CN205069616U - 功率模块和具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率模块和具有其的车辆，其中功率模块包括：功率芯片，所述功率芯片的上表面引出有门极；两个绝缘散热基板，所述两个绝缘散热基板分别焊接在所述功率芯片的上下表面上，每个所述绝缘散热基板朝向另一个所述绝缘散热基板的表面上均设有第一金属层，位于所述功率芯片上方和下方的所述两个绝缘散热基板上分别引出有发射极和集电极，所述发射极和集电极分别与相对应的所述第一金属层相连。根据本实用新型的功率模块，缩短了散热路径、减小了热阻，同时两个绝缘散热基板可以使芯片的上下表面实现同时散热的目的，增强了功率模块的散热能力和可靠性。

Description

功率模块和具有其的车辆

技术领域

本实用新型涉及电子制造领域，更具体地，涉及一种功率模块和具有其的车辆。

背景技术

相关技术中的功率模块是通过在芯片上下表面焊接陶瓷覆铜基板，再将金属散热底板与陶瓷覆铜基板的金属层进行粘结来实现模块封装，最后通过对金属散热底板进行液体冷却的方式对模块进行双面冷却。这种功率模块由多层材料组成，结构较复杂，多层的结构阻碍了散热；散热底板材料热膨胀系数与芯片不匹配；多层结构及热膨胀系数不匹配使得每一层都会成为潜在的损坏点；封装过程中需要进行两次焊接工序，增加了成本。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种功率模块，该功率模块的结构简单、散热性好、可靠性高。

本实用新型还提出一种具有上述功率模块的车辆。

根据本实用新型第一方面的功率模块，包括：功率芯片，所述功率芯片的上表面引出有门极；两个绝缘散热基板，所述两个绝缘散热基板分别焊接在所述功率芯片的上下表面上，每个所述绝缘散热基板朝向另一个所述绝缘散热基板的表面上均设有第一金属层，位于所述功率芯片上方和下方的所述两个绝缘散热基板上分别引出有发射极和集电极，所述发射极和集电极分别与相对应的所述第一金属层相连。

根据本实用新型的功率模块，通过将功率芯片的上下表面分别与两个绝缘散热基板相连，省去了相关技术中的双面覆铜陶瓷基板，缩短了散热路径、减小了热阻，同时两个绝缘散热基板可以使功率芯片的上下表面实现同时散热的目的，大大地增强了功率模块的散热能力，从而提高了功率模块的可靠性，延长了功率模块的使用寿命，该功率模块的结构简单、生产工序简易、生产率较高。

根据本实用新型第二方面的车辆，包括根据上述实施例所述的功率模块。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的功率模块的结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的功率模块的绝缘散热基板的部分结构示意图。

附图标记：

功率模块100；

壳体10；冷却液11；入口12；出口13；

芯片20；第二金属层201；焊料21；门极22；

绝缘散热基板30；散热部31；散热片311；第一金属层32；发射极33；集电极34；

塑封体40；连接垫50。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面首先结合附图1至图2具体描述根据本实用新型第一方面实施例的功率模块100。

根据本实用新型实施例的功率模块100包括功率芯片20和两个绝缘散热基板30。具体而言，功率芯片20的上表面引出有门极22，两个绝缘散热基板30分别焊接在功率芯片20的上下表面上，每个绝缘散热基板30朝向另一个绝缘散热基板30的表面上均设有第一金属层32，位于功率芯片20上方和下方的两个绝缘散热基板30上分别引出有发射极33和集电极34，发射极33和集电极34分别与相对应的第一金属层32相连。

如图1所示，功率模块100主要由功率芯片20和两个绝缘散热基板30组成。其中，功率芯片20和两个绝缘散热基板30均沿水平方向(如图1所示的左右方向)延伸，而两个绝缘散热基板30分别设在功率芯片20的上下两侧，可以理解的是，功率芯片20的上表面与两个绝缘散热基板30中的一个的下表面焊接相连，而功率芯片20的下表面与另一个绝缘散热基板30的上表面焊接相连，即功率芯片20的上表面和下表面分别与两个绝缘散热基板30之间通过焊料21实现连接。

其中，功率芯片20的上表面和下表面上分别具有有第二金属层201，两个绝缘散热基板30分别与功率芯片20上的第二金属层201焊接相连。

可选地，功率芯片20的背面(如图1所示的下表面)的第二金属层201可以是分层设置的钛层、镍层、银层，即首先功率芯片20的下表面设置钛层，然后在钛层上分别依次设置镍层和银层，当然，功率芯片20的下表面的第二金属层201还可以为其他可以焊接的金属。

而功率芯片20的正面(如图1所示的上表面)上的第二金属层201可以为铝层，然后在铝层上化学镀镍磷合金；或者首先在铝层上化学镀镍磷合金，然后在镍磷合金层上镀金层；还可以为分层设置的镍层、钯层、金层等可焊的金属，即首先在功率芯片20的上表面设置镍层，然后在镍层上分别依次设置钯层和金层。这样既易于实现功率芯片20与两个绝缘散热基板30的焊接，又方便使得功率芯片20与两个绝缘散热基板30之间进行热量的传导。

而如图1和图2所示，每个绝缘散热基板30上设有第一金属层32，其中第一金属层32可以附着在每个绝缘散热基板30的外表面以增强绝缘散热基板30的散热功能，也可以设在绝缘散热基板30朝向功率芯片20的一侧表面上(如图1所示，位于功率芯片20上方的绝缘散热基板30的下表面和位于功率芯片20下方的绝缘散热基板30的上表面)。

其中，位于功率芯片20下方的绝缘散热基板30上设有的集电极34，也就是说，集电极34通过绝缘散热基板30上的第一金属层32与功率芯片20的背面(如图1所示的下表面)实现电连接，而功率芯片20的正面(如图1所示的上表面)上设有门极22，位于功率芯片20上方的绝缘散热基板30上设有发射极33，发射极33通过第一金属层32与功率芯片20的正面(如图1所示的上表面)实现电连接。

而相关技术中的功率模块的芯片首先需焊接在覆铜陶瓷基板上，然后再在覆铜陶瓷基板上焊接散热板，结构较复杂，多层结构阻碍了芯片的散热，芯片的散热效果较差，并且该功率模块的生产工序复杂、成本高、生产效率较低。

由此，根据本实用新型实施例的功率模块100，通过将功率芯片20的上下表面分别与两个绝缘散热基板30相连，省去了相关技术中的覆铜陶瓷基板，缩短了散热路径、减小了热阻，同时两个绝缘散热基板30可以使功率芯片20的上下表面实现同时散热的目的，大大地增强了功率模块100的散热能力，从而提高了功率模块100的可靠性，延长了功率模块100的使用寿命，该功率模块100的结构简单、生产工序简易、生产率较高。

可选地，该第一金属层32可以为铜层或铝层，两个绝缘散热基板30可以为陶瓷基板，陶瓷基板的外表面附着有铜层或铝层，采用陶瓷基板进行散热可以确保了热源紧靠在绝缘散热基板30上，陶瓷基板以其惰性的优势，可以随意选择需要的冷却液11。当然，本实用新型的绝缘散热基板30的材料并不限于此，两个绝缘散热基板30须具有散热好、与功率芯片20以及其他电器件连接和导电性好、与外界绝缘等的特点。

进一步地，两个绝缘散热基板30与功率芯片20相背的一侧分别设有散热部31，两个散热部31增大了功率模块100与周围流体的热交换面积，即增大了散热面积，使功率芯片20的上表面和下表面能够同时得到散热，从而增强了功率模块100的散热性能，提高了可靠性。

可选地，每个散热部31为多个沿相应的绝缘散热基板30的长度方向间隔布置的散热片311。也就是说，位于功率芯片20下方的绝缘散热基板30的散热部31和位于功率芯片20上方的绝缘散热基板30的散热部31均形成为多个散热片311，多个散热片311分别沿对应的绝缘散热基板30的长度方向(如图1所示的左右方向)间隔开布置，每个散热片311沿垂直于绝缘散热基板30的表面的方向延伸。由此，通过在两个绝缘散热基板30与功率芯片20相背的一侧分别设置多个散热片311，大大地增加了散热部31与外界流体对流的散热面积，从而提高了功率模块100的散热能力，进一步提高了功率模块100的可靠性。

在本实用新型的一些具体实施方式中，功率模块100还包括填充有冷却液11的壳体10，至少一个绝缘散热基板30的至少一部分位于壳体10内。也就是说，功率模块100主要由壳体10、功率芯片20和两个绝缘散热基板30组成，其中，两个绝缘散热基板30的至少一部分设在壳体10内。这样，壳体10内的冷却液11可以与绝缘散热基板30接触，从而提高功率模块100的散热能力和可靠性。优选地，壳体10的制造材料为耐腐蚀性强、高绝缘性、耐高温的材料，从而提高功率模块100的壳体10的使用寿命。

如图1所示，在本实施例中，壳体10为两个，每个绝缘散热基板30的至少一部分位于壳体10内。可以理解的是，两个绝缘散热基板30的散热部31均设在壳体10内，这样功率芯片20产生的热量由功率芯片20的上下表面的第二金属层201传导到两个绝缘散热基板30，再利用循环流动的冷却液11流经置于壳体10内的绝缘散热基板30，冷却液11直接对两个绝缘散热基板30进行循环冷却散热，从而实现对功率模块100散热的目的，从而提高功率模块100的散热能力和可靠性。

进一步地，壳体10具有入口12和出口13以构造出冷却液11循环的流动通道(未示出)，绝缘散热基板30的散热部31位于设在壳体10内。具体地，如图1所示，壳体10上具有相互连通的入口12和出口13，入口12和出口13分别设在壳体10的左右两侧以增加冷却液11在壳体10内的流动时间，保证绝缘散热基板30的散热部31可以与周围的冷却液11进行充分的热交换。

可选地，壳体10内的流动通道可以是壳体10内除去散热部31的有效空间，也可以为在壳体10内另设的流体通道。通过在壳体10上设置入口12和出口13，使冷却液11可以不断地从入口12流入流动通道内，冷却液11经过与壳体10内的散热部31的热交换，带走热量并从出口13流出，加强了冷却液11与功率模块100的对流散热，从而延长了功率模块100的使用寿命。

当然，功率芯片20、两个绝缘散热基板30还可以设在一个壳体10内，冷却液11在壳体10内循环流动，使壳体10内的各器件浸泡在冷却液11中，此时，冷却液11可以与两个绝缘散热基板30的散热部31进行热交换，还可以与可以内的其他器件实现全方位的热交换，进一步地增加了功率模块100与冷却液11对流的散热面积，从而提高了功率模块100的散热能力，进一步提高了功率模块100的可靠性。

有利地，功率芯片20与冷却液11的液面的最短距离为1mm。与相关技术中的功率模块的厚度相比，本实用新型实施例的功率模块100的厚度较小，壳体10内的冷却液11与功率芯片20表面的距离较近，缩短了散热路径，减小了热阻，冷却液11可以快速地带走功率芯片20的上表面和下表面的热量，从而达到散热的目的，提高功率模块100的散热性能，延长功率模块100的使用寿命。

其中，每个绝缘散热基板30为导热系数大于170W/m.K的ALN件或导热系数大于22W/m.K的AL₂O₃。换言之，绝缘散热基板30的制作材料可以采用氮化铝或三氧化二铝，若绝缘散热基板30的材料为氮化铝时，该材料的导热系数须大于170W/m.K，若绝缘散热基板30的材料为三氧化二铝时，该材料的导热系数须大于22W/m.K，然后在绝缘散热基板30的表面以及散热片311的表面采用铜或者铝进行表面金属化，当然，散热片311也可以直接用金属材料制造以增强散热片311与冷却液11的热交换。

在本实用新型的另一些具体实施方式中，功率模块100还包括连接垫50，连接垫50设在功率芯片20的上方且位于绝缘散热基板30和功率芯片20之间，连接垫50的一侧与绝缘散热基板30焊接相连，另一侧与第二金属层201焊接相连

也就是说，该实施例中的功率模块100主要由芯片20、两个绝缘散热基板30和连接垫50组成。其中，连接垫50设在功率芯片20与位于功率芯片20上方的绝缘散热基板30之间，具体地，连接垫50的上表面和下表面分别通过焊料21与绝缘散热基板30和功率芯片20上表面的第二金属层201实现连接。可选地，连接垫50与门极22间隔开布置在功率芯片20的上表面，由于功率芯片20的上表面设有门极22，通过将连接垫50设在功率芯片20的上表面与绝缘散热基板30之间，可以保证功率芯片20与绝缘散热基板30的安全高度，避免门极21、发射极33和集电极34与其他器件发生干涉。可选地，连接垫50的材料为铜、钼或铜钼复合材料，由此，可以使绝缘散热基板30上的发射极33与功率芯片20实现电连接，保证功率芯片20的正常功能。

另外，根据本实用新型的一个实施例，还包括塑封体40，塑封体40包覆功率芯片20的外周壁且与两个绝缘散热基板30相连。这样将功率芯片20以及其他电子元件用塑封体40进行封装，而壳体10将绝缘散热基板30的散热部31包覆，既可以保证功率模块100的结构紧凑性，又可以保证功率模块100的功能可靠性，该功率模块100的结构简单、散热性能好、可靠性高。

根据本实用新型第二方面实施例的车辆包括根据上述实施例的功率模块100，例如，当功率模块100应用在汽车上时，功率模块100可以分别与汽车的驱动电路和电机连接，由驱动电路驱动功率模块100工作，通过改变功率模块100的导通占空比、而改变电机的电流大小，进而改变电机的转速以及电机的输出功率。由于根据本实用新型实施例的功率模块100具有上述技术效果，因此，根据本申请实施例的车辆也具有上述技术效果，即该车辆的散热效果好，综合性能高。

根据本实用新型实施例的车辆的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“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。

在本实用新型中，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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实用新型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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，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以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种功率模块，其特征在于，包括：

功率芯片，所述功率芯片的上表面引出有门极；

两个绝缘散热基板，所述两个绝缘散热基板分别焊接在所述功率芯片的上下表面上，每个所述绝缘散热基板朝向另一个所述绝缘散热基板的表面上均设有第一金属层，位于所述功率芯片上方和下方的所述两个绝缘散热基板上分别引出有发射极和集电极，所述发射极和集电极分别与相对应的所述第一金属层相连。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，每个所述绝缘散热基板的背离另一个所述绝缘散热基板的侧壁上均设有散热部。

3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一金属层为铜层或铝层。

4.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，还包括至少一个填充有冷却液的壳体，所述绝缘散热基板的至少一部分位于所述壳体内。

5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述壳体为两个，每个所述绝缘散热基板的至少一部分分别位于所述壳体内。

6.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述壳体具有入口和出口以构造出所述冷却液循环的流动通道。

7.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述绝缘散热基板的所述散热部位于设在所述壳体内。

8.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，每个所述散热部为多个沿相应的所述绝缘散热基板的长度方向间隔布置的散热片。

9.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包括连接垫，所述连接垫设在所述功率芯片的上方且位于所述绝缘散热基板和所述功率芯片之间，所述连接垫的一侧与所述绝缘散热基板焊接相连，另一侧与所述功率芯片的上表面焊接相连。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的功率模块，其特征在于，还包括塑封体，所述塑封体包覆所述功率芯片的外周壁且与所述两个绝缘散热基板相连。

11.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-10中任一项所述的功率模块。