CN219696445U - 功率模块及具有其的电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率模块及具有其的电机控制器，功率模块包括基板、芯片层、石墨层和散热板。所述基板形成有在厚度方向上背离彼此的第一表面和第二表面；所述芯片层设置于所述第一表面，所述石墨层设置于所述第二表面，所述芯片层与所述石墨层在所述基板厚度方向上正对；所述散热板与所述石墨层连接。根据本实用新型的功率模块，在基板与散热板之间增加石墨层，由于石墨层的材料为石墨复合材料，石墨复合材料的导热性能好，因此设置石墨层增强了功率模块的横向导热能力，减小了扩散热阻，增强了功率模块的散热效果，提高了功率模块的可靠性和安全性。

Description

功率模块及具有其的电机控制器

技术领域

本实用新型涉及电机控制器技术领域，尤其是涉及一种功率模块及具有其的电机控制器。

背景技术

现有技术中，传统的功率模块散热结构，其纵向散热性能较好，但是其横向散热能力过低，热量在功率模块内部传递时并不完全是在纵向进行传递，部分热量也会从功率模块的中心向四周扩散，当功率模块横向散热性能较低时，可能会影响功率模块的可靠性。

公开号为US10475723B1，专利名称为《IGBT heat dissipation structure》的专利公开了一种技术方案，该技术方案的IGBT结构从上至下依次为：芯片层、结合层、冷喷图层、热喷涂层、散热层。该结构可以同时实现冷喷涂金属材料的电导率和导热率以及热喷涂的较高击穿电压的优点，从而增强IGBT模块的散热能力。但该方案只是提高了导热系数，减小了Z方向的导热热阻，其横向导热性较低。

公开号为CN113631020A，专利名称为《一种电机控制器散热结构》的专利，该专利公开了一种电机控制器的散热结构，该散热结构的冷却方式为液冷，实现了IGBT模块每项均匀冷却，但该结构为最终吸收热量结构，未解决热量在传递过程中受阻的问题。

因此如何设计一种功率模块，使得该功率模块产生的热量在传递过程受阻更小成为了本领域丞待解决的问题。

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，本实用新型的一个目的在于提出一种功率模块，根据本实用新型的功率模块，在基板与散热板之间增加石墨层，由于石墨层的材料为石墨复合材料，石墨复合材料的导热性能好，因此设置石墨层增强了功率模块的横向导热能力，减小了扩散热阻，增强了功率模块的散热效果，提高了功率模块的可靠性和安全性。

根据本实用新型实施例的功率模块包括：基板，所述基板形成有在厚度方向上背离彼此的第一表面和第二表面；芯片层和石墨层，所述芯片层设置于所述第一表面，所述石墨层设置于所述第二表面，所述芯片层与所述石墨层在所述基板厚度方向上正对；散热板，所述散热板与所述石墨层连接。

根据本实用新型实施例的功率模块，在基板与散热板之间增加石墨层，由于石墨层的材料为石墨复合材料，石墨复合材料的导热性能好，因此设置石墨层增强了功率模块的横向导热能力，减小了扩散热阻，增强了功率模块的散热效果，提高了功率模块的可靠性和安全性。

根据本实用新型的一些实施例，所述基板包括：绝缘层、第一覆铜层和第二覆铜层，所述第一覆铜层和第二覆铜层分别设置于所述绝缘层在厚度方向上的两侧，所述第一覆铜层与所述第二覆铜层背离彼此的表面分别配置为所述第一表面和所述第二表面。

根据本实用新型的一些实施例，所述芯片层与所述第一覆铜层之间设置有第一焊料层，所述石墨层与所述第二覆铜层之间设置有第二焊料层。

根据本实用新型的一些实施例，所述芯片具有第一焊接面，所述第一焊料层具有朝向所述第一焊接面的第二焊接面，所述第二焊接面的面积大于所述第一焊接面的面积。

根据本实用新型的一些实施例，所述石墨层具有朝向所述散热板焊接的三焊接面，所述散热板上形成有朝向所述石墨层的第四焊接面，所述第四焊接面的面积大于所述第三焊接面的面积。

根据本实用新型的一些实施例，所述石墨层具有朝向所述第二覆铜层的第五焊接面，所述第二焊料层具有朝向所述石墨层的第六焊接面，所述第六焊接面的面积小于所述第五焊接面的面积。

根据本实用新型的一些实施例，所述散热板背离所述石墨层的一侧形成有多个且彼此间隔设置的散热翅片。

根据本实用新型的一些实施例，所述功率模块还包括：底盖，所述底盖上形成有适于冷却介质流动的容纳槽，所述散热板的至少部分收容于所述容纳槽内并浸没于所述冷却介质内。

根据本实用新型的一些实施例，所述底盖与所述散热板共同限制出进液口和出液口，所述进液口与所述出液口将所述容纳槽与外部导通。

下面简单描述根据本实用新型的电机控制器。

根据本实用新型的电机控制器上设置有上述实施例中任意一项所述的功率模块，由于根据本实用新型的电机控制器上设置有上述实施例中任意一项所述的功率模块，因此该电机控制器在长时间使用时，由于其内部的功率模块散热性能佳，功率模块可靠性高、安全性高，因此该电机控制器不会出现温度过大而导致部分功率模块可靠性降低或失效的现象。具有上述实施例中任意一项所述的功率模块的电机控制器，寿命更长，可靠性更高，安全性更高，且无需经常检修或更换内部功率模块，大大节约了成本。

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结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的功率模块的爆炸图。

附图标记：

功率模块1，

基板11，绝缘层111，第一覆铜层112，第二覆铜层113，

芯片层12，石墨层13，散热板14，第一焊料层15，第二焊料层16，

第一焊接面17，第二焊接面18，第三焊接面19，第四焊接面20，

第五焊接面21，第六焊接面22，散热翅片23，底盖24，进液口25，出液口26。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

现有技术中，传统的功率模块散热结构，其纵向散热性能较好，但是其横向散热能力过低，热量在功率模块内部传递时并不完全是在纵向进行传递，部分热量也会从功率模块的中心向四周扩散，当功率模块横向散热性能较低时，可能会影响功率模块的可靠性。

下面参考图1-图2描述根据本实用新型实施例的功率模块。

根据本实用新型实施例的功率模块1包括：基板11、芯片层12、石墨层13和散热板14。基板11形成有在厚度方向上背离彼此的第一表面和第二表面；芯片层12设置于第一表面，石墨层13设置于第二表面，芯片层12与石墨层13在基板11厚度方向上正对；散热板14与石墨层13连接。

由于功率模块1集成度高，功率密度大，其内部芯片温度较高，若散热性能不佳会降低功率模块1的可靠性，甚至引起功率模块1的失效。传统的功率模块1散热结构，其纵向散热性能较好，但是其横向散热能力过低，热量在功率模块1内部传递时并不完全是在纵向进行传递，部分热量也会从功率模块1的中心向四周扩散，当功率模块1横向散热性能较低时，可能会影响功率模块1的可靠性。

根据本实用新型实施例的功率模块1，在基板11与散热板14之间增加石墨层13，由于石墨层13的材料为石墨复合材料，石墨复合材料的导热性能好，因此设置石墨层13增强了功率模块1的横向导热能力，减小了扩散热阻，增强了功率模块1的散热效果，提高了功率模块1的可靠性和安全性。

在本实用新型的一些实施例中，基板11包括绝缘层111、第一覆铜层112和第二覆铜层113，第一覆铜层112和第二覆铜层113分别设置于绝缘层111在厚度方向上的两侧，第一覆铜层112与第二覆铜层113背离彼此的表面分别配置为第一表面和第二表面。其中，基板11主要作用为保证芯片与散热板14之间的电绝缘能力和良好的导热性，同时还要提供一定的电流传输能力。基于上述作用，绝缘层111可以构造为电绝缘能力很好的绝缘陶瓷，而铜同时具有良好的导热能力和导电能力，通过将第一覆铜层112和第二覆铜层113设置于绝缘陶瓷在厚度方向上的两侧，实现了基板11能同时具备良好的绝缘性、导热性和导电性。

在本实用新型的一些实施例中，芯片层12与第一覆铜层112之间设置有第一焊料层15，石墨层13与第二覆铜层113之间设置有第二焊料层16。其中，芯片层12与第一覆铜层112通过第一焊料层15焊接在一起，并通过将芯片层12和第一覆铜层112进行键合，实现芯片层12的电气导通。石墨层13在厚度方向上的一侧表面与第二覆铜层113通过第二焊料层16焊接在一起，而石墨层13在厚度方向上的另一侧表面与散热板14焊接在一起，形成了芯片层12的完整散热路径。

在本实用新型的一些实施例中，芯片具有第一焊接面17，第一焊料层15具有朝向第一焊接面17的第二焊接面18，第二焊接面18的面积大于第一焊接面17的面积。其中，第二焊接面18的面积略大于第一焊接面17的面积，保证了芯片层12的连接稳定性，使芯片层12能稳定的连接在基板11上。

由于热量在从热源中心往四周横向扩散时，热量在两个面积不同的平面传递时便会产生扩散热阻，当热源的面积与散热表面的面积之比越小时，即散热表面的面积比热源的面积越大，其扩散热阻就越大，散热性能低，不利于散热，因此将第二焊接面18的面积构造为略大于第一焊接面17的面积，避免了由于第二焊接面18的面积过大而导致扩散热阻过大的问题，保证芯片产生的热量能被及时到处，提升芯片的可靠性和安全性。

在本实用新型的一些实施例中，石墨层13具有朝向散热板14焊接的三焊接面，散热板14上形成有朝向石墨层13的第四焊接面20，第四焊接面20的面积大于第三焊接面19的面积。通过将第四焊接面20的面积构造为大于第三焊接面19的面积，即石墨层13并未完全覆盖散热板14的第四焊接面20，降低了石墨复合材料的成本。

在本实用新型的一些实施例中，石墨层13具有朝向第二覆铜层113的第五焊接面21，第二焊料层16具有朝向石墨层13的第六焊接面22，第六焊接面22的面积小于第五焊接面21的面积。在减小扩散热阻的方法中，可以使第二焊料层16的尺寸与散热板14顶面尺寸相匹配，但由于机械设计和电气设计，对于一种确定型号的功率模块1，第二焊料层16和散热板14顶面尺寸几乎是固定不变的。在本申请中，石墨层13上的第三焊接面19和第五焊接面21彼此正对且面积相等，而第二焊料层16上的第六焊接面22小于第五焊接面21，散热板14上的第四焊接面20大于第三焊接面19，且热量传递路径为：从第六焊接面22到第五焊接面21，从第五焊接面21到第三焊接面19，从第三焊接面19到第四焊接面20，因此，相比于热量直接从第二焊料层16传递到散热板14上，该申请中增加石墨层13后，扩散热阻大大降低，提升了功率模块1的散热性能。

在本实用新型的一些实施例中，散热板14背离石墨层13的一侧形成有多个且彼此间隔设置的散热翅片23。其中，热量完整的纵向传热路径为：从芯片到基板11，从基板11到石墨层13，从石墨层13到散热板14顶面，从散热板14顶面到散热板14背离石墨层13的一侧的散热翅片23上。当热量被传递到散热翅片23上时，可通过外部冷却系统带走散热翅片23上的热量，进而使得散热翅片23能源源不断地持续吸收热量，避免芯片层12温度过高，保证了芯片的可靠性和安全性。

在本实用新型的一些实施例中，功率模块1还包括底盖24，底盖24上形成有适于冷却介质流动的容纳槽，散热板14的至少部分收容于容纳槽内并浸没于冷却介质内。其中，散热板14上的散热翅片23至少部分进入冷却介质内。通过在底盖24上的容纳槽内设置冷却介质，可以将散热翅片23上的热量吸收，降低散热翅片23的温度，进而使散热翅片23持续吸收热量，保证芯片层12的安全性。

在本实用新型的一些实施例中，底盖24与散热板14共同限制出进液口25和出液口26，进液口25与出液口26将容纳槽与外部导通。其中，底盖24与散热板14配合后，其自身结构在散热板14和底盖24的同侧表面上形成有进液口25，在散热板14和底盖24的同侧另一表面上形成有出液口26，进液口25和出液口26可以构造为彼此正对。通过设置进液口25和出液口26将容纳槽与外部导通，使得容纳槽内的冷却介质可以进行更换，确保冷却介质一直保持较低的温度，进而使得冷却介质可以持续吸收散热翅片23上的热量，确保了芯片上的热量能持续被吸收，提升了芯片层12的可靠性和安全性。

下面简单描述根据本实用新型的电机控制器。

根据本实用新型的电机控制器上设置有上述实施例中任意一项所述的功率模块1，由于根据本实用新型的电机控制器上设置有上述实施例中任意一项所述的功率模块1，因此该电机控制器在长时间使用时，由于其内部的功率模块1散热性能佳，功率模块1可靠性高、安全性高，因此该电机控制器不会出现温度过大而导致部分功率模块1可靠性降低或失效的现象。具有上述实施例中任意一项所述的功率模块1的电机控制器，寿命更长，可靠性更高，安全性更高，且无需经常检修或更换内部功率模块1，大大节约了成本。

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。

在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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)

1.一种用于电机控制器的功率模块，其特征在于，包括：

基板(11)，所述基板(11)形成有在厚度方向上背离彼此的第一表面和第二表面；

芯片层(12)和石墨层(13)，所述芯片层(12)设置于所述第一表面，所述石墨层(13)设置于所述第二表面，所述芯片层(12)与所述石墨层(13)在所述基板(11)厚度方向上正对；

散热板(14)，所述散热板(14)与所述石墨层(13)连接。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述基板(11)包括：

绝缘层(111)；

第一覆铜层(112)和第二覆铜层(113)，所述第一覆铜层(112)和第二覆铜层(113)分别设置于所述绝缘层(111)在厚度方向上的两侧，所述第一覆铜层(112)与所述第二覆铜层(113)背离彼此的表面分别配置为所述第一表面和所述第二表面。

3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述芯片层(12)与所述第一覆铜层(112)之间设置有第一焊料层(15)，所述石墨层(13)与所述第二覆铜层(113)之间设置有第二焊料层(16)。

4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述芯片层(12)具有第一焊接面(17)，所述第一焊料层(15)具有朝向所述第一焊接面(17)的第二焊接面(18)，所述第二焊接面(18)的面积大于所述第一焊接面(17)的面积。

5.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述石墨层(13)具有朝向所述散热板(14)焊接的第三焊接面(19)，所述散热板(14)上形成有朝向所述石墨层(13)的第四焊接面(20)，所述第四焊接面(20)的面积大于所述第三焊接面(19)的面积。

6.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述石墨层(13)具有朝向所述第二覆铜层(113)的第五焊接面(21)，所述第二焊料层(16)具有朝向所述石墨层(13)的第六焊接面(22)，所述第六焊接面(22)的面积小于所述第五焊接面(21)的面积。

7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述散热板(14)背离所述石墨层(13)的一侧形成有多个且彼此间隔设置的散热翅片(23)。

8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块(1)还包括：

底盖(24)，所述底盖(24)上形成有适于冷却介质流动的容纳槽，所述散热板(14)的至少部分收容于所述容纳槽内并浸没于所述冷却介质内。

9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述底盖(24)与所述散热板(14)共同限制出进液口(25)和出液口(26)，所述进液口(25)与所述出液口(26)将所述容纳槽与外部导通。

10.一种电机控制器，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的功率模块。