CN208240652U - 功率模块及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种功率模块及空调器，该功率模块包括：安装基板及散热基板，安装基板和散热基板上设置有固定导电部；功率组件，功率组件夹设于安装基板和散热基板之间，功率组件通过导电部与安装基板和散热基板固定连接。本实用新型解决了功率模块采用金属绑线、塑封工艺，导致功率模块尺寸无法进一步减小，使得功率模块在实际应用的过程中，导致PCB板布局复杂，以及工艺步骤繁多且复杂，导致生产周期较长的问题。

Description

功率模块及空调器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种功率模块及空调器。

背景技术

功率模块(Intelligent Power Module)，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品，一般应用于驱动风机、压缩机等设备的电控板上。

在制作功率模块的过程中，功率模块中的晶圆大多需要采用金属绑线实现电连接，这就需要绑线键合的工艺以及绑线机器来实现，金属绑线的材质比较软，无法实现重压，因此必须采用封装壳体进行封装，这就需要封装模具对功率模块进行封装成型，并且在封装成型的过程中需进行长时间的高温后固化，增加了设备投入与材料消耗；这种制作功率模块的工艺步骤繁多且复杂，导致生产周期较长。

更重要的是，上述功率模块采用金属绑线、塑封工艺，导致功率模块尺寸无法进一步减小，使得功率模块在实际应用的过程中，导致PCB板布局复杂。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种功率模块及空调器，旨在解决功率模块采用金属绑线、塑封工艺，导致功率模块尺寸无法进一步减小，使得功率模块在实际应用的过程中，导致PCB板布局复杂，以及工艺步骤繁多且复杂，导致生产周期较长的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种功率模块，所述功率模块包括：

安装基板及散热基板，所述安装基板和所述散热基板上设置有固定导电部30；

功率组件，所述功率组件夹设于所述安装基板和所述散热基板之间，所述功率组件通过所述固定导电部分别与安装基板和所述散热基板固定连接。

可选地，所述安装基板和所述散热基板之间还设置有密封胶，以将所述功率组件封装在所述安装基板和所述散热基板内。

可选地，所述安装基板和所述散热基板上还设置有电路布线层，以供所述功率组件中各电子元件之间的电连接。

可选地，所述功率模块还包括引脚，所述安装基板上还设置有通孔，所述引脚通过所述通孔及所述电路布线层与所述功率组件中各电子元件电连接。

可选地，所述安装基板和所述散热基板上还夹设有锡球，以供所述安装基板上的电路布线层和所述散热基板上的电路布线层电连接。

可选地，所述功率组件为IGBT和二极管，和/或，所述功率组件为MOS管。

可选地，在所述功率组件为MOS管时，所述功率模块还包括驱动芯片，所述驱动芯片的数量和位置与所述MOS管对应设置。

可选地，所述固定导电部的材质为导电胶或者锡膏。

可选地，所述安装基板为金属基板或者陶瓷基板，和/或，所述散热基板为金属基板或者陶瓷基板。

本实用新型还提出一种空调器，包括如上所述的功率模块；所述功率模块包括：安装基板及散热基板，所述安装基板和所述散热基板上设置有固定导电部；功率组件，所述功率组件夹设于所述安装基板和所述散热基板之间，所述功率组件通过所述固定导电部分别与安装基板和所述散热基板固定连接。

本实用新型功率模块通过设置功率组件、散热基板和安装基板，并在散热基板和安装基板上设置导电连接部，以将功率组件夹设于所述安装基板和所述散热基板之间时，通过导电连接部实现功率组件与散热基板，以及功率组件和安装基板之间的电连接和物理连接固定，功率组件中集成的多个功率开关管通过散热基板和安装基板上的导电连接部，组成驱动逆变电路，并在接收到相应的控制信号时，输出驱动电源以驱动风机、压缩机等负载工作。本实用新型将功率组件夹设于所述安装基板和所述散热基板之间，并通过导电连接部实现电连接和物理连接固定。如此设置，使得功率模块无需采用金属绑线实现电连接，减少了在采用绑线键合的工艺以及绑线机器来实现电连接时，由于金属绑线的材质比较软，无法实现重压，因此必须采用封装壳体进行封装的工艺。并且在封装成型的过程中需进行长时间的高温后固化，增加了设备投入与材料消耗。本实用新型解决了功率模块采用金属绑线、塑封工艺，导致功率模块尺寸无法进一步减小，使得功率模块在实际应用的过程中，导致PCB板布局复杂，以及工艺步骤繁多且复杂，导致生产周期较长的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型功率模块一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型功率模块另一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	安装基板	50	密封胶
20	散热基板	60	电路布线层
				30	固定导电部	70	引脚
40	功率组件	80	锡球

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种功率模块。

该功率模块适用于驱动电机的变频器及各种逆变电源中，以实现变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动等功能。尤其适用于驱动空调、冰箱等压缩机的电机工作。

参照图1及图2，在本实用新型一实施例中，该一种功率模块包括：

安装基板10及散热基板20，所述安装基板10和所述散热基板20上设置有固定导电部30；

功率组件40，所述功率组件40夹设于所述安装基板10和所述散热基板20之间，所述功率组件40通过所述固定导电部30分别与安装基板10和所述散热基板20固定连接。

本实施例中，安装基板10和散热基板20可以采用PCB板、引线框架、纸板、半玻纤板、玻纤板等材料所制成的电路基板实现，还可以是铝及铝制合金，铜及铜制合金等金属基板，或者氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)等陶瓷基板，或者其他具有高导热散热性能的材料制得的基板来实现。具体实施例中，散热基板20与安装基板10可以两者均采用氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板，此外在兼顾散热性能与成本时，散热基板20可以采用氮化铝陶瓷基板，而安装基板10则可以采用氧化铝陶瓷基板。散热基板20和安装基板10均采用散热效果较好的基板来实现，使得功率模块中的功率组件40通过上下两个基板进行散热，可以提高功率模块的散热效率，有利于避免功率模块因温升过高而造成驱动失效的问题发生。

安装基板10和散热基板20的形状可以根据高集成功率模块中集成于散热基板20的功率组件40的具体位置及大小确定，可以为方形，但不限于方形。在一些实施例中，安装基板10和散热基板20上还可以根据散热基板20的材质设置绝缘层(图未示出)，例如在散热基板20采用铝材或者铜材等具有导电性能的材质来实现时，绝缘层可选采用热塑性胶或者热固性胶等材料制成，以实现散热基板20与电路布线层60之间的固定连接且绝缘。绝缘层可以采用环氧树脂、氧化铝、高导热填充材料一种或多种材质混合实现的高导热绝缘层来实现。

功率组件40中集成了多个功率开关管，多个功率开关管组成驱动逆变电路，例如可以由六个功率开关管组成三相逆变桥电路，或者由四个功率开关管组成两相逆变器桥电路。其中，各功率开关管可以采用MOS管或者IGBT来实现。多个功率开关管组成功率逆变桥电路，用于驱动风机、压缩机等负载工作，各个功率开关管设置在安装基板10和散热基板20对应的安装位上后，可通过焊锡等导电材料设置于安装基板10和散热基板20上并与各功率开关管并形成电流回路。各功率开关管还可以通过倒装的工艺贴设于安装基板10和散热基板20对应的安装位上。可以理解的是，上述功率组件40中的电子元件可以采用裸晶圆来实现，也可以采用经过封装后的贴片元件来实现。

本实施例中，固定导电部设置分别在安装基板10及散热基板20上，固定导电部30可以为锡膏或导电银浆。在生产制造过程中，可以先在散热基板20表面印刷锡膏层，通过SMT贴片技术，将功率组件40的电子元件，例如晶圆贴覆在锡膏层，以实现功率组件40与散热基板20之间的电连接和物理连接固定，然后再在安装基板10印刷锡膏，或涂覆导电银浆，将已焊接晶圆的散热基板20与底部基板进行焊接。可以理解的是，上述在散热基板20和安装基板10表面印刷锡膏层的工艺步骤可以同时进行，也可以先后进行，或者先在安装基板10印刷锡膏，然后在散热基板20表面印刷锡膏层，此处不做限制。在实际应用过程中，安装基板10的锡膏焊接厚度应尽量厚，以弥补晶圆厚度差异造成的虚焊。

本实用新型功率模块通过设置功率组件40、散热基板20和安装基板10，并在散热基板20和安装基板10上设置导电连接部，以将功率组件40夹设于所述安装基板10和所述散热基板20之间时，通过导电连接部实现功率组件40与散热基板20，以及功率组件40和安装基板10之间的电连接和物理连接固定，功率组件40中集成的多个功率开关管通过散热基板20和安装基板10上的导电连接部，组成驱动逆变电路，并在接收到相应的控制信号时，输出驱动电源以驱动风机、压缩机等负载工作。本实用新型将功率组件40夹设于所述安装基板10和所述散热基板20之间，并通过导电连接部实现电连接和物理连接固定。如此设置，使得功率模块无需采用金属绑线实现电连接，减少了在采用绑线键合的工艺以及绑线机器来实现电连接时，由于金属绑线的材质比较软，无法实现重压，因此必须采用封装壳体进行封装的工艺。并且在封装成型的过程中需进行长时间的高温后固化，增加了设备投入与材料消耗。此外，由于不受绑线高度限制，所以模块封装厚度可以更薄，散热效果较佳。本实用新型解决了功率模块采用金属绑线、塑封工艺，导致功率模块尺寸无法进一步减小，使得功率模块在实际应用的过程中，导致PCB板布局复杂，以及工艺步骤繁多且复杂，导致生产周期较长的问题。

参照图1及图2，在一可选实施例中，所述安装基板10和所述散热基板20之间还设置有密封胶50，以将所述功率组件40封装在所述安装基板10和所述散热基板20内。

本实施例中，密封胶50可选采用低温固化胶，如流动性较好的填充胶，密封胶50可选在安装基板10及散热基板20的边缘及缝隙内，也即功率组件40的四周进行填充，以对功率组件40及其电路布线进行密封封装，从而避免灰尘、水蒸气等进入功率模块的内部而影响功率模块正常工作，以及实现功率组件40与安装基板10及散热基板20一体设置。可以理解的是，相较于采用塑封壳体的封装形式，本实施例采用密封胶50对功率模块进行密封，无需采用封装模具对功率模块进行塑封成型，减少了封装设备的投入以及材料消耗。并且还避免了在封装成型的过程中需进行长时间的高温后固化，导致工艺步骤繁多且复杂，导致生产周期较长的问题。

参照图1及图2，在一可选实施例中，所述安装基板10和所述散热基板20上还设置有电路布线层60，以供所述功率组件40中各电子元件之间的电连接。

本实施例中，电路布线层60根据功率模块的电路设计，分别在安装基板10和散热基板20的表面形成对应的线路以及对应供各电子元件安装的安装位，即焊盘，在一些实施例中，可以在安装基板10和散热基板20上设置好绝缘层后，将铜箔铺设在绝缘层上，并按照预设的电路设计蚀刻所述铜箔，从而形成电路布线层60。功率组件40中各电子元件分别对应设置在电路布线层60的安装位上，通过焊锡等导电材料与电路布线层60实现电连接，形成电流回路。在功率模块工作时，将热量之间传导至安装基板10和散热基板20上，以通过安装基板10、散热基板20进行散热。可以理解的是，本实用新型功率模块无需封装壳体，功率器件中的电子元件产生的热量传导至散热基板20和安装基板10后可以直接，以增大热量与空气的接触面积，提高功率模块的散热速率。

参照图1及图2，在一可选实施例中，所述功率模块还包括引脚70，所述安装基板10上还设置有通孔，所述引脚70通过所述通孔及所述电路布线层60与所述功率组件40中各电子元件电连接。

本实施例中，引脚70可以采用鸥翼型引脚70或者直插型引脚70来实现，本实施例可选为直插型引脚70，引脚70通过通孔设置在电路布线层60对应的安装位上的焊盘位置，并通过通孔和与电路布线层60与功率组件40电连接，在实际应用时，通过引脚与外部电路模块进行通信，实现电源信号、控制信号的输入，以及驱动信号的输出，从而驱动电机等负载工作。

可以理解的是，在一些实施例中，功率模块还可以以贴片形式实现，在以贴片形式实现时，在安装基板10背离散热基板20的一侧，还设置有安装位，以及焊盘以将功率模块固定安装在PCB板等载体上。

参照图1及图2，在一可选实施例中，所述安装基板10和所述散热基板20上还夹设有锡球80，以供所述安装基板10上的电路布线层60和所述散热基板20上的电路布线层60电连接。

本实施例中，在安装基板10和所述散热基板20的电路布线层60上还夹设有锡球80，锡球80的直径与晶圆的厚度相同或者基本保持一致，在实际应用过程中，在散热基板20与安装基板10的对应的电路布线层60等连接处植入锡球80，经回流焊接后，将功率组件40的晶圆固定在散热基板20上，从而实现功率组件40与安装基板10上的电路布线层60之间，功率组件40与所述散热基板20上的电路布线层60之间，以及安装基板10上的电路布线层所述散热基板20上的电路布线层60之间电连接和物理连接固定。

参照图1及图2，在一可选实施例中，所述功率组件40为IGBT和二极管，和/或，所述功率组件40为MOS管。

本实施例中，功率组件40包括多个功率开关管，功率开关管的数量可以是四个也可以是六个，本实施例可选为六个。六个功率开关管组成组成三相逆变桥电路，三相逆变桥电路包括三相上桥臂功率开关管和三相下桥臂功率开关管。其中，三相上桥臂功率开关管和三相下桥臂功率开关管可以全部或者部分采用MOS管来实现，也可以是全部或者部分采用IGBT来实现，还可以是全部或者部分采用HEMT来实现。如此设置，有利于根据SiC、GaN材料制成的器件开关速度快的特点，以减小高集成智能功率模块的开关损耗，进而有利于节约电能、降低模块发热。进一步地，IGBT和/或MOSFET可选采用SiC材料制得的功率管来实现。HEMT可选采用GaN材料制得的功率管来实现。本实施例中，三相上桥臂功率开关管和三相下桥臂功率开关管中的六个功率开关管可选为均采用IGBT来实现。

可以理解的是，在一些实施例中，当散热基板20和安装基板10上均设置有电路布线层60时，功率组件40中的各电阻元件可以采用双面贴片，在实际应用时，可以将IGBT的集电极(或MOS的漏极)、二极管的阳极极(或负极)贴于散热基板20一侧表面上的电路布线层60，而IGBT的发射极(或MOS的源极)、二极管的负极贴于安装基板10一侧表面上的电路布线层60，在将IGBT(或MOS)、二极管贴于散热基板20和安装基板10前，可以通过导电固定材料(锡膏或导电银浆)，具体实施过程中，可以先在电路布线层60上印刷锡膏，或涂覆导电银浆，然后通过SMT贴片技术，将晶圆贴覆在锡膏层上，从而将晶圆固定在散热基板20和安装基板10之间，从而通过散热基板20和安装基板10一侧表面上的电路布线层60，实现功率组件40中各电子元件的电连接。之后，即可在散热基板20与安装基板10之间填充密封胶50进行封胶，从而对功率模块内部功率器件及走线进行保护。其中，散热基板20和安装基板10上的锡膏焊接厚度应尽量厚，以避免由于晶圆厚度差异出现晶圆虚焊的问题。

参照图1及图2，上述实施例中，当功率开关管采用IGBT来实现时，功率组件40还包括多个多个二极管，多个所述二极管可以是硅型快速恢复二极管，以保证功率模块的自身的功耗较低的同时，降低高集成智能功率模块的生产成本。二极管的数量和位置与功率开关管的对应，二极管为高功率反并联二极管，用于实现功率开关管的快速关断。

参照图1及图2，上述实施例中，当所述功率组件40为MOS管时，所述功率模块还包括驱动芯片(图未标示)，所述驱动芯片的数量和位置与所述MOS管对应设置。

本实施例中，为了提高功率模块的集成度，在一些实施例中，还可以对应每一MOS管设置一驱动芯片工作，或者采用一驱动芯片同时驱动多个MOS管工作。在采用对应每一MOS管设置一驱动芯片工作的实施例中，驱动芯片的数量和位置与MOS管对应设置，驱动芯片用于接收外部的控制信号，并将控制信号转换为逻辑驱动信号，以驱动功率组件40中对应的MOS管导通/关闭，从而驱动电机等负载工作。

本实用新型还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的功率模块。该功率模块的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型空调器中使用了上述功率模块，因此，本实用新型空调器的实施例包括上述功率模块全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种功率模块，其特征在于，所述功率模块包括：

安装基板及散热基板，所述安装基板和所述散热基板上设置有固定导电部；

功率组件，所述功率组件夹设于所述安装基板和所述散热基板之间，所述功率组件通过所述固定导电部分别与安装基板和所述散热基板固定连接。

2.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述安装基板和所述散热基板之间还设置有密封胶，以将所述功率组件封装在所述安装基板和所述散热基板内。

3.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述安装基板和所述散热基板上还设置有电路布线层，以供所述功率组件中各电子元件之间的电连接。

4.如权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括引脚，所述安装基板上还设置有通孔，所述引脚通过所述通孔及所述电路布线层与所述功率组件中各电子元件电连接。

5.如权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述安装基板和所述散热基板上还夹设有锡球，以供所述安装基板上的电路布线层和所述散热基板上的电路布线层电连接。

6.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率组件为IGBT和二极管，和/或，所述功率组件为MOS管。

7.如权利要求5所述的功率模块，其特征在于，在所述功率组件为MOS管时，所述功率模块还包括驱动芯片，所述驱动芯片的数量和位置与所述MOS管对应设置。

8.如权利要求1至7任意一项所述的功率模块，其特征在于，所述固定导电部的材质为导电胶或者锡膏。

9.如权利要求1至7任意一项所述的功率模块，其特征在于，所述安装基板为金属基板或者陶瓷基板，和/或，所述散热基板为金属基板或者陶瓷基板。

10.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的功率模块。