CN210325773U - 功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种功率模块，其包含基板、电子元件、第一焊接层、散热块体以及散热器件。基板包含第一表面，电子元件设置于基板，第一焊接层设置于基板的第一表面，并对应电子元件。散热块体连接第一焊接层，并通过第一焊接层设置于基板的第一表面。散热器件可分离地组接于基板的第一表面，且包含容置槽以及开口，其中开口与容置槽相连通，且容置槽架构于导引冷却流体。其中，基板密封散热器件的开口，且第一焊接层以及散热块体通过开口而容置于容置槽中。

Description

功率模块

技术领域

本实用新型涉及一种功率模块，尤其涉及一种利用直接水冷方式进行散热的功率模块。

背景技术

随着科技的快速发展，电子设备日趋小型化、精密化，而功率模块作为电子设备中电能转换与电路控制的核心部件，亦必须在提高效率的同时减小体积来提高功率密度。然而，在功率密度提升的同时，功率元件运作时所产生的热亦随之增加，故功率模块的散热需求也日渐提升。

图1公开公知功率模块的剖面结构示意图。如图1所示，当功率模块有高效散热的需求而必须使用水冷散热方法时，公知功率模块9的功率元件91设置于基板92上，而基板92与装有冷却水W的散热器94之间涂布热界面材料93(Thermal Interface Material,TIM)以使两者相贴合。由此，功率元件91所产生的热经由基板92及热界面材料93传导至散热器94的壳体，再传导至其中的冷却水W中，通过冷却水W移除热。然热界面材料93主要的功用在于填补基板92与散热器94接合时两者表面间产生的微空隙及物体表面的孔洞以维持热传导路径，其相较于微空隙及孔洞中的空气虽具有较佳的传热系数，但仍不足以及时地将现行具高功率密度的功率模块9所产生的热传导至冷却水W中，使得功率元件91的运作受到影响。

因此，实有必要提供一种解决公知技术缺陷的功率模块，进一步提升散热效果以维持功率模块的正常运作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种功率模块，以解决并改善前述现有技术的问题与缺点。

本实用新型的又一目的在于提供一种功率模块，适用于直接水冷的散热方式，且通过设置在基板的第一表面上并直接浸泡于散热器件的冷却流体中的散热块体，可缩短电子元件的热传导路径且降低热阻，并提升与冷却流体直接接触的表面积，以提升功率模块的散热效能。

本实用新型的又一目的在于提供一种功率模块，通过将多个散热块体设置于基板，达到提升基板与散热块体的接合可靠度、提升散热块体的应用的灵活性及功率模块的设计弹性的功效。

本实用新型的又一目的在于提供一种功率模块，其中电子元件与散热块体可通过同样的方式，例如表面粘着技术，设置于基板上，可简化功率模块工艺并降低生产成本。

为达前述目的，本实用新型提供一种功率模块，包含基板、电子元件、第一焊接层、散热块体以及散热器件。基板包含第一表面。电子元件设置于基板。第一焊接层设置于基板的第一表面，并对应电子元件。散热块体连接第一焊接层，并通过第一焊接层与基板的第一表面连接。散热器件可分离地组接于基板的第一表面，且包含容置槽以及开口，其中开口与容置槽相连通，且容置槽架构于导引冷却流体。其中，基板密封散热器件的开口，且第一焊接层以及散热块体通过开口而容置于容置槽中。

根据本实用新型的其中一个实施方式，该基板包含一绝缘层、一金属层以及一线路层，该金属层设置于该绝缘层的底面，并定义出该基板的该第一表面，该线路层设置于该绝缘层的顶面，并定义出该基板的一第二表面，该电子元件设置于该基板的该第二表面并与该线路层连接。

根据本实用新型的其中一个实施方式，还包含一第二焊接层，该第二焊接层设置于该基板的该第二表面，且该电子元件通过设置于该第二表面的该第二焊接层与该基板的该线路层连接。

根据本实用新型的其中一个实施方式，该基板包含一绝缘层、一金属层以及多个线路层，该金属层设置于该绝缘层的底面，并定义出基板的该第一表面，该多个线路层的部分设置于该绝缘层的顶面，定义出该基板的一第二表面，且该多个线路层的其他部分设置于该绝缘层内部，该电子元件与该基板的该线路层连接。

根据本实用新型的其中一个实施方式，还包含一第二焊接层，该第二焊接层设置于该基板的该第二表面，且该电子元件通过设置于该第二表面的该第二焊接层与该基板的该线路层连接。

根据本实用新型的其中一个实施方式，该电子元件嵌设于该基板的内部，并与该绝缘层内部的该线路层连接。

根据本实用新型的其中一个实施方式，该散热块体以表面粘着技术通过该第一焊接层而设置于该基板的该第一表面。

根据本实用新型的其中一个实施方式，该散热块体具有凹凸结构。

根据本实用新型的其中一个实施方式，还包含一控制线路，该控制线路设置于该基板的与该第一表面相对的一第二表面及/或该第一表面的一电路布设区。

根据本实用新型的其中一个实施方式，该冷却流体为液体或气体，该散热器件还包含一密封衬套，该密封衬套设置于该散热器件的该开口的周缘，且该基板与该散热器件通过一固定件相组接。

根据本实用新型的其中一个实施方式，该散热器件还包含一流体入口、一流体出口，该流体入口及该流体出口与该容置槽相连通，且分别架构于将该冷却流体导入及导出该容置槽。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型所提供的功率模块可适用于直接水冷的散热方式，且通过设置在基板的第一表面上并直接浸泡于散热器件的冷却流体中的散热块体，可缩短电子元件的热传导路径及降低热阻，并提升与冷却流体直接接触的表面积，以提升功率模块的散热效能。

附图说明

图1公开公知功率模块的剖面结构示意图。

图2公开本实用新型第一实施例的功率模块的结构示意图。

图3公开图2所示的功率模块的结构爆炸图。

图4公开图2所示的功率模块的基板与散热块体的结构示意图。

图5A公开图2所示的功率模块于A-A’切面的剖面结构示意图。

图5B公开本实用新型第二实施例的功率模块的剖面结构示意图。

图5C公开本实用新型第三实施例的功率模块的剖面结构示意图。

附图标记如下：

1：功率模块

2：基板

2a：第一表面

2b：第二表面

2c：电路布设区

21：绝缘层

22：金属层

23：线路层

3：电子元件

41：第一焊接层

42：第二焊接层

5：散热块体

6：散热器件

61：容置槽

62：开口

63：流体入口

64：流体出口

65：密封衬套

7：固定件

9：公知功率模块

91：功率元件

92：基板

93：热界面材料

94：散热器

A-A’：切线

W：冷却水

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用于限制本实用新型。

请参阅本实用新型图2至图5A。图2公开本实用新型第一实施例的功率模块的结构示意图。图3公开图2所示的功率模块的结构爆炸图。图4公开图2所示的功率模块的基板与散热块体的结构示意图。图5A公开图2所示的功率模块于A-A’切面的剖面结构示意图。如图所示，本实用新型提供一种功率模块1，其包含基板2、电子元件3、第一焊接层41、散热块体5、第二焊接层42以及散热器件6。基板2包含第一表面2a以及与第一表面2a相对的第二表面2b。电子元件3设置于基板2的第二表面2b。第一焊接层41设置于第一表面2a上，且对应第二表面2b上的电子元件3设置。第二焊接层42设于基板2的第二表面2b，并对应电子元件3。散热块体5连接该第一焊接层41，并通过第一焊接层41设置于基板2的第一表面2a。散热器件6可分离地组接于基板2的第一表面2a，且包含容置槽61以及开口62。开口62与容置槽61相连通，且容置槽61架构于导引冷却流体。其中，基板2密封散热器件6的开口62，且第一焊接层41以及散热块体5通过开口62而容置于容置槽61中，以通过其中的冷却流体将电子元件3传导至散热块体5的热移除，以实现对电子元件3的散热。于本实施例中，电子元件3可为例如但不限于功率场效晶体管或绝缘闸双极晶体管。

如图3所示，于本实施例中，散热器件6还包含流体入口63及流体出口64。流体入口63及流体出口64与容置槽61相连通，用以将冷却流体导入及导出容置槽61。于本实施例中，流体入口63与流体出口64分别设置于散热器件6的两相对侧，但并不以此为限。散热器件6的容置槽61、流体出口64及流体入口63的设计可依实际需求任施变化。冷却流体可例如但不限于液体或气体，例如水或空气。散热器件6还包含一密封衬垫65，例如但不限于环形密封胶条，设置于开口62的周缘，用以在当基板2与散热器件6相堆叠组合后，将基板2与散热器件6的接合处密封，以提供防冷却流体泄漏的功能。于本实施例中，基板2与散热器件6可通过多个固定件7相互锁固，该固定件7可例如但不限于螺丝或铆钉。由此，设置于基板2的第一表面2a上的散热块体5可直接浸泡于散热器件6的冷却流体中，以直接水冷的方式提升散热效能。

如图3及图5A所示，于本实施例中，散热块体5可为具高热传导系数的金属块，且可例如但不限于通过表面粘着技术(Surface-mount technology,SMT)设置于基板2的第一表面2a，第一焊接层41及第二焊接层42可例如但不限于锡膏。由此，可缩短电子元件3至冷却流体的热传导路径且降低热阻，使电子元件3所产生的热依序经由第二焊接层42、基板2、第一焊接层41及散热块体5传导至散热器件6的容置槽61中的冷却流体。此外，通过多个第一焊接层41将多个散热块体5设置于基板2的第一表面2a，不仅可提升与冷却流体直接接触的表面积，提升功率模块1的散热效能，且更可使基板2与散热块体5的接合可靠度提升。

需强调的是，由于多个散热块体5个别通过表面粘着技术设置于基板2的第一表面2a，故散热块体5的形状及分布可依实际需求任施变化，且各个散热块体5的形状亦可相同或互不相同，由此可提升功率模块1的设计弹性，以利于提升散热效能并提升集成度。举例而言，于本实施例中，散热块体5可具有特殊的轮廓设计，例如但不限于凹凸结构，以更进一步增加表面积，以提升散热效能。

请续参阅图5A。如图所示，基板2包含绝缘层21、金属层22以及线路层23。于本实施例中，金属层22设置于绝缘层21的底面，且其与绝缘层21连接的相对面定义出基板2的第一表面2a。线路层23设置于绝缘层21的顶面，且其与绝缘层21连接的相对面定义出基板2的第二表面2b。于本实施例中，第二焊接层42设置于基板2的第二表面2b，电子元件3通过设置于第二表面2b的第二焊接层42与线路层23连接。换言之，电子元件3亦可例如但不限于通过表面粘着技术设置于基板2的第二表面2b。因此，本实用新型可通过相同的方式，例如表面粘着技术，将电子元件3及散热块体5设置于基板2上，可达到简化功率模块1工艺及降低生产成本的功效。惟需强调的是，基板2的结构、电子元件3的设置位置及设置方式并不以上述为限。于一些实施例中，基板2以直接覆铜(Direct bond Copper，DBC)基板或绝缘金属基板(Insulated metal substrate，IMS)为较佳，但不以此为限。

请续参阅图5B及图5C。图5B公开本实用新型第二实施例的功率模块的剖面结构示意图。图5C公开本实用新型第三实施例的功率模块的剖面结构示意图。于图5B所示的第二实施例中，基板2的线路层23设置于绝缘层21的顶面，定义出基板2的第二表面2b，且更设置于绝缘层21的内部。而电子元件3与第一实施例相类似地，通过设置于基板2的第二表面2b的第二焊接层42与线路层23连接。于本实施例中，基板2以多层印刷电路板为较佳。于图5C所示的第三实施例中，基板2的线路层23与第二实施例相类似地，设置于绝缘层21的顶面及内部，惟电子元件3嵌设于基板2的内部，并与绝缘层21内部的线路层23连接。于本实施例中，基板2以多层印刷电路板为较佳，且电子元件3内嵌式电子元件。因此，本实用新型散热块体5的设置并不受限于基板2的类型及电子元件3的设置方式，极具广泛的适用性。

于上述实施例中，绝缘层21可为由树脂绝缘材料构成的预浸材料(Prepreg,PP)，金属层22的材质可为铝或铜，线路层23的材质可为铜，但并不以此为限。值得补充的是，功率模块1的控制线路设置在基板2上未与散热器件6对应的电路布设区2c，但并不以此为限。该电路布设区2c可位于基板2的第一表面2a及/或第二表面2b，控制线路可设置于电路布设区2c中，由此进一步提升功率模块1的集成度。

综上所述，本实用新型所提供的功率模块可适用于直接水冷的散热方式，且通过设置在基板的第一表面上并直接浸泡于散热器件的冷却流体中的散热块体，可缩短电子元件的热传导路径及降低热阻，并提升与冷却流体直接接触的表面积，以提升功率模块的散热效能，解决公知技术散热效果不佳的问题，使电子元件所产生的热可及时地被移除而不会影响功率模块的运作。由于多个散热块体个别通过多个第一焊接层设置于基板，故不仅使基板与散热块体的接合可靠度提升，且散热块体的材料、形状及分布亦可根据实际需求任施变化而不受基板的类型及电子元件的设置方式限制，是以具有较佳的设计弹性及应用的灵活性。此外，电子元件与散热块体亦可通过同样的方式，例如表面粘着技术，设置于基板上，进而达到简化功率模块工艺及降低生产成本的功效。

本实用新型得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护。

Claims (11)

1.一种功率模块，其特征在于，包含：

一基板，包含一第一表面；

一电子元件，设置于该基板；

一第一焊接层，设置于该基板的该第一表面，并对应该电子元件；

一散热块体，连接该第一焊接层，并通过该第一焊接层而设置于该基板的该第一表面上；以及

一散热器件，可分离地组接于该基板的该第一表面，且包含一容置槽以及一开口，其中该开口与该容置槽相连通，且该容置槽架构于导引一冷却流体；

其中，该基板密封该散热器件的该开口，且该第一焊接层以及该散热块体通过该开口而容置于该容置槽中。

2.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，该基板包含一绝缘层、一金属层以及一线路层，该金属层设置于该绝缘层的底面，并定义出该基板的该第一表面，该线路层设置于该绝缘层的顶面，并定义出该基板的一第二表面，该电子元件设置于该基板的该第二表面并与该线路层连接。

3.如权利要求2所述的功率模块，其特征在于，还包含一第二焊接层，该第二焊接层设置于该基板的该第二表面，且该电子元件通过设置于该第二表面的该第二焊接层与该基板的该线路层连接。

4.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，该基板包含一绝缘层、一金属层以及多个线路层，该金属层设置于该绝缘层的底面，并定义出基板的该第一表面，该多个线路层的部分设置于该绝缘层的顶面，定义出该基板的一第二表面，且该多个线路层的其他部分设置于该绝缘层内部，该电子元件与该基板的该线路层连接。

5.如权利要求4所述的功率模块，其特征在于，还包含一第二焊接层，该第二焊接层设置于该基板的该第二表面，且该电子元件通过设置于该第二表面的该第二焊接层与该基板的该线路层连接。

6.如权利要求4所述的功率模块，其特征在于，该电子元件嵌设于该基板的内部，并与该绝缘层内部的该线路层连接。

7.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，该散热块体以表面粘着技术通过该第一焊接层而设置于该基板的该第一表面。

8.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，该散热块体具有凹凸结构。

9.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包含一控制线路，该控制线路设置于该基板的与该第一表面相对的一第二表面及/或该第一表面的一电路布设区。

10.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，该冷却流体为液体或气体，该散热器件还包含一密封衬套，该密封衬套设置于该散热器件的该开口的周缘，且该基板与该散热器件通过一固定件相组接。

11.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，该散热器件还包含一流体入口、一流体出口，该流体入口及该流体出口与该容置槽相连通，且分别架构于将该冷却流体导入及导出该容置槽。

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