CN214797383U - 双面水冷式功率模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双面水冷式功率模块，包括功率模块本体，所述功率模块本体主要包括相对设置的第一绝缘基板、第二绝缘基板及设置在两绝缘基板间的电路模块，所述第一绝缘基板和第二绝缘基板均为双面覆铜陶瓷绝缘基板，包括由绝缘材料制成的中间层及分别设置在中间层上下两侧的上铜层和下铜层，所述上铜层为带沟槽的平面铜层，所述下铜层为便于对功率模块本体进行水冷的针翅结构，所述电路模块设置在两相对设置的绝缘基板的上铜层内，且所述电路模块与两绝缘基板之间的空隙通过环氧塑封体以实现电气隔离；所述电路模块主要包括芯片、导电连接块、金属导线、功率端子和控制端子。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子器件技术领域，具体涉及一种双面水冷式功率模块。
背景技术
功率模块是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动器件。由于具有高集成度、高可靠性等优势，智能功率模块赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动和变频家电常用的电力电子器件。随着新能源汽车行业对功率模块的小型化要求不断提升，模块散热条件越来越严峻。平面型双面散热模块由于需要使用导热硅脂作为中间导热介质，其散热能力相较于传统单面PINFIN直接水冷模块并没有得到明显的提升，因此双面PINFIN直接水冷的需求应运而生。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能提高模块散热能力，提高模块长时间工作可靠性以及模块功率循环能力的双面水冷式功率模块。
本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，一种双面水冷式功率模块，包括功率模块本体，所述功率模块本体主要包括相对设置的第一绝缘基板、第二绝缘基板及设置在两绝缘基板间的电路模块，所述第一绝缘基板和第二绝缘基板均为双面覆铜陶瓷绝缘基板，包括由绝缘材料制成的中间层及分别设置在中间层上下两侧的上铜层和下铜层，所述上铜层为带沟槽的平面铜层，所述下铜层为便于对功率模块本体进行水冷的针翅结构，所述电路模块设置在两相对设置的绝缘基板的上铜层内，且所述电路模块与两绝缘基板之间的空隙通过环氧塑封体以实现电气隔离。
进一步地，所述电路模块主要包括芯片、导电连接块、金属导线、功率端子和控制端子，所述芯片的背面焊接在第一绝缘基板的上铜层上，芯片的正面与导电连接块焊接，该导电连接块背离芯片的一侧焊接在第二绝缘基板的上铜层上；所述金属导线连接在芯片及第一绝缘基板或第二绝缘基板的上铜层上以实现控制电气连接。
进一步地，所述第一绝缘基板和第二绝缘基板的上铜层外表面为裸铜或电镀金、银材料制成的可焊接金属层，上铜层表面用于焊接或铝线键合作为导电铜层；第一绝缘基板和第二绝缘基板的下铜层外表面覆有镍或铬或两者的合金材料制成的保护层，以直接浸没在冷却液中用于散热；所述中间层的绝缘材料为氧化铝或氮化硅。
进一步地，所述芯片为IGBT芯片或SiC芯片，芯片表面电镀有金、银材料之一或其合金材料；所述芯片采用双面焊接或银浆烧结的方式实现电气连接，所述的芯片的背面通过锡焊焊接于第一绝缘基板上，芯片的正面通过锡焊焊接与导电连接块连接。
进一步地，所述功率端子与控制端子在成品切筋前为完整的引线框架，表面电镀有金、银材料之一或其合金材料，且所述功率端子与控制端子均通过锡焊焊接方式连接于第一绝缘基板的上铜层上。
进一步地，所述金属导线采用纯铝、纯铜、纯金材料之一或其合金材料，金属导线的外形为线状或带状结构，且所述金属导线通过超声波方式被键合连接于芯片和对应的绝缘基板上；所述导电连接块的材质为AlSiC、AlC、Cu或Cu-Mo，表面镀有镍、金、银材料之一或其合金材料。
本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型通过使用带PINFIN结构的绝缘基板代替常规平面型绝缘基板，使模块双面均可用于直接水冷，从而有效提高了模块散热能力，提高模块长时间工作的可靠性以及功率循环能力，在现有模块体积的前提下进一步提升电流等级。
附图说明
图1为本实用新型的正面结构示意图；
图2为本实用新型的背面结构示意图；
图3为本实用新型所述功率模块的内部结构示意图；
图4为本实用新型的电路示意图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本实用新型的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“横向”、“竖向”等术语所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，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。
如图1-4所示，本实用新型所述的一种双面水冷式功率模块，包括功率模块本体，所述功率模块本体主要包括相对设置的第一绝缘基板1、第二绝缘基板2及设置在两绝缘基板间的电路模块，所述第一绝缘基板1和第二绝缘基板2均为双面覆铜陶瓷绝缘基板，包括由绝缘材料制成的中间层及分别设置在中间层上下两侧的上铜层3和下铜层4，所述上铜层3为带沟槽的平面铜层，所述下铜层4为便于对功率模块本体进行水冷的针翅结构，所述电路模块设置在两相对设置的绝缘基板的上铜层3内，且所述电路模块与两绝缘基板之间的空隙通过环氧塑封体5以实现电气隔离。
参照图3所示，所述电路模块主要包括芯片6、导电连接块7、金属导线8、功率端子9和控制端子10，所述芯片6的背面焊接在第一绝缘基板1的上铜层3上，芯片6的正面与导电连接块7焊接，该导电连接块7背离芯片6的一侧焊接在第二绝缘基板2的上铜层3上；所述金属导线8连接在芯片6及第一绝缘基板1或第二绝缘基板2的上铜层3上以实现控制电气连接。
参照图1-2所示，所述第一绝缘基板1和第二绝缘基板2的上铜层3外表面为裸铜或电镀金、银材料制成的可焊接金属层，上铜层3表面用于焊接或铝线键合作为导电铜层；第一绝缘基板1和第二绝缘基板2的下铜层4外表面覆有镍或铬或两者的合金材料制成的保护层，以直接浸没在冷却液中用于散热；所述中间层的绝缘材料为氧化铝或氮化硅。所述芯片6为IGBT芯片或SiC芯片，芯片表面电镀有金、银材料之一或其合金材料；所述芯片6采用双面焊接或银浆烧结的方式实现电气连接，所述的芯片6的背面通过锡焊焊接于第一绝缘基板1上，芯片6的正面通过锡焊焊接与导电连接块7连接。连接层为锡焊焊接，其焊接采用SnPb,SnAg, SnAgCu,PbSnAg含Sn焊接材料之一，焊接最高温度控制在100°到400°之间。
参照图1-2所示，所述功率端子9与控制端子10在成品切筋前为完整的引线框架，表面电镀有金、银材料之一或其合金材料，且所述功率端子9与控制端子10均通过锡焊焊接方式连接于第一绝缘基板的上铜层上。所述金属导线8采用纯铝、纯铜、纯金材料之一或其合金材料，金属导线8的外形为线状或带状结构，且所述金属导线8通过超声波方式被键合连接于芯片和对应的绝缘基板上；所述导电连接块的材质为AlSiC、AlC、Cu或Cu-Mo，表面镀有镍、金、银材料之一或其合金材料。
本实用新型所述的芯片之间、芯片与绝缘基板（DBC）相应的功率导电层之间通过导电连接块实现电气连接，功率端子、控制端子与绝缘基板（DBC）相应的导电层之间通过锡焊焊接连接，构成如图 3 电路结构，实现电路逆变功能。本实用新型通过使用带PINFIN结构的绝缘基板代替常规平面型绝缘基板，使模块双面均可用于直接水冷，从而有效提高了模块散热能力，提高模块长时间工作的可靠性以及功率循环能力，在现有模块体积的前提下进一步提升电流等级。
本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.双面水冷式功率模块，包括功率模块本体，其特征在于：所述功率模块本体主要包括相对设置的第一绝缘基板、第二绝缘基板及设置在两绝缘基板间的电路模块，所述第一绝缘基板和第二绝缘基板均为双面覆铜陶瓷绝缘基板，包括由绝缘材料制成的中间层及分别设置在中间层上下两侧的上铜层和下铜层，所述上铜层为带沟槽的平面铜层，所述下铜层为便于对功率模块本体进行水冷的针翅结构，所述电路模块设置在两相对设置的绝缘基板的上铜层内，且所述电路模块与两绝缘基板之间的空隙通过环氧塑封体以实现电气隔离。
2.根据权利要求1所述的双面水冷式功率模块，其特征在于：所述电路模块主要包括芯片、导电连接块、金属导线、功率端子和控制端子，所述芯片的背面焊接在第一绝缘基板的上铜层上，芯片的正面与导电连接块焊接，该导电连接块背离芯片的一侧焊接在第二绝缘基板的上铜层上；所述金属导线连接在芯片及第一绝缘基板或第二绝缘基板的上铜层上以实现控制电气连接。
3.根据权利要求2所述的双面水冷式功率模块，其特征在于：所述第一绝缘基板和第二绝缘基板的上铜层外表面为裸铜或电镀有焊接金属层，上铜层表面用于焊接或铝线键合作为导电铜层；第一绝缘基板和第二绝缘基板的下铜层外表面覆有镍或铬或两者的合金材料制成的保护层，以直接浸没在冷却液中用于散热；所述中间层的绝缘材料为氧化铝或氮化硅。
4.根据权利要求3所述的双面水冷式功率模块，其特征在于：所述芯片为IGBT芯片或SiC芯片，芯片表面电镀有金、银材料之一或其合金材料；所述芯片采用双面焊接或银浆烧结的方式实现电气连接，所述的芯片的背面通过锡焊焊接于第一绝缘基板上，芯片的正面通过锡焊与导电连接块焊接。
5.根据权利要求3所述的双面水冷式功率模块，其特征在于：所述功率端子与控制端子在成品切筋前为完整的引线框架，表面电镀有金、银材料之一或其合金材料，且所述功率端子与控制端子均通过锡焊焊接方式连接于第一绝缘基板的上铜层上。
6.根据权利要求3所述的双面水冷式功率模块，其特征在于：所述金属导线采用纯铝、纯铜、纯金材料之一或其合金材料，金属导线的外形为线状或带状结构，且所述金属导线通过超声波方式被键合连接于芯片和对应的绝缘基板上；所述导电连接块的材质为AlSiC、AlC、Cu或Cu-Mo，表面镀有镍、金、银材料之一或其合金材料。
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