CN220915152U - 功率模块和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率模块和车辆，功率模块包括：芯片，芯片上集成有传感器件；第一基板，第一基板设置于芯片的上侧，第一基板与芯片电连接；第二基板，第二基板设置于芯片的下侧，第二基板与芯片电连接，芯片的传感器件触点焊接第一基板和/或第二基板上。由此，通过在芯片上集成有传感器件，将第一基板和第二基板均与芯片电连接，并且将芯片的传感器件触点焊接第一基板和/或第二基板上，在保证功率模块整体较薄且重量较轻的前提下，可以实现对功率模块运行状态的实时监测，可以提高功率模块的工作性能。

Description

功率模块和车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种功率模块和车辆。

背景技术

在相关技术中，传统的功率模块封装体积大、且为单面散热，热阻较大，散热效率过低。一些采用双面散热的功率模块，虽然可以提高散热效率，但是其功能较为单一，无法实时监测功率模块的运行状态，导致功率模块的工作性能较低，可靠性较低。

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，该功率模块可以实时监测运行状态，工作性能更佳。

本实用新型进一步地提出了一种车辆。

根据本实用新型实施例的功率模块，包括：芯片，所述芯片上集成有传感器件；第一基板，所述第一基板设置于所述芯片的上侧，所述第一基板与所述芯片电连接；第二基板，所述第二基板设置于所述芯片的下侧，所述第二基板与所述芯片电连接，所述芯片的传感器件触点焊接所述第一基板和/或所述第二基板上。

由此，通过在芯片上集成有传感器件，将第一基板和第二基板均与芯片电连接，并且将芯片的传感器件触点焊接第一基板和/或第二基板上，在保证功率模块整体较薄且重量较轻的前提下，可以实现对功率模块运行状态的实时监测，可以提高功率模块的工作性能。

在本实用新型的一些示例中，所述第一基板和/或所述第二基板设置有温度检测区，所述传感器件包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述温度检测区且与所述温度检测区电连接。

在本实用新型的一些示例中，所述第一基板和/或所述第二基板上设置有电流检测区，所述传感器件还包括电流传感器，所述电流传感器设置于所述电流检测区且与所述电流检测区电连接。

在本实用新型的一些示例中，所述温度传感器与所述温度检测区焊接电连接；和/或所述电流传感器与所述电流检测区焊接电连接。

在本实用新型的一些示例中，所述电流传感器的正极位于所述芯片下侧且与所述第二基板焊接电连接，所述电流传感器的负极、所述温度传感器的正极和所述温度传感器的负极位于芯片上侧且与所述第一基板焊接电连接。

在本实用新型的一些示例中，所述第一基板包括第一陶瓷层、第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层分别设置于所述第一陶瓷层的两侧。

在本实用新型的一些示例中，所述第一金属层与所述芯片上侧电连接，所述第二金属层背离所述第一陶瓷层的一侧设置有第一散热面。

在本实用新型的一些示例中，所述第二基板包括第二陶瓷层、第三金属层和第四金属层，所述第三金属层和所述第四金属层分别设置于所述第二陶瓷层的两侧，

在本实用新型的一些示例中，所述第三金属层和所述芯片下侧电连接，所述第四金属层背离所述第二陶瓷层的一侧设置有第二散热面。

在本实用新型的一些示例中，所述第一基板与所述芯片的上侧焊接电连接；和/或所述第二基板与所述芯片的下侧焊接电连接。

在本实用新型的一些示例中，所述第一基板和所述第二基板的尺寸不同。

在本实用新型的一些示例中，所述功率模块还包括电连接端子，所述电连接端子用于与外部设备电连接，所述电连接端子设置于所述第一基板和所述第二基板之间且与所述第一基板和/或所述第二基板焊接电连接。

在本实用新型的一些示例中，所述功率模块还包括塑封外壳，所述第一基板和所述第二基板之间填充有绝缘耐压材料，以构成模块主体，所述塑封外壳塑封裹设于所述模块主体的外侧。

根据本实用新型实施例的车辆，包括：以上所述的功率模块。

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；

图3是根据本实用新型实施例的功率模块的局部示意图；

图4是根据本实用新型实施例的功率模块的剖视图；

图5是根据本实用新型实施例的第二芯片的示意图；

图6是根据本实用新型实施例的第一基板的示意图；

图7是根据本实用新型实施例的第二基板的示意图。

附图标记：

100、功率模块；

10、芯片；11、第一芯片；12、第二芯片；121、栅极信号控制区；122、发射极信号控制区；123、第一负极；124、第二正极；125、第二负极；

20、第一基板；21、第一陶瓷层；22、第一金属层；23、第二金属层；231、第一散热面；

30、第二基板；31、第二陶瓷层；32、第三金属层；33、第四金属层；331、第二散热面；

40、填充层；

50、电连接端子；51、直流输入端子；52、交流输出端子；53、温度传感器功率端子；54、电流传感器功率端子；55、集电极功率端子；56、发射极功率端子；57、栅极功率端子；

60、塑封外壳。

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7描述根据本实用新型实施例的功率模块100，功率模块100可以应用于车辆。

结合图1-图4所示，根据本实用新型的功率模块100可以主要包括：芯片10、第一基板20和第二基板30，其中，芯片10上集成有传感器件，第一基板20设置于芯片10的上侧，第一基板20与芯片10电连接，第二基板30设置于芯片10的下侧，第二基板30与芯片10电连接，芯片10的传感器件触点焊接第一基板20和/或第二基板30上。

具体地，通过将第一基板20设置于芯片10的上侧，使第一基板20与芯片10电连接，并且将第二基板30设置于芯片10的下侧，使第二基板30与芯片10电连接，这样可以形成功率模块100的基本结构。

进一步地，通过在芯片10上集成有传感器件，芯片10的传感器件触点焊接第一基板20和/或第二基板30上，这样在不增加功率模块100的厚度和重量的前提下，当功率模块100工作时，传感器件可以实时监测模块运行状态，以及可以解决功率模块100测试时无法通过热成像仪检测晶圆结温的问题，可以使功率模块100具有更多的功能，从而可以进一步地提高功率模块100的工作性能，提高功率模块100的可靠性。

由此，通过在芯片10上集成有传感器件，将第一基板20和第二基板30均与芯片10电连接，并且将芯片10的传感器件触点焊接第一基板20和/或第二基板30上，在保证功率模块100整体较薄且重量较轻的前提下，可以实现对功率模块100运行状态的实时监测，可以提高功率模块100的工作性能。

第一基板20和/或第二基板30设置有温度检测区，传感器件可以包括温度传感器，温度传感器设置于温度检测区，并且与温度检测区电连接，如此设置，在功率模块100工作时，温度传感器可以检测功率模块100内部的温度，从而可以实时监测功率模块100的运行状态，及时触发过温保护，提高功率模块100的安全性能。

进一步地，温度传感器与温度检测区焊接电连接。具体地，通过将温度传感器与温度检测区焊接，就可以实现温度传感器和温度检测区之间的电连接，无需设置键合引线，不仅可以减小功率模块100整体厚度，而且可以避免在温度传感器和温度检测区的电连接在使用过程中失效，可以提高功率模块100整体的可靠性。

第一基板20和/或第二基板30上设置有电流检测区，传感器件还可以包括电流传感器，电流传感器设置于电流检测区，并且与电流检测区电连接，如此设置，在功率模块100工作时，电流传感器可以检测功率模块100内部电路的电流大小，从而可以实时监测功率模块100的运行状态，及时触发过流保护，提高功率模块100的安全性能。

进一步地，电流传感器与电流检测区焊接电连接。具体地，通过将电流传感器与电流检测区焊接，就可以实现电流传感器和电流检测区之间的电连接，无需设置键合引线，不仅可以减小功率模块100整体厚度，而且可以避免在电流传感器和电流检测区的电连接在使用过程中失效，可以提高功率模块100整体的可靠性。

结合图5所示，电流传感器的正极位于芯片10下侧且与第二基板30焊接电连接，电流传感器的负极、温度传感器的正极和温度传感器的负极位于芯片10上侧且与第一基板20焊接电连接，这样在保证电流传感器和温度传感器的正常工作，保证功率模块100的温度检测功能和电流检测功率的正常实现的前提下，可以优化功率内部模块各电路走向，减小功率模块100的体积。

在本实用新型的实施例中，芯片10可以包括第一芯片11和第二芯片12，第一芯片11为IGBT(绝缘栅双极性晶体管)芯片，第二芯片12为FRD(快恢复二极管)芯片，IGBT芯片和FRD芯片以并联的形式构成并联电路，可以将温度传感器和电流传感器均集成于IGBT芯片上，定义电流传感器的正极为第一正极，电流传感器的负极为第一负极123，以及，定义温度传感器的正极为第二正极124，温度传感器的正极为第二负极125，IGBT芯片上设置有第一正极、第一负极123、第二正极124和第二负极125，IGBT芯片还对应设置有栅极信号控制区121、发射极信号控制区122、集电极信号控制区，其中，可以将集电极信号控制区和第一正极设置为同一个极。

结合图4所示，第一基板20可以主要包括第一陶瓷层21、第一金属层22和第二金属层23，第一金属层22和第二金属层23分别设置于第一陶瓷层21的两侧，第一金属层22与芯片10上侧电连接，第二金属层23背离第一陶瓷层21的一侧设置有第一散热面231。

具体地，通过将第一金属层22和第二金属层23分别设置于第一陶瓷层21的两侧，第一金属层22可以起到导电的作用，第一金属层22可以用于与芯片10上侧电连接，第一陶瓷层21可以起到绝缘的作用，能够隔断第一金属层22，避免第一金属层22与外界发生电连接，有利于提高功率模块100的电气安全性，以及通过在第二金属层23背离第一陶瓷层21的一侧设置有第一散热面231，第一散热面231可以与水冷散热器焊接，从而可以对第一基板20和芯片10进行散热，有利于提高功率模块100的散热效率。

还有，第一陶瓷层21还可以起到导热和散热的作用，可以将芯片10乃至功率模块100的热量散出，有利于降低功率模块100的温度，进而避免功率模块100运行时产生热堆积，保证安全性。

结合图4所示，第二基板30可以主要包括第二陶瓷层31、第三金属层32和第四金属层33，第三金属层32和第四金属层33分别设置于第二陶瓷层31的两侧，第三金属层32和芯片10下侧电连接，第四金属层33背离第二陶瓷层31的一侧设置有第二散热面331。

具体地，通过将第三金属层32和第四金属层33分别设置于第一陶瓷层21的两侧，第三金属层32可以起到导电的作用，第三金属层32可以用于与芯片10上侧电连接，第一陶瓷层21可以起到绝缘的作用，能够隔断第三金属层32，避免第三金属层32与外界发生电连接，有利于提高功率模块100的电气安全性，以及通过在第四金属层33背离第一陶瓷层21的一侧设置有第一散热面231，第一散热面231可以与水冷散热器焊接，从而可以对第一基板20和芯片10进行散热，有利于提高功率模块100的散热效率。

还有，第一陶瓷层21还可以起到导热和散热的作用，可以将芯片10乃至功率模块100的热量散出，有利于降低功率模块100的温度，进而避免功率模块100运行时产生热堆积，保证安全性。

其中，第一陶瓷层21和第二陶瓷层31可以由绝缘导热性能好的陶瓷材料制成，例如Al₂O₃、Si₃N₄或AlN等，此处不作具体限定。

如此，功率模块100工作时，芯片10的热量可以通过第一基板20和第二基板30散出，并由与第一基板20和第二基板30焊接的水冷散热器散热，从而可以实现功率模块100的双面散热，从而可以增大功率模块100的散热面积，提高功率模块100的散热效率，进而可以避免功率模块100内部产生热堆积，降低功率模块100的热阻，提高功率模块100的工作性能。

结合图1-图4所示，第一基板20与芯片10的上侧焊接电连接，第二基板30与芯片10的下侧焊接电连接。

具体地，可以将第一基板20与芯片10的上侧进行焊接，从而实现第一基板20与芯片10之间的电连接，并且可以将第二基板30与芯片10的下侧进行焊接，从而实现第二基板30与芯片10之间的电连接，如此，可以通过第一基板20和第二基板30分别与芯片10的焊接实现功率模块100内部的电路连接，无需在第一基板20与芯片10之间，以及第二基板30与芯片10之间设置键合引线，不仅可以减小功率模块100整体厚度，缩小功率模块100的体积，而且可以避免功率模块100在使用过程中，芯片10与第一基板20或第二基板30之间的电连接失效，可以提高功率模块100整体的可靠性。其中，焊接工艺可以为焊料焊接，此处不作具体限定。

进一步地，结合图4所示，第一基板20和第二基板30的尺寸不同。具体地，可以将第一基板20和第二基板30的尺寸设置地不同，这样在封装功率模块100时，可以快速识别并获取一个第一基板20和一个第二基板30，并且可以直观快速区分第一基板20和第二基板30，从而可以起到防呆作用，可以提高功率模块100封装的速度和准确性，可以提高功率模块100的封装效率。

需要说明的是，由于芯片10上表面与下表面的结构不同，与之焊接的第一基板20和第二基板30的结构也对应不同，因此，即使第一基板20和第二基板30的尺寸相同，也可以通过第一基板20和第二基板30上金属层走线的不同分布，对第一基板20和第二基板30进行区分。

结合图1-图7所示，功率模块100还可以包括电连接端子50，电连接端子50用于与外部设备电连接，电连接端子50设置于第一基板20和第二基板30之间且与第一基板20和第二基板30焊接电连接。

具体地，功率模块100还可以设置有用于与外部设备电连接的电连接端子50，通过将电连接端子50设置于第一基板20和第二基板30之间，使电连接端子50的下表面与第二基板30焊接，使电连接端子50的下表面与第二基板30焊接，就可以实现电连接端子50分别与第一基板20和第二基板30的电连接，亦即：可以实现电连接端子50与芯片10之间的电连接，从而在保证功率模块100正常工作的前提下，可以取消键合引线，防止功率模块100在使用过程中，因热应力导致键合引线脱落，从而可以保证电连接端子50与功率模块100内部的电连接的可靠性，可以提高功率模块100整体的可靠性。

其中，电连接端子50可以为金属端子，金属端子材料可以为无氧铜，并且电连接端子50可以设计成窄条状，这样在焊接的过程中，可以保证电连接端子50焊接的均匀性，提高焊接质量。需要说明的是，焊接工艺可以为超声波焊接、焊料焊接等，可以根据实际应用场景进行选择，此处不作具体限定。

具体而言，电连接端子50可以主要包括有直流输入端子51、交流输出端子52、集电极功率端子55、发射极功率端子56、栅极功率端子57、温度传感器功率端子53和电流传感器功率端子54，相对应地，第一基板20和第二基板30上对应设置有多个焊接焊盘，通过将直流输入端子51、集电极功率端子55、温度传感器功率端子53与对应的焊盘焊接，使其焊接于功率模块100的一端，并且将交流输出端子52、发射极功率端子56、栅极功率端子57和电流传感器功率端子54与对应的焊盘焊接，使其焊接于功率模块100的另一端，从而可以使多个电连接端子50在功率模块100两端的分布和布局更加合理，可以方便电连接端子50与外界部件的电连接。

结合图1、图2和图4所示，功率模块100还可以包括塑封外壳60，第一基板20和第二基板30之间填充有绝缘耐压材料，以构成模块主体，塑封外壳60塑封裹设于模块主体的外侧。

具体地，在将芯片10双面焊接与第一基板20和第二基板30之间后，第一基板20和第二基板30还存在有间隙，可以向第一基板20和第二基板30之间填充绝缘耐压材料，这样绝缘耐压材料可以注入并凝固于间隙处，形成填充层40，填充层40可以将第一基板20、第二基板30和芯片10连接为一体，构成模块主体，从而不仅避免第一基板20和第二基板30发生短路，而且可以避免第一基板20和第二基板30受压发生弯折，保证第一基板20和第二基板30可以正常工作。可选地，绝缘耐压材料可以为硅凝胶或环氧树脂，此处不作具体限定。

进一步地，将塑封外壳60塑封裹设于模块主体的外侧，塑封外壳60可以对模块主体起到固定和保护的作用，可以防止外界异物的侵蚀和外力的冲击造成模块主体结构的损坏，可以提升功率模块100的结构可靠性。

根据本实用新型的车辆可以主要包括：上述的功率模块100。具体地，通过将功率模块100应用于车辆上，可以满足车辆对功率模块100的体积小、散热效率高并且便于监测的需求，可以提升车辆的产品竞争力。

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 (14)

1.一种功率模块，其特征在于，包括：

芯片(10)，所述芯片(10)上集成有传感器件；

第一基板(20)，所述第一基板(20)设置于所述芯片(10)的上侧，所述第一基板(20)与所述芯片(10)电连接；

第二基板(30)，所述第二基板(30)设置于所述芯片(10)的下侧，所述第二基板(30)与所述芯片(10)电连接，所述芯片(10)的传感器件触点焊接所述第一基板(20)和/或所述第二基板(30)上。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一基板(20)和/或所述第二基板(30)设置有温度检测区，所述传感器件包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述温度检测区且与所述温度检测区电连接。

3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述第一基板(20)和/或所述第二基板(30)上设置有电流检测区，所述传感器件还包括电流传感器，所述电流传感器设置于所述电流检测区且与所述电流检测区电连接。

4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述温度传感器与所述温度检测区焊接电连接；和/或所述电流传感器与所述电流检测区焊接电连接。

5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述电流传感器的正极位于所述芯片(10)下侧且与所述第二基板(30)焊接电连接，所述电流传感器的负极、所述温度传感器的正极和所述温度传感器的负极位于芯片(10)上侧且与所述第一基板(20)焊接电连接。

6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一基板(20)包括第一陶瓷层(21)、第一金属层(22)和第二金属层(23)，所述第一金属层(22)和所述第二金属层(23)分别设置于所述第一陶瓷层(21)的两侧。

7.根据权利要求6所述的功率模块，其特征在于，所述第一金属层(22)与所述芯片(10)上侧电连接，所述第二金属层(23)背离所述第一陶瓷层(21)的一侧设置有第一散热面(231)。

8.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(30)包括第二陶瓷层(31)、第三金属层(32)和第四金属层(33)，所述第三金属层(32)和所述第四金属层(33)分别设置于所述第二陶瓷层(31)的两侧。

9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述第三金属层(32)和所述芯片(10)下侧电连接，所述第四金属层(33)背离所述第二陶瓷层(31)的一侧设置有第二散热面(331)。

10.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一基板(20)与所述芯片(10)的上侧焊接电连接；和/或所述第二基板(30)与所述芯片(10)的下侧焊接电连接。

11.根据权利要求10所述的功率模块，其特征在于，所述第一基板(20)和所述第二基板(30)的尺寸不同。

12.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包括电连接端子(50)，所述电连接端子(50)用于与外部设备电连接，所述电连接端子(50)设置于所述第一基板(20)和所述第二基板(30)之间且与所述第一基板(20)和/或所述第二基板(30)焊接电连接。

13.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包括塑封外壳(60)，所述第一基板(20)和所述第二基板(30)之间填充有绝缘耐压材料，以构成模块主体，所述塑封外壳(60)塑封裹设于所述模块主体的外侧。

14.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求1-13中任一项所述的功率模块(100)。