CN215578506U - 一种全桥直接水冷SiC车用模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种全桥直接水冷SiC车用模块，主要包括散热基板及设置在该散热基板上的若干半桥模块组件，所述半桥模块组件主要包括绝缘基板、碳化硅MOSFET的芯片部分、引线框架、芯片焊接导电铜排、功率端子、信号端子及热敏电阻，所述芯片部分及引线框架通过锡焊焊接或者银浆烧结在绝缘基板的导电铜层上，所述芯片焊接导电铜排通过锡焊焊接在芯片部分或绝缘基板的上表面且各芯片部分之间、各芯片部分的功率端与绝缘基板相应的导电层之间均通过芯片焊接导电铜排进行电气连接，芯片部分以及热敏电阻与绝缘基板通过锡焊焊接或者银浆烧结结合在一起，所述功率端子及信号端子通过锡焊焊接或者银浆烧结在绝缘基板导电铜层上。

Description

一种全桥直接水冷SiC车用模块
技术领域
本实用新型涉及功率模块技术领域，具体涉及一种全桥直接水冷SiC车用模块。
背景技术
随着大功率半导体器件和变流技术飞速发展，要求电力电子装置具有更高的电压，更大的功率容量和更高的可靠性。由于在电压、功率耐量方面的限制， Si-IGBT功率器件不得不采用器件串、并联技术和复杂的电路拓扑来达到实际应用的要求，导致装置的故障率和成本大大增加，制约了现代电力电子技术在机车系统中的应用。近年来，作为一种新型的宽禁带半导体材料，SiC-MOSFET器件具有更高耐压等级、高温工作能力、更低导通损耗和开关损耗，在相同环境、工况及散热条件下，使用MOSFET的功率单元比使用IGBT的功率单元开关频率整体提高一倍，因此效率提高3%，变流器重量减少10%，体积也相应减少，因此，在功率单元中得到应用。随着SiC MOSFET芯片在汽车领域的应用不断深入，对模块封装技术的要求越来越高，促使人们不断开发拥有更高可靠性、更低杂散电感的全新封装技术。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能提高功率端子整体牢固性，低杂散电感，提高功率密度，提高模块抗振动能力的全桥直接水冷SiC车用模块。
本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，一种全桥直接水冷SiC车用模块，主要包括散热基板及设置在该散热基板上的若干半桥模块组件，所述半桥模块组件主要包括绝缘基板、碳化硅MOSFET的芯片部分、引线框架、芯片焊接导电铜排、功率端子、信号端子及热敏电阻，所述芯片部分及引线框架通过锡焊焊接或者银浆烧结在绝缘基板的导电铜层上，所述芯片焊接导电铜排通过锡焊焊接在芯片部分或绝缘基板的上表面且各芯片部分之间、各芯片部分的功率端与绝缘基板相应的导电层之间均通过芯片焊接导电铜排进行电气连接，芯片部分以及热敏电阻与绝缘基板通过锡焊焊接或者银浆烧结结合在一起，所述功率端子及信号端子通过锡焊焊接或者银浆烧结在绝缘基板的导电铜层上；所述半桥模块组件内各部件之间的孔隙通过环氧塑封结构以实现电气隔离。
进一步地，所述芯片焊接导电铜排通过冲压成型方式制作而成，芯片焊接导电铜排的焊接面生成有凸包，所述芯片部分的上表面通过超声波焊接的方式键合有铝线或铜线，以保证芯片焊接导电铜排与芯片部分之间进行焊接时焊料尺寸及厚度的一致性；所述芯片焊接导电铜采用纯铜或者铜合金材料制成，表层为裸铜或者电镀金、镍或锡可焊接金属材料之一。
进一步地，所述绝缘基板通过焊接或银浆烧结方式并排焊接在所述散热基板上，所述散热基板为铜基板，散热基板背离绝缘基板的一侧设置有用于风冷或者水冷的散热针或散热片。
进一步地，所述的功率端子及信号端子在成品切筋前均为完整的引线框架，功率端子及信号端子的外表面电镀有金、银材料之一或其合金材料。
进一步地，所述锡焊焊接采用SnPb,SnAg, SnAgCu,PbSnAg含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100°~400°之间；
所述银浆烧结采用的银浆为微米级、纳米级或者两者混合体的的银浆材料，银浆原材料为银膜或银膏形式。
本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型通过环氧注塑代替传统硅凝胶灌封方案，提高功率可靠性及模块最高结温；通过银浆烧结的方式增强模块功率循环的能力，使封装更加适合于碳化硅芯片的应用工况，在保证电流等级的前提下进一步缩减模块体积，有效提高了模块集成度；具有能提高模块最高结温，降低杂散电感，提高功率密度，提高模块抗振动能力及功率循环能力的可靠性等特点。
附图说明
图1为本实用新型所述车用SiC功率水冷模块的电路结构示意图；
图2为本实用新型所述车用SiC功率水冷模块的整体结构示意图；
图3为本实用新型所述车用SiC功率水冷模块的背面结构示意图；
图4为本实用新型所述半桥模块组件的结构示意图；
图5为本实用新型所述半桥模块组件的内部结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本实用新型的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“横向”、“竖向”等术语所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，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。
如图1-5所示，本实用新型所述的一种全桥直接水冷SiC车用模块，主要包括散热基板7及设置在该散热基板7上的若干半桥模块组件10，所述半桥模块组件10主要包括绝缘基板2、碳化硅MOSFET的芯片部分1、引线框架、芯片焊接导电铜排5、功率端子3、信号端子8及热敏电阻6，所述芯片部分1及引线框架通过锡焊焊接或者银浆烧结在绝缘基板2的导电铜层上，所述芯片焊接导电铜排5通过锡焊焊接在芯片部分1或绝缘基板2的上表面且各芯片部分1之间、各芯片部分1的功率端与绝缘基板2相应的导电层之间均通过芯片焊接导电铜排5进行电气连接，芯片部分1以及热敏电阻6与绝缘基板2通过锡焊焊接或者银浆烧结结合在一起，所述功率端子3及信号端子8通过锡焊焊接或者银浆烧结在绝缘基板2的导电铜层上；所述半桥模块组件10内各部件之间的孔隙通过环氧塑封结构9以实现电气隔离。
所述芯片焊接导电铜排5通过冲压成型方式制作而成，芯片焊接导电铜排5的焊接面生成有凸包，或者在芯片部分1的上表面通过超声波焊接的方式键合铝线或者铜线，使所述芯片焊接导电铜排5与芯片部分1上表面焊接时其中间的焊料层的焊料厚度得以控制，从而保证焊料厚度的尺寸及厚度的一致性；所述芯片焊接导电铜5采用纯铜或者铜合金材料制成，表层为裸铜或者电镀金、镍或锡可焊接金属材料之一。
参照图2-3所示，所述绝缘基板2通过焊接或银浆烧结方式并排焊接在所述散热基板7上，相邻半桥模块组件10之间进行紧密排布，半桥模块组件10内绝缘基板的设置有信号端子8的其中一侧向外凸出使得信号端子8延伸出半桥模块组件10，而未设置有信号端子8的一侧向内凹陷，使得与之相邻的另一组半桥模块组件10的信号端子8延伸与该半桥模块组件10相邻一侧的信号端子8对齐，从而使得模块内的排布更加紧密整洁，且进一步缩减模块体积，有效提高了模块集成度。所述散热基板7为铜基板，散热基板7背离绝缘基板2的一侧设置有用于风冷或者水冷的散热针4或散热片。
参照图4-5所示，所述的功率端子3及信号端子8在成品切筋前均为完整的引线框架，功率端子3及信号端子8的外表面电镀有金、银等材料之一或其合金材料。所述锡焊焊接采用SnPb,SnAg, SnAgCu,PbSnAg等含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100°~400°之间；所述银浆烧结采用的银浆为微米级、纳米级或者两者混合体的的银浆材料，银浆原材料为银膜或银膏形式，银浆可在较低温度及高压下实现烧结，烧结完成后熔化温度可达900℃甚至更高。
本实用新型通过环氧注塑代替传统硅凝胶灌封方案，提高功率可靠性及模块最高结温；通过银浆烧结的方式增强模块功率循环的能力，使封装更加适合于碳化硅芯片的应用工况，在保证电流等级的前提下进一步缩减模块体积，有效提高了模块集成度；具有能提高模块最高结温，降低杂散电感，提高功率密度，提高模块抗振动能力及功率循环能力的可靠性等特点。
本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种全桥直接水冷SiC车用模块，其特征在于：主要包括散热基板及设置在该散热基板上的若干半桥模块组件，所述半桥模块组件主要包括绝缘基板、碳化硅MOSFET的芯片部分、引线框架、芯片焊接导电铜排、功率端子、信号端子及热敏电阻，所述芯片部分及引线框架通过锡焊焊接或者银浆烧结在绝缘基板的导电铜层上，所述芯片焊接导电铜排通过锡焊焊接在芯片部分或绝缘基板的上表面且各芯片部分之间、各芯片部分的功率端与绝缘基板相应的导电层之间均通过芯片焊接导电铜排进行电气连接，芯片部分以及热敏电阻与绝缘基板通过锡焊焊接或者银浆烧结结合在一起，所述功率端子及信号端子通过锡焊焊接或者银浆烧结在绝缘基板的导电铜层上；所述半桥模块组件内各部件之间的孔隙通过环氧塑封结构以实现电气隔离。
2.根据权利要求1所述的全桥直接水冷SiC车用模块，其特征在于：所述芯片焊接导电铜排通过冲压成型方式制作而成，芯片焊接导电铜排的焊接面生成有凸包，所述芯片部分的上表面通过超声波焊接的方式键合有铝线或铜线，以保证芯片焊接导电铜排与芯片部分之间进行焊接时焊料尺寸及厚度的一致性；所述芯片焊接导电铜采用纯铜或者铜合金材料制成，表层为裸铜或者电镀金、镍或锡可焊接金属材料之一。
3.根据权利要求1或2所述的全桥直接水冷SiC车用模块，其特征在于：所述绝缘基板通过焊接或银浆烧结方式并排焊接在所述散热基板上，所述散热基板为铜基板，散热基板背离绝缘基板的一侧设置有用于风冷或者水冷的散热针或散热片。
4.根据权利要求3所述的全桥直接水冷SiC车用模块，其特征在于：所述的功率端子及信号端子在成品切筋前均为完整的引线框架，功率端子及信号端子的外表面电镀有金、银材料之一或其合金材料。
5.根据权利要求4所述的全桥直接水冷SiC车用模块，其特征在于：所述锡焊焊接采用SnPb,SnAg, SnAgCu,PbSnAg含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100°~400°之间；所述银浆烧结采用的银浆为微米级、纳米级或者两者混合体的银浆材料，银浆原材料为银膜或银膏形式。
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