，从而可实现对芯片更好的散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构的剖视图；

图3是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构中散热基板的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构中散热基板的局部示意图；

图5是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构中的散热器的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构中散热基板的局部示意图；

图7是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构中散热基板的仰视图；

图8是本申请实施例提供的一种功率模块的结构示意图；

图9是现有技术中的一种功率模块的仿真温度云图；

图10是本申请实施例提供的一种功率模块的仿真温度云图。

附图中：

1-散热基板；11-基板本体；111-流体容腔；112-流体通道；113-基板进液口；110-基板出液口；114-散热柱；115-连接面；116-第一板体；117-第二板体；12-散热翅片；121-隔离柱；122-隔离板；2-功率模块散热结构；21-散热器；210-散热器出液口；211-散热器进液口；212-凹陷部；3-功率模块；31-芯片；32-陶瓷覆铜板；33-栅电阻；4-管道；5-转接口。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在功率模块中，包括芯片、陶瓷覆铜板、基板和散热器等结构。芯片是产生热量的核心功能器件，热量的积累会严重影响器件的工作性能。随着芯片向高功率和高集成度方向发展，其热产生问题日益突出，对散热的要求越来越高。发明人经研究发现，现有的功率模块中，水冷散热器液体换热面积较小，散热通路单一，无法及时散热，尤其是针对大功率的功率模块，散热能力成为瓶颈，芯片最高结温166℃，尤其出水口附近，水冷的冷却效果相较于进水口较差，进水口与出水口位置的芯片温度差异较大，温差18℃。从而严重影响功率模块的性能。因此，发明人基于对上述问题的研究，提供了一种功率模块散热结构、散热基板及功率模块，以提升对功率模块内芯片的散热效率，从而提升功率模块的性能。

为了更好地理解本申请，下面结合图1至图10根据本申请实施例的功率模块散热结构、散热基板及功率模块进行详细描述。

本申请提供了一种功率模块散热结构2，如图1至图4所示，图1是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构的结构示意图；图2是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构的剖视图；图3是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构中散热基板的结构示意图；图4是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构中散热基板的局部示意图。

如图1和图2所示，本申请提供的功率模块散热结构2包括散热基板1和散热器21，散热基板1用于承载芯片31，如图3和图4所示，散热基板1包括基板本体11、连接面115和散热柱114。基板本体11包括流体容腔111，流体容腔111内形成有多个流体通道112，基板本体11包括沿第一方向位于基板本体11两端的基板进液口113和基板出液口110，基板进液口113、基板出液口110与流体通道112连通。连接面115位于基板本体11的一侧，用于承载芯片31。散热柱114位于基板本体11背离连接面115的一侧。如图1和图2所示，散热器21设置于散热基板1背离连接面115的一侧，包括散热器进液口211和散热器出液口210，散热器进液口211与基板出液口110连通，散热器21包括凹陷部212，凹陷部212与基板本体11相对设置，且散热柱114伸入凹陷部212内并与凹陷部212的底壁接触。

本申请提供的功率模块散热结构2中，包括散热基板1与散热器21，散热基板1包括基板本体11、连接面115和散热柱114，其中连接面115用于连接芯片31，以对芯片31进行散热，具体地，连接面115与芯片31间接连接。基板本体11内包括流体容腔111，从而可通过基板对芯片31进行水冷散热。流体容腔111内形成有多个流体通道112，基板本体11包括基板进液口113和基板出液口110，基板进液口113、基板出液口110与流体通道112连通，从而流体可通过基板进液口113进入流体通道112，流经整个流体通道112后再由基板出液口110流出，从而可通过具有冷却功能的流体实现对芯片31的散热，通过设置流体通道112实现对流体的分流，可增加散热通路，增加热交换的面积，以实现对芯片31各个位置、或各个芯片31的均匀散热，并实现及时散热，以降低热量对芯片31性能的不良影响，从而保证芯片31的工作性能。散热基板1与散热器21连接，具体地，散热器进液口211与基板出液口110连通，即流体通道112与散热器21连通，从而当流体由基板进液口113进入流体通道112对芯片进行一次散热后，流体由基板出液口110流出散热基板1、并经散热器进液口211进入到散热器内，对芯片进行第二次散热，之后再经散热器出液口210流出，从而完成对芯片的一次完整散热过程，该功率模块散热结构2可增加对芯片进行散热的散热通路，增加了热交换面积，从而提高了散热效率，从而可实现对芯片31更好的散热效果。

具体地，散热基板1的边缘处设置有散热器安装孔，散热基板1通过散热器安装孔与散热器21相连。

具体地，如图2和图5所示，图5是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构中的散热器的结构示意图；散热器21设置于散热基板1背离连接面115的一侧，包括散热器进液口211和散热器出液口210，散热器进液口211与基板出液口110连通，冷却液经基板进液口113进入流体容腔111后可流经流体通道112、然后经基板出液口110流出，后经散热器21进入口进入散热器21内进一步进行散热，然后由散热器出液口210流出以对芯片31实现一次完整的散热过程。本申请提供的功率模块散热结构2，通过冷却液流经散热基板1以及散热器21对芯片31进行两次散热，增加了散热的通路和热交换面积，从而可进一步提升散热效率和稳定性，以提升散热的效果。有助于解决大功率芯片31的散热问题，同时可在不改变散热器21结构的基础上，直接在功率模块散热结构2内使用带有流体通道112的散热基板1，使用方便，且成本低。

本申请提供的功率模块散热结构2可大程度降低芯片的最高结温，相较于传统方案，最高结温降低21℃左右，可实现对于产品性能的极大提升。且本申请提供的功率模块散热结构2中，可使得功率模块散热结构2上芯片的温度较为均匀，基板进液口113侧与出液口侧最高结温相差8℃以内，有助于提升芯片的可靠性与性能。

具体地，散热器21包括凹陷部212，凹陷部212与基板本体11相对设置，且散热柱114伸入凹陷部212内并与凹陷部212的底壁接触，从而可进一步提升散热基板1向散热器21的热传递，以进一步提升散热的效果。

具体地，散热器进液口211与基板出液口110通过管道4连通，功率模块散热结构2中，散热器进液口211和散热器出液口210的排列方向可与基板进液口113和基板出液口110的排列方向相反，以使散热器进液口211与基板出液口110距离较近，从而可便于散热器进液口211与基板出液口110的连通。

具体地，当散热器进液口211与基板出液口110的尺寸不同时，可通过转接口5与管道4连接，从而可便于管道4的选择，即便于选择通用规格的、沿长度方向各横截面尺寸均一的管道4，从而可节省成本。

具体地，如图4所示，通过划分流体通道112的方式可降低基板进液口113与基板出液口110之间的散热差异，以提升散热均一性。

在一种可行的实施方式中，散热基板1的材质包含但不限于铜及铜合金、铝及铝合金、铝碳化硅复合材料。

在一种可行的实施方式中，请再次参考图3和图4，基板本体11包括相对设置的第一板体116和第二板体117，第一板体116和第二板体117之间形成流体容腔111，流体容腔111内形成有多个散热翅片12，相邻散热翅片12之间形成流体通道112，散热翅片12固定于第一板体116和/或第二板体117。

上述实施方式中，可通过设置散热翅片12的方式进行对流体进行隔离以形成多个流体通道112，使得流体的分布更为均匀，以实现对芯片31的充分、均匀散热。具体地，散热翅片12固定于第一板体116或第二板体117，或者散热翅片12的一侧与第一板体116固定、另一侧与第二板体117固定，本申请对此不作特别限定。

当同时固定于第一板体116和第二板体117时，可使得各个流体通道112在第一板体116和第二板体117的排列方向上的封闭度得到提高，可进一步降低相邻流体通道112之间的干扰。

在一种可行的实施方式中，请再次参考图4，散热翅片12包括隔离柱121，隔离柱121呈行列排布，相邻两行隔离柱121沿行方向错位设置，以使相邻两行隔离柱121在列方向上的正投影无交叠。

上述实施方式中，散热翅片12可包括间隔设置的多个隔离柱121，隔离柱121可对流体进行分流，每个隔离柱121可使得流体沿流动方向分离至隔离柱121的两侧，相邻隔离柱121之间形成流体通道112。

具体地，隔离柱121可为圆柱形结构，以提升分离至隔离柱121两侧的流体流量以及流速等的均一性，从而提升散热基板1对芯片31各个位置或各个芯片31的散热均一性。

具体地，隔离柱121呈行列排布，相邻两行隔离柱121沿行方向错位设置，以使相邻两行隔离柱121在列方向上的正投影无交叠，以使得隔离柱121的分布更为均匀，从而可使得流体的分布更为均匀。

在一种可行的实施方式中，如图6所示，图6是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构中散热基板的局部示意图；散热翅片12包括隔离板122，隔离板122的一端位于靠近基板进液口113一侧、另一端位于靠近基板出液口110的一侧，相邻隔离板122之间形成流体通道112；相邻隔离板122之间的间距相同。

上述实施方式中，散热翅片12包括隔离板122，隔离板122可进一步提升对流体的隔离程度，以使得流体分散并沿各个流体通道112流动。

上述实施方式中，相邻隔离板122之间的间距相同，可降低相邻流体通道112之间的差异，从而提升各流体通道112对芯片31温度降低效果的均一性。

在一种可行的实施方式中，如图6所示，隔离板122平行于基板进液口113与基板出液口110的排列方向，或者，隔离板122由靠近基板进液口113一端向靠近基板出液口110一端蜿蜒延伸(图中未示出)。

上述实施方式中，隔离板122平行于基板进液口113与基板出液口110的排列方向，从而可方便制备。

或者，或者，隔离板122由靠近基板进液口113一端向靠近基板出液口110一端蜿蜒延伸，从而可进一步提升流体的流动路径的长度以及与隔离板122的接触面积，以达到更充分的散热效果。

在一种可行的实施方式中，散热翅片12具有实心结构，可进一步提升流体与散热翅片12热交换过程中，散热翅片12与流体接触的体积，从而可进行更为充分的热交换。

在一种可行的实施方式中，如图7所示，图7是本申请实施例提供的一种功率模块散热结构中散热基板的仰视图；散热柱114设置于第二板体117，且散热柱114凸出于散热本体的边缘。

散热柱114可将散热基板1的热量进一步传递，以实现对散热基板1的进一步散热。具体地，散热柱114可采用空心的结构，以提升热传递的速度，从而提升散热效率。

在一种可行的实施方式中，流体容腔111内包括流体，流体包括水、乙二醇、油中的至少一者。其中，水、乙二醇、油均为具有冷却功能的液体，均可用作冷却液，且水、乙二醇、油的稳定性较强，不易发生化学反应而变质。

本申请实施例还提供了一种散热基板1，用于承载芯片31，包括基板本体11、连接面115和散热柱114。基板本体11包括流体容腔111，流体容腔111内形成有多个流体通道112，基板本体11包括沿第一方向位于基板本体11两端的基板进液口113和基板出液口110，基板进液口113、基板出液口110与流体通道112连通。连接面115位于基板本体11的一侧，用于承载芯片31。散热柱114位于基板本体11背离连接面115的一侧。

本申请提供的散热基板1中，包括基板本体11、连接面115和散热柱114，其中连接面115用于连接芯片31，以对芯片31进行散热，具体地，连接面115与芯片31间接连接。基板本体11内包括流体容腔111，从而可通过基板对芯片31进行水冷散热。流体容腔111内形成有多个流体通道112，基板本体11包括基板进液口113和基板出液口110，基板进液口113、基板出液口110与流体通道112连通，从而流体可通过基板进液口113进入流体通道112，流经整个流体通道112后再由基板出液口110流出，从而可通过具有冷却功能的流体实现对芯片31的散热，通过设置流体通道112实现对流体的分流，可增加散热通路，增加热交换的面积，以实现对芯片31各个位置、或各个芯片31的均匀散热，并实现及时散热，以降低热量对芯片31性能的不良影响，从而保证芯片31的工作性能。

本申请还提供了一种功率模块3，如图8所示，图8是本申请实施例提供的一种功率模块的结构示意图，包括本申请上述实施方式中提供的任意一种功率模块散热结构2。

具体地，功率模块3还包括芯片31、陶瓷覆铜板32等结构，具体地，还可包括栅电阻33等。

芯片31、栅电阻33可通过回流焊或者烧结银的方法连接在陶瓷覆铜板32上；除此以外芯片31安装需包括装片胶与垫片，装片胶起连接作用；垫片主要作用为平衡不同位置的高度。

具体地，陶瓷覆铜板32与散热基板1通过焊料钎焊、烧结银、固相扩散法、瞬时液相等方法直接相连。

具体地，功率模块3还包括外壳和连接端子等，本申请对此不作特别限定。

本申请提供的功率模块3中使用本申请上述实施方式中提供的任意一种功率模块散热结构2，功率模块散热结构2可大程度降低芯片31的最高结温，相较于传统方案，最高结温降低21℃左右，可实现对于产品性能的极大提升。且本申请提供的功率模块3中，如图8所示，当包括沿第一方向排列的三块芯片时，基板进液口113侧与基板出液口侧最高结温相差8℃以内，使得功率模块3的可靠性与产品性能得到提高。且如图9和图10所示，图9为对比例的仿真温度云图；图10为本申请提供的一种功率模块的仿真温度云图，对比图9、图10可以看出，本申请提供的功率模块的最大、最小温度均较图9中的功率模块低，且最大最小温度之间的温度差也进一步降低，即本申请提供的功率模块的散热效果好、散热均一性强。功率模块内最高结温相差8℃以内，使得功率模块3的可靠性与产品性能得到提高。

依照本申请如上文的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本申请以及在本申请基础上的修改使用。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种功率模块散热结构，其特征在于，包括：

散热基板，所述散热基板包括基板本体、连接面和散热柱，其中，所述基板本体包括流体容腔，所述流体容腔内形成有多个流体通道，所述基板本体包括沿第一方向位于所述基板本体两端的基板进液口和基板出液口，所述基板进液口、所述基板出液口与所述流体通道连通，所述连接面位于所述基板本体的一侧，用于承载所述芯片；所述散热柱位于所述基板本体背离所述连接面的一侧；

散热器，设置于所述散热基板背离所述连接面的一侧，包括散热器进液口和散热器出液口，所述散热器进液口与所述基板出液口连通，所述散热器包括凹陷部，所述凹陷部与所述基板本体相对设置，且所述散热柱伸入所述凹陷部内并与所述凹陷部的底壁接触。

2.根据权利要求1所述的功率模块散热结构，其特征在于，所述基板本体包括相对设置的第一板体和第二板体，所述第一板体和所述第二板体之间形成所述流体容腔，所述流体容腔内形成有多个散热翅片，相邻所述散热翅片之间形成所述流体通道，所述散热翅片固定于所述第一板体和/或所述第二板体。

3.根据权利要求2所述的功率模块散热结构，其特征在于，所述散热翅片包括隔离柱，所述隔离柱呈行列排布，相邻两行所述隔离柱沿行方向错位设置，以使相邻两行所述隔离柱在所述列方向上的正投影无交叠。

4.根据权利要求2所述的功率模块散热结构，其特征在于，所述散热翅片包括隔离板，所述隔离板的一端位于靠近所述基板进液口一侧、另一端位于靠近所述基板出液口的一侧，相邻所述隔离板之间形成所述流体通道；相邻所述隔离板之间的间距相同。

5.根据权利要求2所述的功率模块散热结构，其特征在于，所述隔离板平行于所述基板进液口与所述基板出液口的排列方向，或者，所述隔离板由靠近所述基板进液口一端向靠近所述基板出液口一端蜿蜒延伸。

6.根据权利要求2所述的功率模块散热结构，其特征在于，所述散热翅片具有实心结构。

7.根据权利要求2所述的功率模块散热结构，其特征在于，所述散热柱设置于所述第二板体，且所述散热柱凸出于所述散热本体的边缘。

8.根据权利要求1所述的功率模块散热结构，其特征在于，所述流体容腔内包括流体，所述流体包括水、乙二醇、油中的至少一者。

9.一种散热基板，其特征在于，用于承载芯片，包括：

基板本体，所述基板本体包括流体容腔，所述流体容腔内形成有多个流体通道，所述基板本体包括沿第一方向位于所述基板本体两端的基板进液口和基板出液口，所述基板进液口、所述基板出液口与所述流体通道连通；

连接面，位于所述基板本体的一侧，用于承载所述芯片；

散热柱，位于所述基板本体背离所述连接面的一侧。

10.一种功率模块，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的功率模块散热结构。