CN210296359U - 一种叠层封装功率模块及功率模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种叠层封装功率模块及功率模组，该功率模块包括顶部集成基板及底部集成基板，所述顶部集成基板包括顶部壳体及顶部绝缘层，所述顶部绝缘层的表面设有顶部导电层；所述底部集成基板包括底部壳体及底部绝缘层，所述底部绝缘层的表面设有底部导电层，所述顶部导电层及底部导电层之间具有缝隙、且两者之间通过导电立柱连通；所述顶部导电层与底部导电层上均设有功率芯片，所述顶部集成基板的两端均设有第一安装孔，所述底部集成基板上设有与所述第一安装孔相对应的第二安装孔。本实用新型结构简单，能够降低功率开关器件的热阻，满足系统应用对功率模块的不同功率需求，提高功率模块的可靠性。

Description

一种叠层封装功率模块及功率模组

技术领域

本实用新型涉及电力电子功率模块，具体涉及一种叠层封装功率模块及功率模组。

背景技术

电力电子技术在当今快速发展的工业领域占有非常重要的地位，电力电子功率模块作为电力电子技术的代表，已广泛应用于电动汽车，光伏发电，风力发电，工业变频等行业。随着我国工业的崛起，电力电子功率模块有着更加广阔的市场前景。

现有电力电子功率模块封装体积大，重量重，还需附带额外的散热结构装置，不符合电动汽车等领域的高功率密度要求，系统结构简单的要求。另外，随着应用端功率密度的不断升级，现有功率模块的封装结构已经阻碍了功率密度的进一步提升，必须开发出更加有效的散热结构才能满足功率密度日益增长的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种叠层封装功率模块及功率模组，结构简单，能够降低功率开关器件的热阻，满足系统应用对功率模块的不同功率需求，提高功率模块的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种叠层封装功率模块，包括顶部集成基板以及与所述顶部集成基板相适配的底部集成基板，所述顶部集成基板包括顶部壳体及安装在顶部壳体内的顶部绝缘层，所述顶部绝缘层的表面设有顶部导电层；所述底部集成基板包括底部壳体及安装在底部壳体内的底部绝缘层，所述底部绝缘层的表面设有底部导电层，所述顶部导电层及底部导电层之间具有缝隙、且顶部导电层与底部导电层之间通过导电立柱连通；所述顶部导电层与底部导电层上均设有功率芯片，所述顶部集成基板的两端均设有第一安装孔，所述底部集成基板的两端设有与所述第一安装孔相对应的第二安装孔，所述第一安装孔、第二安装孔与顶部集成基板的表面形成液流通道。

作为上述技术方案的进一步改进：

还包括输入功率端子、输出功率端子，所述输入功率端子包括正极输入端子及负极输入端子，所述正极输入端子及负极输入端子的一端与底部导电层连通，所述输出功率端子的一端与顶部导电层连通，所述正极输入端子、负极输入端子及输出功率端子的另一端均延伸到功率模块的外部。

所述底部导电层分为两个区域，且两个区域之间相互绝缘，所述正极输入端子、负极输入端子分别连接底部导电层的两个区域。

所述顶部导电层与底部导电层上所安装的功率芯片相互错开，且两导电层上的功率芯片分别通过信号键合线、以及与信号键合线连接的信号端子延伸到模块的外部。

所述导电立柱安装在所述功率芯片的上侧面；所述顶部集成基板的表面设有多个用于散热的凸起。

所述功率芯片通过焊接或烧结分别固定在顶部导电层及底部导电层的表面，所述功率芯片为半桥回路、全桥回路或H桥回路中任一回路的开关功率器件。

所述第二安装孔的边缘设有垂直向第一安装孔方向延伸的凸缘，且所述凸缘与第一安装孔的大小相适配。

一种功率模组，包括多个功率模块，多个功率模块相互层叠设置，所述功率模块的两端设有与其配合的上盖和下盖，所述下盖的两端分别设有与所述功率模块上第一安装孔及第二安装孔相对应的进液孔及出液孔，所述上盖、下盖与功率模块通过连接和密封形成功率模组，所述进液孔、出液孔与功率模块之间形成液流通道。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述上盖上设有与所述进液孔、出液孔相对应的开孔，所述上盖、下盖及功率模块通过安装于进液孔、出液孔、第一安装孔、第二安装孔、开孔内的冷却管以及固定于冷却管端部的紧固件固定为一整体。

所述叠层封装功率模块通过一次整体塑封工艺形成塑封壳体。

由上述技术方案可知，本实用新型利用叠层封装功率模块的功率模块内部/功率模块之间和功率模块外部液流通道构建完整的冷却剂散热结构，使散热结构更简单，降低功率开关器件的热阻；本实用新型的功率模组包含不同数量的叠成封装功率模块，可以满足系统应用对功率模组的不同功率需求；同时本实用新型的功率模组的结构简单，采用整体塑封工艺结构，可提高功率模块的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型叠层封装功率模块的结构示意图；

图2是图1中A-A的剖视图；

图3是本实用新型顶部集成基板的装配结构示意图；

图4是本实用新型底部集成基板的装配结构示意图；

图5是本实用新型功率模组第一种实施方式的结构示意图；

图6是图5中B-B的剖视图；

图7是本实用新型功率模组第二种实施方式的结构示意图；

图8是图7中C-C的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1-8所示，本实施例的叠层封装功率模块，包括椭圆形的顶部集成基板1以及与顶部集成基板1相适配的底部集成基板2；如图2-4所示，顶部集成基板1包括顶部壳体11及安装在顶部壳体11内的顶部绝缘层12，在顶部绝缘层12的表面设有顶部导电层13；在底部集成基板2包括底部壳体21及安装在底部壳体21内的底部绝缘层22，底部绝缘层22的表面设有底部导电层23，顶部导电层13及底部导电层23之间具有缝隙、且顶部导电层13与底部导电层23之间通过导电立柱3连通；顶部导电层13与底部导电层23上均烧结有功率芯片4，顶部集成基板1的两端均开设有第一安装孔14，底部集成基板2的两端设有与第一安装孔14相对应的第二安装孔24，第一安装孔14、第二安装孔24与顶部集成基板1的表面形成液流通道。

如图3、4所示，模块上还连接有输入功率端子、输出功率端子5，该输入功率端子包括正极输入端子6及负极输入端子7，底部导电层23分为两个区域，且两个区域之间相互绝缘，正极输入端子6、负极输入端子7分别焊接在底部导电层23的两个区域，进而实现正极输入功率端子6、负极功率输入端子7之间的隔离。输出功率端子5焊接在顶部导电层13上，输出功率端子5、正极输入端子6及负极输入端子7分别延伸到功率模块的外侧。

顶部导电层13与底部导电层23上所安装的功率芯片4相互错开，具体芯片4的数量及位置可根据实际需求进行设定。顶部导电层13与底部导电层23上的芯片4分别通过信号键合线与信号端子9连接，信号端子9延伸到模块的外部。为了提高芯片4的散热效果，本实施例的，将导电立柱3设置在芯片4的上侧面。

在实际使用时，根据实际需要，可将功率模块相互叠加构成一个模组形式，图5是本实施例的功率模组的第一种实施方式，如图5所示，功率模块相互叠加后，在叠加后的功率模块的两端分别设有与其配合的上盖10和下盖20，下盖20的两端分别开设有与功率模块上第一安装孔14及第二安装孔24相对应的进液孔201及出液孔202，上盖10、下盖20与功率模块通过连接和密封形成功率模组, 叠层封装功率模块通过一次整体塑封工艺形成塑封壳体50，进液孔201、出液孔202与功率模块之间形成液流通道。固定后的功率模组，通过进液孔201及出液孔202以及内部的空间形成一循环的散热通道。图6中箭头方向为液体流通方向。

图7是本实施例的功率模组的第二种实施方式，本实施例与第一种实施方式基本相同，不同之处在于：在上盖10上设有与进液孔201、出液孔202相对应的开孔101，上盖10、下盖20及功率模块通过安装于进液孔201、出液孔202、第一安装孔14、第二安装孔24、开孔101内的冷却管30以及固定于冷却管30端部的紧固件40固定为一整体。

图8是第二种实施方式的剖视图。本实施例的芯片4为半桥回路、全桥回路或H桥回路中的开关功率器件。本实用新型中，叠层封装功率模块内的顶部集成基板1和底部集成基板2，可以采用DBC覆铜陶瓷基板、铝基板、LTCC低温共烧陶瓷基板、HTCC高温共烧陶瓷基板或铝碳化硅基板等。另外，本实用新型中，顶部集成基板1和底部集成基板2可采用焊接、烧结、粘接等方式连接，位于顶部的叠层封装功率模块的顶部集成基板1和上盖10密封可以采用焊接、烧结、粘接等方式实现，其中密封还可以采用密封胶条等方式实现密封。本实用新型中，功率模组增加冷却剂管30和紧固件40及缓冲件，可调整功率模组中的多个叠层封装功率模块的受力大小，使多个叠层封装功率模块之间受力更均匀，减少应力集中现象，提高叠层封装功率模块的可靠性。本实用新型中，功率模组的进液孔201及出液孔202可根据系统应用需求变更位置，或者增加进液孔201及出液孔202的数量。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种叠层封装功率模块，其特征在于：包括顶部集成基板（1）以及与所述顶部集成基板（1）相适配的底部集成基板（2），所述顶部集成基板（1）包括顶部壳体（11）及安装在顶部壳体（11）内的顶部绝缘层（12），所述顶部绝缘层（12）的表面设有顶部导电层（13）；所述底部集成基板（2）包括底部壳体（21）及安装在底部壳体（21）内的底部绝缘层（22），所述底部绝缘层（22）的表面设有底部导电层（23），所述顶部导电层（13）及底部导电层（23）之间具有缝隙、且顶部导电层（13）与底部导电层（23）之间通过导电立柱（3）连通；所述顶部导电层（13）与底部导电层（23）上均设有功率芯片（4），所述顶部集成基板（1）的两端均设有第一安装孔（14），所述底部集成基板（2）的两端设有与所述第一安装孔（14）相对应的第二安装孔（24），所述第一安装孔（14）、第二安装孔（24）与顶部集成基板（1）的表面形成液流通道。

2.根据权利要求1所述的叠层封装功率模块，其特征在于：还包括输入功率端子、输出功率端子（5），所述输入功率端子包括正极输入端子（6）及负极输入端子（7），所述正极输入端子（6）及负极输入端子（7）的一端与底部导电层（23）连通，所述输出功率端子（5）的一端与顶部导电层（13）连通，所述正极输入端子（6）、负极输入端子（7）及输出功率端子（5）的另一端均延伸到功率模块的外部。

3.根据权利要求2所述的叠层封装功率模块，其特征在于：所述底部导电层（23）分为两个区域，且两个区域之间相互绝缘，所述正极输入端子（6）、负极输入端子（7）分别连接底部导电层（23）的两个区域。

4.根据权利要求1所述的叠层封装功率模块，其特征在于：所述顶部导电层（13）与底部导电层（23）上所安装的功率芯片（4）相互错开，且两导电层上的功率芯片（4）分别通过信号键合线（8）、以及与信号键合线（8）连接的信号端子（9）延伸到模块的外部。

5.根据权利要求1所述的叠层封装功率模块，其特征在于：所述导电立柱（3）安装在所述功率芯片（4）的上侧面；所述顶部集成基板（1）的表面设有多个用于散热的凸起（15）。

6.根据权利要求1所述的叠层封装功率模块，其特征在于：所述功率芯片（4）通过焊接或烧结分别固定在顶部导电层（13）及底部导电层（23）的表面，所述功率芯片（4）为半桥回路、全桥回路或H桥回路中任一回路的开关功率器件。

7.根据权利要求1所述的叠层封装功率模块，其特征在于：所述第二安装孔（24）的边缘设有垂直向第一安装孔（14）方向延伸的凸缘（25），且所述凸缘（25）与第一安装孔（14）的大小相适配。

8.一种功率模组，其特征在于：包括多个功率模块，所述功率模块为根据权利要求1-7中任一所述的功率模块，多个功率模块相互层叠设置，所述功率模块的两端设有与其配合的上盖（10）和下盖（20），所述下盖（20）的两端分别设有与所述功率模块上第一安装孔（14）及第二安装孔（24）相对应的进液孔（201）及出液孔（202），所述上盖（10）、下盖（20）与功率模块通过连接和密封形成功率模组，所述进液孔（201）、出液孔（202）与功率模块之间形成液流通道。

9.根据权利要求8所述的功率模组，其特征在于：所述上盖（10）上设有与所述进液孔（201）、出液孔（202）相对应的开孔（101），所述上盖（10）、下盖（20）及功率模块通过安装于进液孔（201）、出液孔（202）、第一安装孔（14）、第二安装孔（24）、开孔（101）内的冷却管（30）以及固定于冷却管（30）端部的紧固件（40）固定为一整体。

10.根据权利要求8所述的功率模组，其特征在于：所述叠层封装功率模块通过一次整体塑封工艺形成塑封壳体（50）。

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