一種利用水冷散熱器雙面散熱的模塊功率封裝結構的製作方法
2023-07-16 08:20:01
一種利用水冷散熱器雙面散熱的模塊功率封裝結構的製作方法
【專利摘要】一種利用水冷散熱器雙面散熱的模塊功率封裝結構，它包括一帶有進水口和出水口的扁平狀水冷散熱器，所述水冷散熱器的上下兩個表面上封裝有功率器件單元，位於外殼表面上的功率端子被製成方便螺母固定的形狀，同樣位於外殼表面上的信號端子被專門製成有良好焊接性能有利於PCB板固定和卡位功能的形狀；所述水冷散熱器直接或通過一層緩衝材料層與功率器件單元的絕緣襯底固定連接，所述功率端子和信號端子以超聲波焊接方式直接焊接於絕緣襯底的表面金屬層上；所述外殼與散熱器固定連接，且所述信號端子和功率端子直接注塑固定於外殼上；它具有結構合理，使用安裝方便，充分應用水冷散熱器的散熱能力，得到最大化的功率密度等特點。
【專利說明】一種利用水冷散熱器雙面散熱的模塊功率封裝結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種利用水冷散熱器雙面散熱的模塊功率封裝結構，屬於電動汽車功率模塊封裝【技術領域】。
【背景技術】
[0002]進入21世紀，汽車對於人類的影響越來越巨大，而其正反面的衝突也日益明顯。一方面，汽車帶來方便快捷、可靠穩定的使用性能，給人類生活帶來巨大的便利，也在改變著人類的生活方式。另一方面，傳統汽車的燃油驅動方式，對於大氣的汙染嚴重性逐漸受到人類關注，而國際油價的浮動及持續走高，又使得汽車使用費用的攀升。因此，電動汽車的發展越來越受到人們的關注和思考。
[0003]電動汽車的核心控制器，便是功率器件的能力，包括功率密度、散熱、可靠性及封裝易用性等。一方面，汽車的發展，需要功率器件整體功率密度不斷提升，即功率體積比的提升。這對於控制器的小型化、集成化大有裨益。另一方面，電動汽車的高震動使用環境，又要求功率器件有著更可靠的抗震動能力。而且，汽車發動機艙的架構，也需要功率器件的封裝有著小型化的端子設計布局，否則，將大大佔用額外的空間配置驅動、功率進線等，對於發動機艙的緊湊化和合理布局帶來難點。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於克服現有技術存在的不足，而提供一種結構合理，使用安裝方便，充分應用水冷散熱器的散熱能力，得到最大化的功率密度的利用水冷散熱器雙面散熱的模塊功率封裝結構。
[0005]本實用新型的目的是通過如下技術方案來實現的，所述的利用水冷散熱器雙面散熱的模塊功率封裝結構，它包括一帶有進水口和出水口的扁平狀水冷散熱器，所述水冷散熱器的上下兩個表面上封裝有功率器件單元，位於外殼表面上的功率端子被製成方便螺母固定的形狀，同樣位於外殼表面上的信號端子被專門製成有良好焊接性能有利於PCB板固定和卡位功能的形狀。
[0006]所述水冷散熱器直接或通過一層緩衝材料層與功率器件單元的絕緣襯底固定連接，所述功率端子和信號端子以超聲波焊接方式直接焊接於絕緣襯底的表面金屬層上；所述外殼與散熱器固定連接，且所述信號端子和功率端子直接注塑固定於外殼上。
[0007]本實用新型充分應用水冷散熱器的散熱能力，利用其雙面進行功率器件的散熱，將其散熱能力最優化，從而得到最大化的功率密度。
[0008]本實用新型通過水冷散熱器雙面散熱封裝功率模塊，將功率器件的絕緣基材直接焊接於水冷散熱器表面；水冷散熱器表面材質與功率器件絕緣襯板的底層，通過處理而實現直接或間接的焊接連結，擁有相似的熱膨脹係數實現水冷散熱及功率模塊設計要求；在封裝上，本實用新型使用注塑外殼，直接將功率端子、信號端子超聲波焊接固定、扁平的外殼高度設計等，實現功率器件的功率密度最大化。[0009]本實用新型根據電動汽車等對於高功率密度的功率模塊封裝要求，應用水冷散熱器的雙面進行功率模塊直接散熱，將水冷散熱器的散熱效率最大化，減小封裝額外器件，如散熱基板等，從而使本實用新型具有結構合理，使用安裝方便，充分應用水冷散熱器的散熱能力，得到最大化的功率密度等特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型所述水冷散熱器雙面散熱封裝結構的立體示意圖。
[0011]圖2是本實用新型所述水冷散熱器的結構示意圖。
[0012]圖3是本實用新型所述水冷散熱器表面與功率器件絕緣基材的結合示意圖。
[0013]圖4是本實用新型所述信號端子和功率端子的超聲波焊接示意圖。
[0014]圖5是本實用新型所述功率器件外殼與水冷散熱器的配合固定示意圖。
[0015]圖6是本實用新型所述模塊端子分布示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將結合附圖對本實用新型作詳細的介紹:圖1、2所示，本實用新型所述的利用水冷散熱器雙面散熱的模塊功率封裝結構，它包括一帶有進水口 6和出水口 7的扁平狀水冷散熱器5，所述水冷散熱器5的上下兩個表面上封裝有功率器件單元1、8，位於外殼I表面上的功率端子2、3被製成方便螺母固定的形狀，同樣位於外殼I表面上的信號端子4被專門製成有良好焊接性能有利於PCB板固定和卡位功能的形狀。
[0017]圖3、4、5所示，所述水冷散熱器5直接或通過一層緩衝材料層與功率器件單元1、8的絕緣襯底固定連接，所述功率端子和信號端子以超聲波焊接方式直接焊接於絕緣襯底的表面金屬層上；所述外殼與散熱器固定連接，且所述信號端子和功率端子直接注塑固定於外殼上。
[0018]實施例:
[0019]本實用新型對水冷散熱器雙面散熱的功率模塊一體式封裝進行了優化設計，實現了水冷散熱能力的最優化和功率密度的最大化封裝，對於高功率密度的應用場合，具有重大的意義。
[0020]如圖1所示，水冷散熱器雙面散熱的功率模塊一體式封裝，具有單一的水冷散熱器5，以及直接封裝於上下兩個表面之上的功率器件單元1、8，水冷散熱器的上下表面分別為兩個功率器件單元散熱，實現散熱的最優化。水冷散熱器的進水口 6和出水口 7，分別位於水冷散熱的左右兩端，其位置根據功率器件熱源的分布位置、散熱器散熱能力進行優化調整。信號端子4以及功率端子2、3，分別位於外殼表面。功率端子形狀方便螺母固定，[0021 ] 而信號端子形狀，專為PCB板焊接設計，具有良好的焊接性能，以及PCB板固定、卡位功能。從圖2可以看到，水冷散熱雙面封裝結構的功率模塊，水冷散熱器採用的是扁平狀散熱器，擁有I個或多個水流入口 6，I個或多個水流出口 7。水流的入口和出口分布及尺寸，需要結合功率器件的封裝功率大小及熱源分布。水冷散熱器的表面，在正反兩面都需要足夠的粗糙度要求，在特殊處理之後，可以進行功率器件絕緣襯底的焊接，由此進行功率模塊的固定。
[0022]圖3所示，所述散熱基板5與功率器件絕緣襯底9在連結上，需要加以緩衝層材料12。雖然絕緣襯底的上下表面材料10，其熱膨脹係數與散熱基板5—致，但是由於功率器件工作在較高的結溫下，對於水冷散熱器而言，其散熱基板與功率器件結溫較接近，溫度較高，尤其是功率器件在逆變工作狀態時，功率器件結溫的波動是極為劇烈的。劇烈的溫度波動，對於散熱基板與絕緣存底的連結強度，是極大的考驗，必須進行緩衝，以延長其工作壽命O
[0023]圖4所示，整個模塊的功率端子13和信號端子4，以超聲波焊接的形式，直接焊接於功率器件絕緣襯底的上表面金屬層10。超聲波焊接的形式，可以使得功率模塊的抗震動能力大大增強，更適合電動汽車等高震動場合使用。
[0024]圖5所示，所述的散熱器5與外殼I的固定，是通過散熱器底板表面的螺紋凸臺15與外殼相應位置的凹孔進行螺母14鎖定來實現的。
[0025]圖6所示為散熱器雙面散熱封裝的功率模塊上表面分布圖，該上表面分布三相全橋電路，但是是獨立的三個半橋結構。因此，三相交流輸出端子13位於一側，而直流側進線
2、3則分布於另一側。這樣的分布，可以方便系統安裝功率線走位，對於直流側進線分布而言，可以方便低電感的母排設計、安裝。這對於大功率的電力電子系統應用，是非常重要的。
【權利要求】
1.一種利用水冷散熱器雙面散熱的模塊功率封裝結構，它包括一帶有進水口和出水口的扁平狀水冷散熱器，其特徵在於:所述水冷散熱器的上下兩個表面上封裝有功率器件單兀，位於外殼表面上的功率端子被製成方便螺母固定的形狀，同樣位於外殼表面上的信號端子被專門製成有良好焊接性能有利於PCB板固定和卡位功能的形狀。
2.根據權利要求1所述的利用水冷散熱器雙面散熱的模塊功率封裝結構，其特徵在於:所述水冷散熱器直接或通過一層緩衝材料層與功率器件單元的絕緣襯底固定連接，所述功率端子和信號端子以超聲波焊接方式直接焊接於絕緣襯底的表面金屬層上；所述外殼與散熱器固定連接，且所述信號端子和功率端子直接注塑固定於外殼上。
【文檔編號】H01L23/473GK203746830SQ201420044781
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】劉志宏 申請人:嘉興斯達微電子有限公司