TWI792659B - 功率模組 - Google Patents

Abstract

一種功率模組，包括一第一殼體、一第二殼體、一電路板組件及一散熱膠體。第二殼體閉合於第一殼體，而與第一殼體共同形成一容置空間。電路板組件設置於容置空間內，且包括一電路板本體、設置於電路板本體的多個功率元件及電性連接於電路板本體的多個電連接件，其中這些電連接件外露於第一殼體。散熱膠體填充於容置空間內，並包覆電路板組件。

Description

功率模組

本發明是有關於一種功率模組，且特別是有關於一種具有良好散熱效率的功率模組。

目前，在電動汽車、數據中心、人工智能和機器學習等的應用中，功率模組被要求需能夠實現高性能的功率傳輸，且內部結構需要是緊密的配置，才能增加功率密度。這樣的功率模組在運作時會產生高熱，目前是設置多個散熱鰭片搭配風扇以提升功率模組的散熱效能。然而，散熱鰭片與風扇相當佔空間，使得功率模組難以滿足緊密配置的需求。

本發明提供一種功率模組，其可具有良好的散熱效果。

本發明的一種功率模組，包括一第一殼體、一第二殼體、一電路板組件及一散熱膠體。第二殼體閉合於第一殼體，而與第一殼體共同形成一容置空間。電路板組件設置於容置空間內，且包括一電路板本體、設置於電路板本體的多個功率元件及電性連接於電路板本體的多個電連接件，其中這些電連接件外露於第一殼體。散熱膠體填充於容置空間內，並包覆電路板組件。

在本發明的一實施例中，上述的電路板本體包括相對的一第一表面及一第二表面，這些功率元件的一部分設置於電路板本體的第一表面，這些功率元件的另一部分設置於電路板本體的第二表面。

在本發明的一實施例中，上述的電路板本體為一絕緣金屬基板(Insulated Metal Substrate, IMS)，電路板本體包括依序堆疊的一散熱層、一絕緣層及一電路層，這些功率元件設置於電路層上。

在本發明的一實施例中，上述的散熱層熱耦合於第二殼體。

在本發明的一實施例中，上述的散熱層的厚度大於絕緣層的厚度，且散熱層的厚度大於電路層的厚度。

在本發明的一實施例中，上述的這些電連接件包括多個導電柱，電路板本體包括一第一表面，這些功率元件的至少一部分設置於第一表面，第一殼體包括多個孔洞，這些導電柱凸出於第一表面，且穿過這些孔洞而凸出於第一殼體。

在本發明的一實施例中，上述的這些電連接件包括多個導電條，連接於電路板本體的側緣，第一殼體包括多個側壁及位於這些側壁上的多個穿槽，這些導電條位於這些穿槽內且隔開於第一殼體。

在本發明的一實施例中，上述的各導電條的形狀呈U型條狀。

在本發明的一實施例中，上述的這些導電條齊平於或低於第一殼體在遠離第二殼體的表面。

在本發明的一實施例中，上述的這些電連接件位於該些功率元件的外圍。

在本發明的一實施例中，上述的這些功率元件包括一電感器、一電晶體、一線圈式變壓器或一平面變壓器。

在本發明的一實施例中，上述的第二殼體的導熱係數大於等於第一殼體的導熱係數，散熱膠體熱耦合於第二殼體。

在本發明的一實施例中，上述的第一殼體的材料包括金屬或陶瓷材料。

在本發明的一實施例中，上述的第二殼體的材料包括鋁或銅。

在本發明的一實施例中，上述的第一殼體為一盒體，第二殼體為一導熱板體。

在本發明的一實施例中，上述的第一殼體為一板體，第二殼體為一導熱盒體。

在本發明的一實施例中，上述的第二殼體的導熱係數大於等於第一殼體的導熱係數，且第二殼體的表面積大於第一殼體的表面積。

在本發明的一實施例中，上述的功率模組內無散熱鰭片。

在本發明的一實施例中，上述的散熱膠體直接接觸第一殼體與第二殼體。

在本發明的一實施例中，上述的散熱膠體直接接觸這些功率元件。

基於上述，本發明的功率模組的第二殼體閉合於第一殼體，而與第一殼體共同形成容置空間。電路板組件設置於容置空間內，且包括多個功率元件。散熱膠體填充於容置空間內，並包覆電路板組件。本發明的功率模組藉由上述設計，填充於容置空間內散熱膠體可有效將電路板組件所產生的高熱傳遞至殼體，以提升散熱效率。相較於習知的結構需要使用散熱鰭片來降溫，而佔用較大的空間，本發明的功率模組可具有較小的體積且較緊密的元件配置，進而達到高功率密度的效果。

圖1是依照本發明的一實施例的一種功率模組的外觀示意圖。圖2是圖1的功率模組的透視示意圖。圖3是圖1的功率模組的第一殼體上移的示意圖。請參閱圖1至圖3，本實施例的功率模組100包括一第一殼體110、一第二殼體120、一電路板組件130(圖2)及一散熱膠體160(圖2)。

第二殼體120閉合於第一殼體110，而與第一殼體110共同形成一容置空間125(圖2)。如圖3所示，在本實施例中，第一殼體110為一盒體，第二殼體120為一導熱板體113，但第一殼體110與第二殼體120的形狀不以此為限制。此外，在本實施例中，第二殼體120的導熱係數大於等於第一殼體110的導熱係數。第一殼體110的材料例如是金屬或陶瓷材料，第二殼體120的材料例如是鋁或銅等高導熱材料，但第一殼體110與第二殼體120的材料不以此為限制。

如圖2所示，電路板組件130設置於容置空間125內。電路板組件130包括一電路板本體131、設置於電路板本體131的多個功率元件140、141、142及電性連接於電路板本體131的多個電連接件150。在本實施例中，這些功率元件140、141、142包括變壓器(例如是功率元件140)、電感器(例如是功率元件141)及電晶體(例如是圖4的功率元件142)。當然，功率元件140、141、142的種類不以此為限制。

圖4是圖1的功率模組100的電路板組件130的側視示意圖。請參閱圖4，在本實施例中，電路板本體131為一多層電路板。電路板本體131包括相對的一第一表面132及一第二表面133，這些功率元件140、141設置於電路板本體131的第一表面132，這些功率元件142設置於電路板本體131的第二表面133。

請回到圖2，這些電連接件150位於這些功率元件140、141的外圍。這些電連接件150電性連接於電路板本體131，且外露於第一殼體110。具體地說，在本實施例中，這些電連接件150包括多個導電柱152，第一殼體110包括多個孔洞112，這些導電柱152凸出於電路板本體131的第一表面132，且穿過第一殼體110的這些孔洞112而凸出於第一殼體110。因此，功率模組100的電路板組件130可透過這些導電柱152在凸出於第一殼體110的部位連接至一外部主機板(未繪示)。

此外，散熱膠體160填充於容置空間125內，並包覆電路板組件130。在本實施例中，散熱膠體160包覆這些功率元件140、141、142，且填充於電路板本體131與第一殼體110之間的空間以及電路板本體131與第二殼體120之間的空間。換句話說，散熱膠體160熱耦合於電路板組件130、第一殼體110及第二殼體120。在本實施例中，散熱膠體160直接接觸第一殼體110、第二殼體120及功率元件140、141、142。

因此，當功率模組100運作時，這些功率元件140、141、142所產生的高熱可以透過散熱膠體160傳導至第一殼體110與第二殼體120，以提升散熱效率。功率模組100後續可連接至一水冷器(未繪示)，以使傳導至第一殼體110與第二殼體120的熱能可以被水冷器帶走，而使功率模組100降溫。

在一實施例中，由於功率模組100透過凸出於第一殼體110的電連接件150連接至主機板，水冷器會配置在第二殼體120在遠離於第一殼體110的一面上，但水冷器的位置不以此為限制。

值得一提的是，由圖2可見，在本實施例中，功率模組100內無設置散熱鰭片。相較於習知的結構需要使用散熱鰭片來降溫，而佔用較大的空間，本實施例的功率模組100可具有較小的體積且較緊密的元件配置。因此，本實施例的功率模組100的功率密度可得到顯著提升。

在一實施例中，功率模組100的長、寬、高尺寸可為200公厘、100公厘、57公厘。在另一實施例中，功率模組100的長、寬、高尺寸可為120公厘、60公厘、35公厘。功率模組100在這樣的小尺寸下可實現高電流傳輸，最高可達 1000安培，而具有好的表現。

圖5是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的電路板組件的側視示意圖。請參閱圖5，圖5的電路板組件130a與圖4的電路板組件130的主要差異在於電路板本體131a、131的種類。在本實施例中，電路板本體131a為一絕緣金屬基板(Insulated Metal Substrate, IMS)，電路板本體131a包括依序堆疊的一散熱層134、一絕緣層135及一電路層136。散熱層134的厚度大於絕緣層135的厚度，且散熱層134的厚度大於電路層136的厚度，而具有較佳的散熱效果。電路板本體131a由於本身底部為散熱層134，而可具有較佳的散熱性。此外，在本實施例中，這些功率元件140、141、142均設置於電路層136上，也就是第一表面132上。

圖6是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的示意圖。請參閱圖6，圖6的功率模組100b與圖2的功率模組100的主要差異在於第一殼體110b、110與第二殼體120b、120的形狀。在本實施例中，第一殼體110b為一板體113，第二殼體120b為一導熱盒體。當然，第一殼體110b與第二殼體120b的形狀不以此為限制。

同樣地，在本實施例中，第二殼體120b的導熱係數大於等於第一殼體110b的導熱係數。第一殼體110b的材料例如是金屬或陶瓷材料，第二殼體120b的材料例如是鋁或銅等高導熱材料，但第一殼體110b與第二殼體120b的材料不以此為限制。

由於第二殼體120b的尺寸與表面積大於第一殼體110b的尺寸與表面積，且第二殼體120b的導熱係數大於等於第一殼體110b的導熱係數，本實施例的功率模組100b可具有較佳的散熱效果。

圖7是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的示意圖。請參閱圖7，圖7的功率模組100c與圖2的功率模組100的主要差異在於功率元件143(圖7)與功率元件140、141、142(圖2)的種類。在本實施例中，這些功率元件143包括兩平面變壓器。

換句話說，功率模組100b可依據需求選擇所需的功率元件143，再利用散熱膠體160，將功率元件143所產生的熱能傳導到第一殼體110與第二殼體120上，後續可再藉由水冷器(未繪示)將熱能帶走，以達到良好的散熱效果且具有高功率密度。

圖8是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的示意圖。圖9是圖8的功率模組的透視示意圖。請參閱圖8至圖9，圖9的功率模組100d與圖2的功率模組100的主要差異在於電連接件150d、150的種類。

在本實施例中，這些電連接件150d包括多個導電條154，連接於電路板本體131的側緣137，以導通於電路板本體131。電連接件150d的形狀例如是U型條狀，電連接件150外露於第一殼體110，且U型的開口朝外。

具體地說，第一殼體110包括多個側壁114d、位於這些側壁114d上的多個穿槽116、連接於這些側壁114d的一板體113d及位於板體113d上的多個凹孔117。這些凹孔117的位置對應於這些穿槽116的位置。在本實施例中，第一殼體110例如是金屬，這些導電條154位於這些穿槽116與這些凹孔117內且隔開於第一殼體110，以避免短路。在本實施例中，這些導電條154齊平於或低於第一殼體110在遠離第二殼體120的表面(也就是上表面)。換句話說，這些導電條154不超出第一殼體110的上表面。

本實施例的功率模組100d在安裝置主機板上時，主機板(未繪示)的導電凸條可伸入電連接件150d的U型凹溝內，以對位且導通於功率模組100d。具體地說，主機板的導電凸條的形狀例如是圓柱(但不以此為限制)，導電凸條的外輪廓對應於電連接件150d的U型凹溝的內輪廓。因此，當功率模組100d在安裝置主機板上時，主機板的導電凸條會插入於電連接件150d的U型凹溝內，也就是電連接件150d會接觸/包夾住主機板的導電凸條的一部分而導通。

圖10是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的透視示意圖。圖11是圖10的功率模組的第一殼體上移的示意圖。圖12是圖10的功率模組的電路板組件的側視示意圖。請參閱圖10至圖12，圖10的功率模組100e與圖2的功率模組100的主要差異在於功率元件144(圖10)功率元件140、141 (圖2)的種類。

在本實施例中，這些功率元件144包括線圈式變壓器。當然，功率元件144的種類不以此為限制。如圖12所示，功率元件144(線圈式變壓器)設置在電路板本體131的第一面上，功率元件142(電晶體)設置在電路板本體131的第二面上。

圖13是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的電路板組件的側視示意圖。請參閱圖13，圖13的功率模組100f與圖12的功率模組100e的主要差異在於，在本實施例中，電路板本體131a為絕緣金屬基板(Insulated Metal Substrate, IMS)，電路板本體131a包括依序堆疊的散熱層134、絕緣層135及電路層136，這些功率元件144(線圈式變壓器)、142(電晶體)均設置於電路層136上。

圖14是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的示意圖。請參閱圖14，圖14的功率模組100g與圖11的功率模組100e的主要差異在於，在本實施例中，第一殼體110b為一板體113，第二殼體120b為一導熱盒體。當然，第一殼體110b與第二殼體120b的形狀不以此為限制。

同樣地，在本實施例中，第二殼體120b的導熱係數大於等於第一殼體110b的導熱係數。第一殼體110b的材料例如是金屬或陶瓷材料，第二殼體120b的材料例如是鋁或銅等高導熱材料，但第一殼體110b與第二殼體120b的材料不以此為限制。

由於第二殼體120b的尺寸與表面積大於第一殼體110b的尺寸與表面積，且第二殼體120b的導熱係數大於等於第一殼體110b的導熱係數，本實施例的功率模組100f可具有較佳的散熱效果。

圖15是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的示意圖。請參閱圖15，圖15的功率模組100h與圖11的功率模組100e的主要差異在於電連接件150d、150的種類。在本實施例中，這些電連接件150d包括多個導電條154，連接於電路板本體131的側緣137。

第一殼體110d包括多個側壁114d、位於這些側壁114d上的多個穿槽116、連接於這些側壁114d的一板體113d及位於板體113d上的多個凹孔117。這些凹孔117的位置對應於這些穿槽116的位置。這些導電條154位於這些穿槽116與這些凹孔117內且隔開於第一殼體110d。

本實施例的功率模組100h在安裝置主機板上時，主機板(未繪示)的導電凸條可伸入電連接件150d的U型凹槽內，以對位且導通於功率模組100h。具體地說，主機板的導電凸條的形狀例如是圓柱(但不以此為限制)，導電凸條的外輪廓對應於電連接件150d的U型凹溝的內輪廓。因此，當功率模組100d在安裝置主機板上時，主機板的導電凸條會插入於電連接件150d的U型凹溝內，也就是電連接件150d會接觸/包夾住主機板的導電凸條的一部分而導通。

綜上所述，本發明的功率模組的第二殼體閉合於第一殼體，而與第一殼體共同形成容置空間。電路板組件設置於容置空間內，且包括多個功率元件。散熱膠體填充於容置空間內，並包覆電路板組件。本發明的功率模組藉由上述設計，填充於容置空間內散熱膠體可有效將電路板組件所產生的高熱傳遞至殼體，以提升散熱效率。相較於習知的結構需要使用散熱鰭片來降溫，而佔用較大的空間，本發明的功率模組可具有較小的體積且較緊密的元件配置，進而達到高功率密度的效果。

100、100b、100c、100d、100e、100g、100h:功率模組 110、110b、110d:第一殼體 112:孔洞 113、113d:板體 114、114d:側壁 116:穿槽 117:凹孔 120、120b:第二殼體 125:容置空間 130、130a、130e、130f:電路板組件 131、131a:電路板本體 132:第一表面 133:第二表面 134:散熱層 135:絕緣層 136:電路層 137:側緣 140、141、142、143、144:功率元件 150、150d:電連接件 152:導電柱 154:導電條 160:散熱膠體

圖1是依照本發明的一實施例的一種功率模組的外觀示意圖。 圖2是圖1的功率模組的透視示意圖。 圖3是圖1的功率模組的第一殼體上移的示意圖。 圖4是圖1的功率模組的電路板組件的側視示意圖。 圖5是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的電路板組件的側視示意圖。 圖6是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的示意圖。 圖7是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的示意圖。 圖8是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的示意圖。 圖9是圖8的功率模組的透視示意圖。 圖10是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的透視示意圖。 圖11是圖10的功率模組的第一殼體上移的示意圖。 圖12是圖10的功率模組的電路板組件的側視示意圖。 圖13是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的電路板組件的側視示意圖。 圖14是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的示意圖。 圖15是依照本發明的另一實施例的一種功率模組的示意圖。

100:功率模組

110:第一殼體

112:孔洞

113:板體

114:側壁

120:第二殼體

125:容置空間

130:電路板組件

131:電路板本體

140、141:功率元件

150:電連接件

152:導電柱

160:散熱膠體

Claims (20)

1. 一種功率模組，包括： 一第一殼體； 一第二殼體，閉合於該第一殼體，而與該第一殼體共同形成一容置空間； 一電路板組件，設置於該容置空間內，且包括一電路板本體、設置於該電路板本體的多個功率元件及電性連接於該電路板本體的多個電連接件，其中該些電連接件外露於該第一殼體；以及 一散熱膠體，填充於該容置空間內，並包覆該電路板組件。
2. 如請求項1所述的功率模組，其中該電路板本體包括相對的一第一表面及一第二表面，該些功率元件的一部分設置於該電路板本體的該第一表面，該些功率元件的另一部分設置於該電路板本體的該第二表面。
3. 如請求項1所述的功率模組，其中該電路板本體為一絕緣金屬基板(Insulated Metal Substrate, IMS)，該電路板本體包括依序堆疊的一散熱層、一絕緣層及一電路層，該些功率元件設置於該電路層上。
4. 如請求項3所述的功率模組，其中該散熱層熱耦合於該第二殼體。
5. 如請求項3所述的功率模組，其中該散熱層的厚度大於該絕緣層的厚度，且該散熱層的厚度大於該電路層的厚度。
6. 如請求項1所述的功率模組，其中該些電連接件包括多個導電柱，該電路板本體包括一第一表面，該些功率元件的至少一部分設置於該第一表面，該第一殼體包括多個孔洞，該些導電柱凸出於該第一表面，且穿過該些孔洞而凸出於該第一殼體。
7. 如請求項1所述的功率模組，其中該些電連接件包括多個導電條，連接於該電路板本體的側緣，該第一殼體包括多個側壁及位於該些側壁上的多個穿槽，該些導電條位於該些穿槽內且隔開於該第一殼體。
8. 如請求項7所述的功率模組，其中各該導電條的形狀呈U型條狀。
9. 如請求項7所述的功率模組，其中該些導電條齊平於或低於該第一殼體在遠離該第二殼體的表面。
10. 請求項1所述的功率模組，其中該些電連接件位於該些功率元件的外圍。
11. 如請求項1所述的功率模組，其中該些功率元件包括一電感器、一電晶體、一線圈式變壓器或一平面變壓器。
12. 如請求項1所述的功率模組，其中該第二殼體的導熱係數大於等於該第一殼體的導熱係數，該散熱膠體熱耦合於該第二殼體。
13. 如請求項1所述的功率模組，其中該第一殼體的材料包括金屬或陶瓷材料。
14. 如請求項1所述的功率模組，其中該第二殼體的材料包括鋁或銅。
15. 如請求項1所述的功率模組，其中該第一殼體為一盒體，該第二殼體為一導熱板體。
16. 如請求項1所述的功率模組，其中該第一殼體為一板體，該第二殼體為一導熱盒體。
17. 如請求項1所述的功率模組，其中該第二殼體的導熱係數大於等於該第一殼體的導熱係數，且該第二殼體的表面積大於該第一殼體的表面積。
18. 如請求項1所述的功率模組，其中該功率模組內無散熱鰭片。
19. 如請求項1所述的功率模組，其中該散熱膠體直接接觸該第一殼體與該第二殼體。
20. 如請求項1所述的功率模組，其中該散熱膠體直接接觸該些功率元件。

Images