CN220041852U - 散热封装结构、功率模块及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及散热装置技术领域，提供了散热封装结构、功率模块及电动汽车，通过绝缘冷却液对芯片进行散热，散热封装结构包括壳体和夹持组件。其中，壳体内开设有容置空间，芯片与容置空间的内周壁间隔设置，夹持组件与壳体固定，夹持组件包括两块平行放置的夹板，两块夹板均开设有避让孔，于容置空间内，芯片的周侧边缘夹设于两块夹板之间，绝缘冷却液通过避让孔与芯片的正反两侧端面接触并进行热交换。将芯片浸泡于绝缘冷却液，使其两者直接接触进行热交换，以提高换热效率，且夹板夹持于芯片的周向边缘，进一步的扩大芯片的发热部与绝缘冷却液的接触面积，使得芯片受力分散且均匀，避免其局部集中受力而造成损坏。

Description

散热封装结构、功率模块及电动汽车

技术领域

本实用新型涉及散热装置技术领域，尤其涉及一种散热封装结构、功率模块及电动汽车。

背景技术

芯片作为控制系统中信息处理模块，成为了机械设备实现智能化及自动化的核心部件，随着科技的进步，芯片的集成性越来越高，其功能也逐渐丰富，但这也导致了芯片在工作过程中会产生更大量的热能，如果无法及时散热，将导致芯片过热而损坏。因此，芯片的工作环境，需要具备一定的冷却功能。

随着液冷技术的逐渐成熟，在散热封装结构通入冷却液，芯片安装于密封的安装腔中，通过导热片将芯片产生的热量传递至冷却液中，实现芯片与冷却液的间接接触，进行热交换。但这种逐层的，间接的热传递结构，其导热效率较低，且结构相对复杂。

现在的部分散热封装结构，则将芯片直接浸泡于绝缘冷却液中，通过多个支撑柱抵接于芯片的正反两侧的端面，实现对芯片的夹持，如此虽然提高了热交换的效率，但由于芯片的主要发热区域集中于正反两侧端面，支撑柱对端面进行遮挡，减少了绝缘冷却液与芯片的接触面积，由于接触点较少，且外部的应力可能作用于芯片上，造成芯片的损伤。

因此，亟需一种散热封装结构、功率模块及电动汽车，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种散热封装结构、功率模块及电动汽车，能够进一步的扩大芯片的发热部与绝缘冷却液的接触面积，使得芯片受力分散且均匀，避免其局部集中受力而造成损坏。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

散热封装结构，通过绝缘冷却液对芯片进行散热，散热封装结构包括：

壳体，上述壳体内开设有容置空间，上述芯片与上述容置空间的内周壁间隔设置，上述壳体沿第一水平方向开设有进液口和排液口，且沿竖直方向，上述排液口处于上述芯片的上位；

夹持组件，与上述壳体固定，上述夹持组件包括两块平行放置的夹板，两块上述夹板均开设有避让孔，于上述容置空间内，上述芯片的周侧边缘夹设于两块上述夹板之间，上述绝缘冷却液通过上述避让孔与上述芯片的正反两侧端面接触并进行热交换。

作为上述散热封装结构的一种优选技术方案，两块上述夹板之间焊接固定，且于上述避让孔内，上述芯片的周侧边缘与上述夹板焊接固定。

作为上述散热封装结构的一种优选技术方案，两块上述夹板于远离上述避让孔的一端焊接固定，两块上述夹板之间形成流道，上述绝缘冷却液能够进入上述流道并与上述芯片的周侧边缘接触并进行热交换。

作为上述散热封装结构的一种优选技术方案，上述夹持组件还包括支撑件，上述支撑件于第二水平方向设置于上述避让孔的相对两侧，上述支撑件的相对两端分别与上述壳体及上述夹板抵接，使得两个上述夹板具备相互靠近的趋势；

上述第一水平方向和上述第二水平方向相互垂直。

作为上述散热封装结构的一种优选技术方案，上述壳体包括活动端盖和壳主体，上述活动端盖与上述壳主体可拆卸连接，上述支撑件的一端与上述活动端盖抵接。

作为上述散热封装结构的一种优选技术方案，上述夹持组件还包括支撑件，上述支撑件与上述夹板一体化成型。

作为上述散热封装结构的一种优选技术方案，于垂直于上述夹板的方向，上述支撑件对称设置，且对称的两个上述支撑件分别与与其位于上述芯片同侧的夹板抵接。

作为上述散热封装结构的一种优选技术方案，每块上述夹板包括多个夹持部，多个上述夹持部沿周向排布，每个上述夹持部的边缘开设有避让槽，多个上述避让槽围成上述避让孔，多个上述夹持部通过上述芯片连接，且每个上述夹持部均配置有上述支撑件。

还提供了功率模块，包括上述芯片和上述散热封装结构，上述芯片安装于上述散热封装结构中。

还提供了电动汽车，包括控制电路和上述功率模块，上述壳体两侧设置有功率端子，上述功率端子与上述控制电路连接。

本实用新型有益效果：

壳体内部的容置空间用于安装芯片以及容纳绝缘冷却液，两块夹板沿芯片的厚度方向夹持芯片，将芯片架设于容置空间中部，且夹板夹持于芯片的周侧边缘，对芯片的主要发热部位，即芯片的正反两侧端面进行避让，使其能够自夹板的避让孔暴露；绝缘冷却液自进液口进入容置空间，并逐渐填充容置空间，在此过程中，绝缘冷却液通过避让孔与芯片的正反两侧端面接触并进行热交换，对芯片进行冷却降温，在绝缘冷却液完全淹没芯片后，且达到一定的水位高度时，能够自排出口排出容置空间。如此设置，将芯片浸泡于绝缘冷却液，使其两者直接接触进行热交换，以提高换热效率，且夹板夹持于芯片的周向边缘，对芯片的主要发热部进行避让，进一步的扩大芯片的发热部与绝缘冷却液的接触面积，且这种固定方式，实现夹板与芯片的面接触，使得芯片受力分散且均匀，避免其局部集中受力，而造成损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的散热封装结构的正视图；

图2是本实用新型实施例提供的散热封装结构的俯视图；

图3是本实用新型实施例二提供的夹持部的结构示意图。

图中：

X、第一水平方向；Y、第二水平方向；Z、竖直方向；

10、壳体；11、容置空间；12、进液口；13、排液口；14、顶壁；15、底壁；16、周侧壁；17、功率端子；

20、芯片；

31、夹板；32、流道；33、支撑件；34、夹持部；341、避让槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，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。而且，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。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图1和图2所示，本申请提供了一种散热封装结构，通过绝缘冷却液对芯片20进行散热，散热封装结构包括壳体10和夹持组件。其中，壳体10内开设有容置空间11，芯片20与容置空间11的内周壁间隔设置，壳体10沿第一水平方向X开设有进液口12和排液口13，且沿竖直方向Z，排液口13处于芯片20的上位；夹持组件与壳体10固定，夹持组件包括两块平行放置的夹板31，两块夹板31均开设有避让孔，于容置空间11内，芯片20的周侧边缘夹设于两块夹板31之间，绝缘冷却液通过避让孔与芯片20的正反两侧端面接触并进行热交换。

具体的，壳体10内部的容置空间11用于安装芯片20以及容纳绝缘冷却液，两块夹板31沿芯片20的厚度方向夹持芯片20，将芯片20架设于容置空间11中部，且夹板31夹持于芯片20的周侧边缘，对芯片20的主要发热部位，即芯片20的正反两侧端面进行避让，使其能够自夹板31的避让孔暴露；绝缘冷却液自进液口12进入容置空间11，并逐渐填充容置空间11，在此过程中，绝缘冷却液通过避让孔与芯片20的正反两侧端面接触并进行热交换，对芯片20进行冷却降温，在绝缘冷却液完全淹没芯片20后，且达到一定的水位高度时，能够自排出口排出容置空间11。

如此设置，将芯片20浸泡于绝缘冷却液，使其两者直接接触进行热交换，以提高换热效率，且夹板31夹持于芯片20的周向边缘，对芯片20的主要发热部进行避让，进一步的扩大芯片20的发热部与绝缘冷却液的接触面积，且这种固定方式，实现夹板31与芯片20的面接触，使得芯片20受力分散且均匀，避免其局部集中受力，而造成损坏。

于本实施例中，芯片20的正反两侧端面平行于水平面放置，如此，绝缘冷却液依次于芯片20朝向下方的端面及朝向上方的端面接触。

于其他实施例中，芯片20的正反两侧端面垂直于水平面放置，如此，绝缘冷却液能够同时与两个端面同时接触，并随着液位上升，逐步与端面的全域接触。

可选的，两块夹板31之间焊接固定，且于避让孔内，芯片20的周侧边缘与夹板31焊接固定。如此设置，通过焊接的方式，使得两块夹板31的之间相对位置保持固定，在夹持芯片20后，能够锁定对芯片20的夹持状态，同时还保证芯片20与夹板31之间的相位位置保持稳定，使得芯片20的正反两侧的端面能够保持与避让孔对齐。

于其他实施例中，两个夹板31之间还能够采用紧固件固定，具体的，螺栓穿管其中一个夹板31后，与另一个夹板31螺纹连接，或是贯穿另一个夹板31后与螺栓螺纹连接。

可选的，两块夹板31于远离避让孔的一端焊接固定，两块夹板31之间形成流道32，绝缘冷却液能够进入流道32并与芯片20的周侧边缘接触并进行热交换。如此设置，使得绝缘冷却液能够进一步芯片20接触，能够全面的对芯片20进行散热。

可选的，夹持组件还包括支撑件33，支撑件33于第二水平方向Y设置于避让孔的相对两侧，支撑件33的相对两端分别与壳体10及夹板31抵接，使得两个夹板31具备相互靠近的趋势；且第一水平方向X和第二水平方向Y相互垂直。如此设置，通过加设支撑件33，填充夹板31与与其平行的壳体10端面之间的空间，加强散热工装的结构强度，且为夹板31提供支撑，减少夹板31在绝缘冷却液于容置空间11内循环时，对其曹成的冲击，进而导致夹板31出现摆动情况。且支撑件33于夹板31与壳体10端面之间过盈配合，使得两块夹板31具备相互靠近的趋势，以增加夹板31对芯片20夹持的可靠性。

可选的，壳体10包括活动端盖和壳主体，活动端盖与壳主体可拆卸连接，支撑件33的一端与活动端盖抵接。如此设置，使得在扣合活动端盖和壳主体时，活动端盖挤压支撑件33，进而使得支撑件33进一步的促进两块压板相互靠近。

具体的，活动盖板平行于夹板31。

于其他实施例中，支撑件33与夹板31一体化成型。如此设置，便于安装，且强化了夹持组件的结构强度。

于其他实施例中，支撑件33与壳体10一体成型。

可选的，于垂直于夹板31的方向，支撑件33对称设置，且对称的两个支撑件33分别与与其位于芯片20同侧的夹板31抵接。如此设置，使得两个支撑件33作用于夹板31上的垂直于夹板31的力能够位于同一直线，以避免在夹板31上形成剪切力。

可选的，两块支撑件33相邻的一侧端面凸设有紊流板，以减缓绝缘冷却液于该区域的流速，以延长绝缘冷却液与芯片20的接触时间，充分进行热交换。

进一步的，当容置空间11中，需要放置多个芯片20时，将多个芯片20沿同一水平面放置，使得绝缘冷却液能够同时对多个芯片20进行热交换。具体的，当芯片20平行于水平面放置时，夹板31开设有多个避让孔，将多个芯片20夹均夹设于两块夹板31之间，芯片20与避让孔一一对应放置。当芯片20垂直于水平面放置时，则需要在容置空间11内设置多组夹持组件，分别对芯片20进行夹持。

进一步的，当芯片20平行于水平面放置时，沿第二水平方向Y相邻的两个芯片20之间设置有支撑件33。

本申请还提供一种功率模块，包括芯片20和上述的散热封装结构，芯片20安装于散热封装结构中。

本申请还提供一种电动汽车，包括控制电路和上述的功率模块，壳体10两侧设置有功率端子17，功率端子17与控制电路连接。该功率端子17用于与电路中的其他元件连接，实现功率模块的应用。芯片20控制端子先引线到其周围夹板31上固定，再向上穿过壳体10的顶层端面出线，以减少应力对芯片20的影响。多个芯片20串并联所需的键合线或其他引线亦固定在夹板31上。

可选的，壳体10包括顶壁14、底壁15和周侧壁16，其中，顶壁14和底壁15也可分别使用不同材料替代，如金属、导热基板、陶瓷等，以满足不同安装环境的需要。于本实施例中，顶壁14即为活动端盖，底壁15和周侧壁16则形成壳主体。

可选的，芯片20可以为SI IGBT、SIC MOSFET、SIC IGBT、FRD等不同功能芯片。

可选的，绝缘冷却液可以为冷却油。

实施例二

本实施例中的技术方案与实施例一的技术方案大致相同，区别在于，如图3所示，每块夹板31包括多个夹持部34，多个夹持部34沿周向排布，每个夹持部34的边缘开设有避让槽341，多个避让槽341围成避让孔，且每个夹持部34均配置有支撑件33。如此设置，通过将夹板31分成多个夹持部34，通过改变夹持部34之间的间距以及使用个数，以适应不同大小或不同形状的芯片20，使得散热封装结构的适用性更强。

本实施例中，芯片20为矩形，散热封装结构中，设置有四组夹持部34，每个夹持部34开设有L型避让槽341用于夹持芯片20的四个边角。夹持部34通过支撑件33与壳体10固定，壳体10的对应端面开设有插接孔，支撑件33的对应两端则凸设有插接块，插接孔与插接块插接，以锁定夹持部34于容置空间11中的位置。

此外，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.散热封装结构，通过绝缘冷却液对芯片(20)进行散热，其特征在于，散热封装结构包括：

壳体(10)，所述壳体(10)内开设有容置空间(11)，所述芯片(20)与所述容置空间(11)的内周壁间隔设置，所述壳体(10)沿第一水平方向(X)开设有进液口(12)和排液口(13)，且沿竖直方向(Z)，所述排液口(13)处于所述芯片(20)的上位；

夹持组件，与所述壳体(10)固定，所述夹持组件包括两块平行放置的夹板(31)，两块所述夹板(31)均开设有避让孔，于所述容置空间(11)内，所述芯片(20)的周侧边缘夹设于两块所述夹板(31)之间，所述绝缘冷却液通过所述避让孔与所述芯片(20)的正反两侧端面接触并进行热交换。

2.根据权利要求1所述的散热封装结构，其特征在于，两块所述夹板(31)之间焊接固定，且于所述避让孔内，所述芯片(20)的周侧边缘与所述夹板(31)焊接固定。

3.根据权利要求2所述的散热封装结构，其特征在于，两块所述夹板(31)于远离所述避让孔的一端焊接固定，两块所述夹板(31)之间形成流道(32)，所述绝缘冷却液能够进入所述流道(32)并与所述芯片(20)的周侧边缘接触并进行热交换。

4.根据权利要求1所述的散热封装结构，其特征在于，所述夹持组件还包括支撑件(33)，所述支撑件(33)于第二水平方向(Y)设置于所述避让孔的相对两侧，所述支撑件(33)的相对两端分别与所述壳体(10)及所述夹板(31)抵接，使得两个所述夹板(31)具备相互靠近的趋势；

所述第一水平方向(X)和所述第二水平方向(Y)相互垂直。

5.根据权利要求4所述的散热封装结构，其特征在于，所述壳体(10)包括活动端盖和壳主体，所述活动端盖与所述壳主体可拆卸连接，所述支撑件(33)的一端与所述活动端盖抵接。

6.根据权利要求1所述的散热封装结构，其特征在于，所述夹持组件还包括支撑件(33)，所述支撑件(33)与所述夹板(31)一体化成型。

7.根据权利要求4所述的散热封装结构，其特征在于，于垂直于所述夹板(31)的方向，所述支撑件(33)对称设置，且对称的两个所述支撑件(33)分别与其位于所述芯片(20)同侧的夹板(31)抵接。

8.根据权利要求4所述的散热封装结构，其特征在于，每块所述夹板(31)包括多个夹持部(34)，多个所述夹持部(34)沿周向排布，每个所述夹持部(34)的边缘开设有避让槽(341)，多个所述避让槽(341)围成所述避让孔，多个所述夹持部(34)通过所述芯片(20)连接，且每个所述夹持部(34)均配置有所述支撑件(33)。

9.功率模块，其特征在于，包括所述芯片(20)和权利要求1-7任一项所述的散热封装结构，所述芯片(20)安装于所述散热封装结构中。

10.电动汽车，其特征在于，包括控制电路和权利要求9所述的功率模块，所述壳体(10)两侧设置有功率端子(17)，所述功率端子(17)与所述控制电路连接。