CN212277181U - 功率器件模组和电机控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种功率器件模组和电机控制器，功率器件模组包括：功率芯片、第一散热元件和第二散热元件，第一散热元件设置于功率芯片的一侧，第一散热元件包括：第一绝缘基板，第二散热元件设置于功率芯片的另一侧，第一散热元件和第二散热元件相对设置，第二散热元件包括：第二绝缘基板，其中，第一绝缘基板为氧化铝陶瓷板，第二绝缘基板为氮化铝陶瓷板。通过在功率器件模组上设置第一散热元件和第二散热元件，使得功率器件模组的上表面可以通过第一散热元件进行散热，从而可以提升整个功率器件模组散热能力，也可以提高功率器件模组的可靠性，进而可以延长功率器件模组寿命。氧化铝陶瓷板成本低，可以有效降低功率器件模组的成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及功率器件模组技术领域，尤其是涉及一种功率器件模组和电机控制器。
背景技术
功率器件模组是将多只半导体芯片按一定的电路结构封装在一起的器件。在一个功率器件模组里，IGBT芯片及FRD芯片被集成到一块共同的底板上，且模块的功率器件与其安装表面(即散热板)相互绝缘。
相关技术中，散热形式大都采用对芯片一侧的散热板进行液体冷却的方式来对模块进行散热。
芯片上表面被硅凝胶覆盖，基本没有散热能力，只有靠芯片下表面的散热组件和底板进行散热，并且这种封装结构由多层材料组成，结构较复杂，多层的结构阻碍了散热，底板散热能力有限，整个模块热阻大。散热组件在多次温度循环或温度冲击过程中有出现裂纹等失效的风险进而影响模块的使用寿命。
实用新型内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种功率器件模组，通过在功率器件模组上设置第一散热元件和第二散热元件，可以提升整个功率器件模组散热能力，延长功率器件模组寿命。
本实用新型还提出了一种电机控制器。
根据本实用新型第一方面实施例的功率器件模组，包括：功率芯片、第一散热元件和第二散热元件，所述第一散热元件设置于所述功率芯片的一侧，所述第一散热元件包括：第一绝缘基板，所述第二散热元件设置于所述功率芯片的另一侧，所述第一散热元件和所述第二散热元件相对设置，所述第二散热元件包括：第二绝缘基板，其中，所述第一绝缘基板为氧化铝陶瓷板，所述第二绝缘基板为氮化铝陶瓷板。
根据本实用新型实施例的功率器件模组，通过在功率器件模组上设置第一散热元件和第二散热元件，使得功率器件模组的上表面可以通过第一散热元件进行散热，从而可以提升整个功率器件模组散热能力，也可以提高功率器件模组的可靠性，进而可以延长功率器件模组寿命。氧化铝陶瓷板成本低，可以有效降低功率器件模组的成本。
根据本实用新型的一些实施例，所述第一散热元件还包括：第一金属板，所述第一金属板设置于所述第一绝缘基板朝向所述功率芯片的一侧，所述第一金属板和所述功率芯片之间设置有用于电气连接的转接件。
根据本实用新型的一些实施例，所述转接件为金属块。
根据本实用新型的一些实施例，所述第二散热元件还包括：第二金属板、第三金属板和控制端子，所述第二金属板和所述第三金属板设置于所述第二绝缘基板朝向所述功率芯片的一侧且所述第二金属板和所述第三金属板间隔设置，所述第二金属板与所述功率芯片相连接，所述第三金属板和所述功率芯片之间连接有金属键合线，所述第三金属板和所述控制端子相连接。
根据本实用新型的一些实施例，所述第一散热元件还包括：第四金属板，所述第四金属板设置于所述第一绝缘基板背离所述功率芯片的一侧；所述第二散热元件还包括：第五金属板，所述第五金属板设置于所述第二绝缘基板背离所述功率芯片的一侧，其中，所述第一金属板、所述第二金属板、所述第三金属板、所述第四金属板和所述第五金属板均为铜板或铝板。
根据本实用新型的一些实施例，所述功率器件模组还包括：功率端子，所述功率端子连接于所述第一金属板或所述第二金属板。
根据本实用新型的一些实施例，所述转接件朝向所述功率芯片的一侧的表面积小于所述功率芯片朝向所述转接件一侧的表面积。
根据本实用新型的一些实施例，所述功率器件模组还包括：封装体，所述封装体封装在所述功率芯片、所述第一散热元件和所述第二散热元件的外侧。
根据本实用新型的一些实施例，所述第一散热元件背离所述功率芯片的一侧表面从所述封装体的一侧露出且与所述封装体的一侧表面平齐设置；所述第二散热元件背离所述功率芯片的一侧表面从所述封装体的另一侧露出且与所述封装体的另一侧表面平齐设置。
根据本实用新型第二方面实施例的电机控制器，包括：所述功率器件模组。
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
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型实施例的功率器件模组的结构示意图；
图2是根据本实用新型实施例的功率器件模组的俯视图。
附图标记：
功率器件模组S；
功率芯片10；FRD芯片11；IGBT芯片12；
第一散热元件20；第一绝缘基板21；第一金属板22；第四金属板23；
第二散热元件30；第二绝缘基板31；第二金属板32；第三金属板33；第五金属板34；
转接件41；控制端子42；功率端子43；金属键合线44；封装体45；焊料46。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。
下面参考图1-图2描述根据本实用新型实施例的功率器件模组S，该功率器件模组S可以使用在电机控制器上。
如图1所示，功率器件模组S包括：功率芯片10、第一散热元件20和第二散热元件30，第一散热元件20设置于功率芯片10的一侧，第二散热元件30设置于功率芯片10的另一侧，第一散热元件20和第二散热元件30相对设置，通过在功率芯片10的相对两侧面设置第一散热元件20和第二散热元件30，使得功率芯片10的相对两个侧面都可以散热，从而可以提升功率芯片10的散热效率，避免因为功率器件模组S在多次温度循环或温度冲击中有出现裂纹等失效的风险，进而影响功率器件模组S的使用寿命。
并且，第一散热元件20包括：第一绝缘基板21，第二散热元件30包括：第二绝缘基板31，如此设置，使得第一散热元件20和第二散热元件30设置在功率芯片10的相对两侧时，可以使得第一散热元件20和第二散热元件30不会与外界电导通，从而可以避免功率芯片10与外界产生不必要的电连接。
可选地，第一绝缘基板21可以为氧化铝陶瓷板，第二绝缘基板31可以为氮化铝陶瓷板。因为氮化铝陶瓷板的热导率为130～180W/(m·K)，氧化铝陶瓷板的热导率为24W/(m·K)，如此将第一绝缘基板21设置为氧化铝陶瓷板，将第二绝缘基板31设置为氮化铝陶瓷板，从而使得第一散热元件20和第二散热元件30可以满足功率器件模组S的散热需求。并且，相同规格的氧化铝陶瓷板成本约为氮化铝陶瓷板成本的三分之一，如此，在满足功率器件模组S的散热需求的同时也可降低功率器件模组S的成本。
其中，功率芯片10包括：IGBT芯片(绝缘栅双极型晶体管)12和FRD芯片(快恢复二极管)11，两个芯片在第一散热元件20和第二散热元件30之间的空间内间隔设置。
由此，通过在功率器件模组S上设置第一散热元件20和第二散热元件30，使得功率器件模组S的上表面可以通过第一散热元件20进行散热，从而可以提升整个功率器件模组S散热能力，也可以提高功率器件模组S的可靠性，进而可以延长功率器件模组S寿命。而且，通过将第一绝缘基板21设置为氧化铝陶瓷板，可以保证良好的导热性，而且可以降低功率器件模组S的成本。
如图1所示，第一散热元件20还包括：第一金属板22，第一金属板22设置于第一绝缘基板21朝向功率芯片10的一侧，第一金属板22和功率芯片10之间设置有用于电气连接的转接件41。第一金属板22可以起到电导通的作用，并且在第一金属板22和功率芯片10之间设置转接件41，可以实现功率芯片10和第一金属板22之间的电连接，由此可以取代传统的绑线。传统的绑线一般使用细铝线，通过细铝线实现功率芯片10与外界的电连接，当细铝线通过大电流会导致细铝线熔断，此外细铝线在受力时会发生断裂影响功率器件模组S的使用。通过设置转接件41可以实现功率芯片10与第一金属板22之间的电连接，并且转接件41安装在功率芯片10与第一金属板22之间时稳定，不会断裂而影响功率器件模组S的使用寿命。
可选地，转接件41可以为金属块。金属块的导热性和导电性良好，可以很好的满足转接件41的散热需求和导电需求。具体地，转接件41可以为铜块或铜钼合金块。
如图1所示，第二散热元件30还包括：第二金属板32、第三金属板33和控制端子42，第二金属板32和第三金属板33设置于第二绝缘基板31朝向功率芯片10的一侧，并且第二金属板32和第三金属板33间隔设置，第二金属板32与功率芯片10相连接，第三金属板33和功率芯片10之间连接有金属键合线44，第三金属板33和控制端子42相连接。通过将第二金属板32和第三金属板33间隔设置，第二金属板32上设置有功率芯片10，并且在功率芯片10和第三金属板33之间通过金属键合线44连接，从而可以实现功率芯片10与控制端子42之间的控制信息的传输。具体地，IGBT芯片12与第三金属板33之间通过金属键合线44连接。其中，金属键合线44为铝线或铜线。
如图1所示，第一散热元件20还包括：第四金属板23，第四金属板23设置于第一绝缘基板21背离功率芯片10的一侧，第二散热元件30还包括：第五金属板34，第五金属板34设置于第二绝缘基板31背离功率芯片10的一侧。如此设置，可以提升第一散热元件20和第二散热元件30的散热效率，进一步地提升功率芯片10的散热效率，提升功率芯片10的使用寿命。如此，第一散热元件20和第二散热元件30的结构为：中间设置绝缘基板，在绝缘基板的两侧设置金属板，如此可以使得第一散热元件20和第二散热元件30不仅可以散热还可以导电。
其中，第一金属板22、第二金属板32、第三金属板33、第四金属板23和第五金属板34均为铜板或铝板。铜板和铝板的散热效率高，可以很好地对功率芯片10进行散热。
如图1所示，功率器件模组S还包括：功率端子43，功率端子43连接于第一金属板22或第二金属板32。功率芯片10通过功率端子43与外界进行电连接或信息的交互。并且，功率端子43连接在第一金属板22或第二金属板32上，因为第一金属板22和第二金属板32均为铜板或铝板，所以第一金属板22和第二金属板32具有导电的功能，如此功率端子43可以通过第一金属板22或第二金属板32与功率芯片10进行电连接。
如图2所示，转接件41朝向功率芯片10的一侧的表面积小于功率芯片10朝向转接件41一侧的表面积。因为功率芯片10的上表面还需要留有供金属键合线44连接的区域，所以功率芯片10的上表面供转接件41连接的区域小于功率芯片10的上表面的面积，如此，为了方便转接件41的连接，将转接件41的下表面表面积设置成小于功率芯片10上表面表面积。
由此，因为转接件41的下表面表面积小于功率芯片10上表面表面积，使得功率芯片10在上表面散热的散热需求小于功率芯片10下表面的散热需求，如此将第一散热元件20的热导率设置为小于第二散热元件30的热导率，可以保证功率芯片10散热需求的同时，减少功率器件模组S的生产成本。
此外，转接件41与第一散热元件20以及功率芯片10之间通过金属焊料46或导电胶连接，功率芯片10与第二散热元件30之间也通过金属焊料46或导电胶连接，金属焊料46和导电胶既可以导电也可以导热。例如，如图1所示，转接件41与第一散热元件20以及功率芯片10之间通过金属焊料46进行连接，功率芯片10与第二散热元件30之间也通过金属焊料46连接。
如图2所示，功率器件模组S还包括：封装体45，封装体45封装在功率芯片10、第一散热元件20和第二散热元件30的外侧。通过封装体45将功率芯片10、第一散热元件20和第二散热元件30封装起来，可以将功率器件模组S保护起来，避免功率器件模组S受到撞击时受损。
具体地，第一散热元件20背离功率芯片10的一侧表面从封装体45的一侧露出，并且第一散热元件20与封装体45的一侧表面平齐设置。并且，第二散热元件30背离功率芯片10的一侧表面从封装体45的另一侧露出，并且第二散热元件30与封装体45的另一侧表面平齐设置。如此，将封装体45将第一散热元件20和第二散热元件30露出在外界，使得封装体45封装后仍可以使第一散热元件20和第二散热元件30与外界进行热量的交换。并且，封装体45的上表面与第四金属板23平齐，封装体45的下表面与第五金属板34平齐，如此，功率器件模组S的整体性好，方便后续对第五金属板34进行液冷散热。
如此，本实用新型实施例中功率器件模组S的电流流向为：电流先通过功率端子43进入第二金属板32或第一金属板22，接着电流会分别流到FRD芯片11和IGBT芯片12处，并且通过转接件41流到第一金属板22，第一金属板22和第三金属板33之间电连接，控制端子42与第三金属板33进行连接，如此电流会通过第三金属板33流到控制端子42处。
根据本实用新型第二方面实施例的电机控制器，包括：功率器件模组S。安装有功率器件模组S的电机控制器，不仅很好的对电机进行控制，而且具有很好的散热效率。
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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种功率器件模组，其特征在于，包括：
功率芯片；
第一散热元件，所述第一散热元件设置于所述功率芯片的一侧，所述第一散热元件包括：第一绝缘基板；
第二散热元件，所述第二散热元件设置于所述功率芯片的另一侧，所述第一散热元件和所述第二散热元件相对设置，所述第二散热元件包括：第二绝缘基板，其中，所述第一绝缘基板为氧化铝陶瓷板，所述第二绝缘基板为氮化铝陶瓷板。
2.根据权利要求1所述的功率器件模组，其特征在于，所述第一散热元件还包括：第一金属板，所述第一金属板设置于所述第一绝缘基板朝向所述功率芯片的一侧，所述第一金属板和所述功率芯片之间设置有用于电气连接的转接件。
3.根据权利要求2所述的功率器件模组，其特征在于，所述转接件为金属块。
4.根据权利要求2所述的功率器件模组，其特征在于，所述第二散热元件还包括：第二金属板、第三金属板和控制端子，所述第二金属板和所述第三金属板设置于所述第二绝缘基板朝向所述功率芯片的一侧且所述第二金属板和所述第三金属板间隔设置，所述第二金属板与所述功率芯片相连接，所述第三金属板和所述功率芯片之间连接有金属键合线，所述第三金属板和所述控制端子相连接。
5.根据权利要求4所述的功率器件模组，其特征在于，所述第一散热元件还包括：第四金属板，所述第四金属板设置于所述第一绝缘基板背离所述功率芯片的一侧；
所述第二散热元件还包括：第五金属板，所述第五金属板设置于所述第二绝缘基板背离所述功率芯片的一侧，其中，
所述第一金属板、所述第二金属板、所述第三金属板、所述第四金属板和所述第五金属板均为铜板或铝板。
6.根据权利要求4所述的功率器件模组，其特征在于，所述功率器件模组还包括：功率端子，所述功率端子连接于所述第一金属板或所述第二金属板。
7.根据权利要求2所述的功率器件模组，其特征在于，所述转接件朝向所述功率芯片的一侧的表面积小于所述功率芯片朝向所述转接件一侧的表面积。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的功率器件模组，其特征在于，还包括：封装体，所述封装体封装在所述功率芯片、所述第一散热元件和所述第二散热元件的外侧。
9.根据权利要求8所述的功率器件模组，其特征在于，所述第一散热元件背离所述功率芯片的一侧表面从所述封装体的一侧露出且与所述封装体的一侧表面平齐设置；
所述第二散热元件背离所述功率芯片的一侧表面从所述封装体的另一侧露出且与所述封装体的另一侧表面平齐设置。
10.一种电机控制器，其特征在于，包括：权利要求1-9中任一项所述的功率器件模组。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518119 No.1 Yan'an Road, Kuiyong street, Dapeng New District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: BYD Semiconductor Co.,Ltd. Patentee after: Guangdong BYD Energy Saving Technology Co.,Ltd. Address before: No.1 Yan'an Road, Kuiyong street, Dapeng New District, Shenzhen, Guangdong 518000 Patentee before: BYD Semiconductor Co.,Ltd. Patentee before: Guangdong BYD Energy Saving Technology Co.,Ltd. |
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Effective date of registration: 20231031 Address after: No. 21 Jili Road, Yangzhou High tech Development Zone, Yangzhou City, Jiangsu Province, 225128 Patentee after: Yangzhou BYD Semiconductor Co.,Ltd. Address before: 518119 No.1 Yan'an Road, Kuiyong street, Dapeng New District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: BYD Semiconductor Co.,Ltd. Patentee before: Guangdong BYD Energy Saving Technology Co.,Ltd. |