CN219066822U - 功率模块、控制器和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率模块、控制器和车辆，所述功率模块包括：功率芯片；温度传感器；第一基板，所述第一基板上设置有所述功率芯片；第二基板，所述第二基板贴设于所述第一基板上且与所述功率芯片间隔设置，所述第二基板上设置有所述温度传感器。如此，形成“功率芯片‑第一基板‑第二基板‑温度传感器”的传热路径，可以有效降低温度传感器的自身应力，在热的作用下，不会产生翘曲、裂纹等问题，进而降低温度传感器的损坏风险，并且，功率芯片的热源与温度传感器之间的传热路径较短，可以使温度传感器对结温的响应及时，有效的监控功率芯片结温，防止过温异常发生。

Description

功率模块、控制器和车辆

技术领域

本实用新型涉及功率模块技术领域，尤其是涉及一种功率模块、控制器和车辆。

背景技术

相关技术中，有一种功率模块内部的DBC基板，玻封式热敏电阻的两个电极端子直接焊接到DBC基板的独立铜皮上，与芯片所在的功率回路铜皮是由沟槽隔离开的，在模块应用过程中，由于材料间热膨胀系数不匹配，在热的作用下，DBC板和模块会发生不同程度的热翘曲，导致热敏电阻处产生较大的应力，一旦超过热敏电阻自身承受极限，很容易发生损坏，如产生裂纹等，甚至有可能导致热敏电阻的功能失效，从而无法对芯片起到过热防护作用。

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模块，在第一基板上贴芯片，第一基板上邻近芯片的一侧贴第二基板，并在第二基板上设温度传感器，温度传感器处不会产生较大的应力，起到保护作用。

本实用新型还提出了一种控制器。

本实用新型还提出了一种车辆。

根据本实用新型第一方面实施例的功率模块，包括：功率芯片；温度传感器；第一基板，所述第一基板上设置有所述功率芯片；第二基板，所述第二基板贴设于所述第一基板上且与所述功率芯片间隔设置，所述第二基板上设置有所述温度传感器。

根据本实用新型实施例的功率模块，通过在第一基板上贴设功率芯片和第二基板，并将温度传感器设置在第二基板上，可以形成“功率芯片-第一基板-第二基板-温度传感器”的传热路径，相比于将温度传感器直接焊接在第一基板上，避免了在热的作用下温度传感器处出现较大的应力，有效降低了温度传感器的自身应力，进而降低温度传感器的损坏风险，从而可以对功率芯片起到有效的过热防护作用。

根据本实用新型的一些实施例，所述第二基板包括：第一导热层、绝缘层和第二导热层，所述第一导热层、所述绝缘层和所述第二导热层从上往下依次层叠设置，所述温度传感器设置于所述第一导热层上。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一导热层包括：第一导热板和第二导热板，所述第一导热板和所述第二导热板相互间隔设置，所述温度传感器的两端分别与所述第一导热板和所述第二导热板相连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一导热板或所述第二导热板设置有第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部相对连接，所述第一连接部与所述温度传感器的一端固定连接且所述第二连接部用于连接信号端子。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一导热板和所述第二导热板上均设置有第一沟槽，且所述第一导热板和所述第二导热板之间设置有第二沟槽，所述第一沟槽与所述第二沟槽相连通。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一导热板的所述第一沟槽和所述第二导热板的所述第一沟槽相对设置；或，所述第一导热板的所述第一沟槽和所述第二导热板的所述第一沟槽朝向同一侧设置。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一导热板和所述第二导热板沿所述第二基板的任一方向相对设置。

根据本实用新型的一些实施例，所述第二基板为长条形，所述第一导热板和所述第二导热板沿所述第二基板的长度方向依次排布。

根据本实用新型的一些实施例，所述第二基板为至少一个，至少一个所述第二基板设置在所述第一基板上，且所述温度传感器与所述功率芯片邻近设置。

根据本实用新型的一些实施例，功率模块还包括：散热底板，所述第一基板设置于所述散热底板上。

根据本实用新型第二方面实施例的控制器，包括：壳体；所述的功率模块，所述功率模块设置于所述壳体内。

根据本实用新型第三方面实施例的车辆，包括：所述的控制器。

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模块的内部结构的装配示意图；

图2是根据本实用新型实施例的功率模块的内部结构的局部放大图；

图3是根据本实用新型实施例的功率模块的内部结构的热传递示意图；

图4是根据本实用新型第一种实施例的第二基板的正视图；

图5是根据本实用新型第一种实施例的第二基板的侧视图；

图6是根据本实用新型第一种实施例的第二基板与温度传感器的装配示意图；

图7是根据本实用新型第二种实施例的第二基板的正视图；

图8是根据本实用新型第二种实施例的第二基板与温度传感器的装配示意图。

附图标记：

100、功率模块；

10、功率芯片；

20、温度传感器；

30、第一基板；31、第三导热层；32、第二绝缘层；33、第四导热层；

40、第二基板；

41、第一导热层；411、第一导热板；412、第二导热板；413、第一连接部；414、第二连接部；415、第一沟槽；416、第二沟槽；42、绝缘层；43、第二导热层；

50、散热底板；60、焊层。

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8描述根据本实用新型实施例的功率模块100，以及本实用新型还提出了一种具有上述功率模块100的控制器和车辆。

结合附图1-图8所示，功率模块100包括：功率芯片10、温度传感器20、第一基板30和第二基板40。

其中，第一基板30上设置有功率芯片10，第二基板40贴设于第一基板30上，并且与功率芯片10间隔设置，第二基板40上设置有温度传感器20。也就是说，第一基板30作为核心板，在第一基板30上贴设功率芯片10和第二基板40，并且温度传感器20由第二基板40进行承载。如此，功率芯片10工作过程中产生热量向四周传递时，可以使热量沿图3中的箭头方向向第二基板40传递，温度传感器20直接反应第二基板40的温度，间接反应功率芯片10的温度，使得温度传感器20能够监测功率芯片10的结温，对功率模块100起到过热保护的功能，避免功率芯片10温度过高引起的失效，提高功率模块100寿命。

相比于现有技术中将温度传感器20直接焊接于第一基板30的独立铜皮上，与功率芯片10所在的功率回路铜皮由沟槽隔开的布局结构，本实用新型的功率模块100中，温度传感器20设置在第二基板40上，然后将第二基板40设置在第一基板30上，在热的作用下，第二基板40取代了独立设置的铜皮，这样第二基板40上的温度传感器20周围不会产生较大的应力和应变，可以有效降低温度传感器20的自身应力，进而降低温度传感器20的损坏风险，使温度传感器20对功率芯片10起到可靠的过热防护作用。

并且，功率芯片10的热量至温度传感器20的传热路径为：“功率芯片10-第一基板30-第二基板40-温度传感器20”，相比于“功率芯片10-主DBC基板-底板-辅助DBC基板-热敏电阻”的热传导路径而言，传热路径较短，并且载有温度传感器20的第二基板40可以邻近功率芯片10进行装配，使得功率芯片10与温度传感器20之间的传热路径更短，从而使温度传感器20对结温的响应更加及时，更为有效的监控功率芯片10结温，防止过温异常发生。而且，第一基板30上不再需要设计装配温度传感器20的独立铜皮，可增加功率模块100内部电路设计灵活性，节省出的面积可以用来增加功率回路的有效面积，从而提升功率回路过流潜力，也可以进行降电感布局设计。

此外，第一基板30和第二基板40可以为覆铜陶瓷基板（DBC）。基于覆铜陶瓷基板具有陶瓷的高导热、高电绝缘、高机械强度、低膨胀等特性，又兼具无氧铜的高导电性和优异焊接性能，将功率芯片10和温度传感器20设置在覆铜陶瓷基板上，能够稳定且可靠地发挥各自的功能。

由此，通过在第一基板30上贴设功率芯片10和第二基板40，并将温度传感器20设置在第二基板40上，可以形成“功率芯片10-第一基板30-第二基板40-温度传感器20”的传热路径，一方面，相比于现有的“功率芯片10-主DBC基板-底板-辅助DBC基板-热敏电阻”热传导路径而言，功率芯片10的热源与温度传感器20之间的传热路径更短，可以使温度传感器20对结温的响应更加及时，更为有效的监控功率芯片10结温，防止过温异常发生。另一方面，可以有效降低温度传感器20的自身应力，进而降低温度传感器20的损坏风险。另外，第一基板30上不再需要设计装配温度传感器20的独立铜皮，可增加功率模块100内部电路设计灵活性，节省出的面积可以用来增加功率回路的有效面积，从而提升功率回路过流潜力，也可以进行降电感布局设计。

如图3和图5所示，第二基板40包括：第一导热层41、绝缘层42和第二导热层43，第一导热层41、绝缘层42和第二导热层43从上往下依次层叠设置，温度传感器20设置于第一导热层41上。如此，第一导热层41、绝缘层42和第二导热层43层叠设置，使第二基板40的整体厚度合适，并且绝缘层42可以增加温度传感器20与功率回路之间的爬电距离，使得功率模块100的绝缘耐压性能更加优秀。其中，第一导热层41和第二导热层43可以为覆铜层，绝缘层42可以为陶瓷层，可以通过铜箔在高温下直接键合到陶瓷基片表面上的特殊工艺方法，形成陶瓷层和覆铜层，具有高导热特性，高的附着强度，优异的软钎焊性和优良电绝缘性能。

此外，第一基板30可包括：从上往下依次层叠的第三导热层31、第二绝缘层32和第四导热层33，与第二基板40的结构相同，并且第二绝缘层32可以增加温度传感器20与功率回路之间的爬电距离，使得功率模块100的绝缘耐压性能更加优秀。

结合图4和图7所示，第一导热层41包括：第一导热板411和第二导热板412，第一导热板411和第二导热板412相互间隔设置，温度传感器20的两端分别与第一导热板411和第二导热板412相连接。如此设置，在在绝缘层42上设置有第一导热板411和第二导热板412以形成第一导热层41，将温度传感器20的两端分别与第一导热板411和第二导热板412相连接，可以将第一导热板411和第二导热板412上的热量传递至温度传感器20，以使温度传感器20能够间接监测功率芯片10的温度，有效提高功率模块100寿命。

其中，第一导热板411或第二导热板412设置有第一连接部413和第二连接部414，第一连接部413和第二连接部414相对连接，第一连接部413与温度传感器20的一端固定连接，并且第二连接部414用于连接信号端子。也就是说，第一导热板411和第二导热板412结构相同，以第一导热板411为例，第一导热板411上设有相互连接的第一连接部413和第二连接部414，第一连接部413用于与温度传感器20的一端固定连接，第二连接部414用于连接信号端子，可以将温度传感器20监测的温度信号通过信号端子传递至相应的控制器，以使控制器对接收的温度传感器20的温度信号进行处理，避免功率芯片10温度过高引起失效问题。

具体地，第一连接部413与温度传感器20的一端为焊接连接，例如采用激光焊接和高温熔焊的焊接方式实现第一连接部413和温度传感器20之间的固定连接。第二连接部414设置有信号输出触点，可以通过铝线、铜线或者银线等键合引线与信号输出触点电连接，并且键合引线的另一端与功率模块100的引出端子电连接，然后将引出端子与相应的控制器电连接，从而可以将监测功率芯片10的温度信号传递至控制器，以发出相应的控制指令，保护功率模块100。

以及，第一导热板411和第二导热板412上均设置有第一沟槽415，并且第一导热板411和第二导热板412之间设置有第二沟槽416，第一沟槽415与第二沟槽416相连通。如此设置，第一导热板411和第二导热板412可以通过第一沟槽415焊接在绝缘层42上，可以使第一导热板411和第二导热板412的焊接变形量较小，降低自身的应力，从而有效降低第一连接部413和第二连接部414的损坏风险。以及，在第一导热板411和第二导热板412上设置第二沟槽416，使得第二沟槽416对应于温度传感器20，可以在此处监测最高温度，有效提高温度传感器20的灵敏度。此外，在第二沟槽416中可填充多晶硅元件，以根据设计需求调整温度传感器20的值。

而且，第一导热板411的第一沟槽415和第二导热板412的第一沟槽415相对设置；或，第一导热板411的第一沟槽415和第二导热板412的第一沟槽415朝向同一侧设置。如此，参考图4所示，第一导热板411的第一沟槽415和第二导热板412的第一沟槽415相对设置，使两个第一沟槽415形成的面积较大，可以将第一导热板411和第二导热板412一同焊接在绝缘层42上，同时有效降低自身应力。参考图7所示，第一导热板411的第一沟槽415和第二导热板412的第一沟槽415朝向同一侧设置，可以将第一导热板411和第二导热板412依次焊接，均可以保证第一导热板411和第二导热板412的热传导和绝缘性。

在本实用新型的一个实施例中，第二基板40为方正形，方正形为与正方形类似的矩形，长短边相差不大，第一导热板411和第二导热板412沿第二基板40的任一方向相对设置。如此，基于第二基板40的不同尺寸结构，可以合理地设置第一导热板411和第二导热板412，如图4所示，第二基板40为方正形，长度尺寸和宽度尺寸相同，第一导热板411和第二导热板412可以沿着长度方向或宽度方向并排设置。

在本实用新型的另一个实施例中，第二基板40为长条形，第一导热板411和第二导热板412沿第二基板40的长度方向依次排布。如此，如图7所示，第二基板40为长条形，第一导热板411和第二导热板412可以沿着第二基板40的长度方向一前一后排布，实际情况可根据第一基板30上的功率芯片10和其它电气件的布置结构进行设计，以合理化地利用第一基板30的空间尺寸，优化功率模块100的空间。

结合图1和图2所示，第二基板40为至少一个，至少一个第二基板40设置在第一基板30上，且温度传感器20与功率芯片10邻近设置。如此，在第一基板30上设置有至少一个第二基板40，可以使温度传感器20监测功率芯片10的温度。当然，还可以根据设计需求调整第二基板40的数量，具体地，参考图2所示，在第一基板30上设置有两个第二基板40，两个第二基板40上的两个温度传感器20可以同时监测一个功率芯片10，以确保温度传感器20的监测准确性，同时还可以防止其中一个温度传感器20出现损坏而失去过热防护的作用。进一步地，还可以在第一基板30上设置两个功率芯片10，使两个温度传感器20和两个功率芯片10一一邻近设置，这样可以准确地监测到每个功率芯片10的温度信号，可以更好地保护功率芯片10，有效提高功率模块100的使用寿命。当然，对于第二基板40和功率芯片10的数量包括但不限定于上述提及的数量，可以根据实际情况进行调整。

并且，功率模块100还包括：散热底板50，第一基板30设置于散热底板50上。如此，将第一基板30设置在散热底板50上，一方面，散热底板50可以起到支撑和固定第一基板30的作用，另一方面，功率芯片10产生的热量可以传递至散热底板50，散热底板50可以通过外部空气流动或者相应的散热结构进行有效散热，防止功率芯片10温度过高而引起失效。此外，第一基板30可以采用激光焊接、高温熔焊等方式与散热底板50进行焊接连接。以及，功率芯片10也可以通过焊接方式固定在第一基板30上，以形成“功率芯片10-焊层60-第一基板30-第二基板40-焊层60-温度传感器20”的热传导路径。

根据本实用新型第二方面实施例的控制器，包括：壳体和功率模块100，功率模块100设置于壳体内。如此，壳体用于保护功率模块100，防止外力或外界的水雾灰尘等。

根据本实用新型第三方面实施例的车辆，包括：控制器。

因此，第一基板30作为核心板，在第一基板30上贴设功率芯片10和第二基板40，并且温度传感器20由第二基板40进行承载。如此，功率芯片10工作过程中产生热量向四周传递时，可以使热量沿图3中的箭头方向向第二基板40传递，形成的传热路径为：“功率芯片10-第一基板30-第二基板40-温度传感器20”，相比于“功率芯片10-主DBC基板-底板-辅助DBC基板-热敏电阻”的热传导路径而言，传热路径较短，并且载有温度传感器20的第二基板40可以邻近功率芯片10进行装配，使得功率芯片10与温度传感器20之间的传热路径更短，从而使温度传感器20对结温的响应更加及时，更为有效的监控功率芯片10结温，防止过温异常发生。并且，相比于现有技术中将温度传感器20直接焊接于第一基板30的独立铜皮上，与功率芯片10所在的功率回路铜皮由沟槽隔开的布局结构，本实用新型的功率模块100可以有效降低温度传感器20的自身应力，进而降低温度传感器20的损坏风险。另外，第一基板30上不再需要设计装配温度传感器20的独立铜皮，可增加功率模块100内部电路设计灵活性，节省出的面积可以用来增加功率回路的有效面积，从而提升功率回路过流潜力，也可以进行降电感布局设计。

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 (12)

1.一种功率模块，其特征在于，包括：

功率芯片(10)；

温度传感器(20)；

第一基板(30)，所述第一基板(30)上设置有所述功率芯片(10)；

第二基板(40)，所述第二基板(40)贴设于所述第一基板(30)上且与所述功率芯片(10)间隔设置，所述第二基板(40)上设置有所述温度传感器(20)。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第二基板(40)包括：第一导热层(41)、绝缘层(42)和第二导热层(43)，所述第一导热层(41)、所述绝缘层(42)和所述第二导热层(43)从上往下依次层叠设置，所述温度传感器(20)设置于所述第一导热层(41)上。

3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述第一导热层(41)包括：第一导热板(411)和第二导热板(412)，所述第一导热板(411)和所述第二导热板(412)相互间隔设置，所述温度传感器(20)的两端分别与所述第一导热板(411)和所述第二导热板(412)相连接。

4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述第一导热板(411)或所述第二导热板(412)设置有第一连接部(413)和第二连接部(414)，所述第一连接部(413)和所述第二连接部(414)相对连接，所述第一连接部(413)与所述温度传感器(20)的一端固定连接且所述第二连接部(414)用于连接信号端子。

5.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述第一导热板(411)和所述第二导热板(412)上均设置有第一沟槽(415)，且所述第一导热板(411)和所述第二导热板(412)之间设置有第二沟槽(416)，所述第一沟槽(415)与所述第二沟槽(416)相连通。

6.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于，所述第一导热板(411)的所述第一沟槽(415)和所述第二导热板(412)的所述第一沟槽(415)相对设置；或，

所述第一导热板(411)的所述第一沟槽(415)和所述第二导热板(412)的所述第一沟槽(415)朝向同一侧设置。

7.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述第一导热板(411)和所述第二导热板(412)沿所述第二基板(40)的任一方向相对设置。

8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，所述第二基板(40)为长条形，所述第一导热板(411)和所述第二导热板(412)沿所述第二基板(40)的长度方向依次排布。

9.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第二基板(40)为至少一个，至少一个所述第二基板(40)设置在所述第一基板(30)上，且所述温度传感器(20)与所述功率芯片(10)邻近设置。

10.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包括：散热底板(50)，所述第一基板(30)设置于所述散热底板(50)上。

11.一种控制器，其特征在于，包括：

壳体；

权利要求1-10中任一项所述的功率模块，所述功率模块设置于所述壳体内。

12.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求11中所述的控制器。

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