疊層母排和功率模塊的製作方法
2023-12-04 15:18:16
本實用新型涉及一種疊層母排，尤其是涉及一種用於功率模塊的疊層母排。本實用新型還涉及一種包括有這種疊層母排的功率模塊。
背景技術：
功率模塊是多個功率元器件按照一定的功能組合而灌封形成的整體式模塊，在現代工業中得到了廣泛的應用。絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)功率模塊就是其中的一種。
目前，散熱問題是功率模塊中通常遇到的一大難題。由於各個功率元器件的散熱效果會直接影響整個功率模塊的使用壽命以及可靠性，因此在功率模塊內通常會提供冷卻系統，以便對功率元器件如絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)、電容等進行散熱。然而，用於各功率元器件之間的連接的疊層母排一般僅依靠功率模塊與外界之間的空氣對流來進行換熱。
圖1顯示了一種根據現有技術設計的IGBT功率模塊。如圖1所示，該IGBT功率模塊100主要包括散熱器101、IGBT 102、電容103以及疊層母排104。其中，IGBT 102緊固在散熱器101上，而疊層母排104則安裝IGBT 102和電容103上。由於沒有針對疊層母排104提供強迫性散熱措施，因此如果該功率模塊100要承受大電流的話，就需要增大疊層母排104的載流能力。為此，通常可以通過加大疊層母排104的尺寸或者增加疊層母排104的導體厚度來增加疊層母排104的載流能力。
然而，功率模塊的設計空間通常有限，因此增大疊層母排104的尺寸的方案並不可行。另外，在一些通高頻電流的功率模塊中，由於電流的集膚效應，增加導體厚度對於提高疊層母排的載流能力的效果也不可行。
因此，在本領域中需要提供一種具備提高的散熱效果的疊層母排，以及包括這種疊層母排的功率模塊。
技術實現要素：
考慮到現有技術中存在的以上技術問題，本實用新型的一個目的是提供一種疊層母排，其具備改善的散熱效果。本實用新型的另一個目的是提供一種包括有上述疊層母排的功率模塊，尤其是IGBT模塊。
根據本實用新型的第一方面，提供了一種疊層母排，其包括依次層壓在一起的第一表面絕緣層、第一導體板、中間絕緣層、第二導體板和第二表面絕緣層。其中，該疊層母排還包括冷卻管，其構造成平行於母排平面延伸的彎折管。
在一個優選的實施例中，冷卻管安裝在第一表面絕緣層或第二表面絕緣層上。
在另一個優選的實施例中，冷卻管安裝在第一導體板或第二導體板上。具體地，該冷卻管可焊接在第一導體板或第二導體板上。
在另一個優選的實施例中，冷卻管彎折成與疊層母排的外形輪廓相符合。
根據本實用新型的第二方面，提供了一種功率模塊，其包括如上所述的疊層母排。
在一個優選的實施例中，該功率模塊是IGBT模塊。尤其是，疊層母排的冷卻管設置成與功率模塊內的散熱器連通。例如，疊層母排的冷卻管可設置成通過密封式管接頭與功率模塊內的散熱器連通。
在根據本實用新型的疊層母排中，由於設置了冷卻管，因此可以通過在冷卻管內循環流動的冷卻液來帶走疊層母排上的熱量。因此，根據本實用新型的疊層母排的載流能力得到了顯著的提高。另外，在根據本實用新型的功率模塊中，疊層母排的冷卻管與功率模塊的散熱器相連通，從而可以利用來自散熱器的冷卻水而為疊層母排進行冷卻，省去了單獨提供冷卻液供應源的必要性。此外，根據本實用新型的疊層母排還具備結構緊湊、製造工藝簡單等優點。
附圖說明
下面基於附圖來詳細地說明本實用新型。應當理解，這些附圖僅提供用於更好地理解本實用新型，並不會以任何方式限制本實用新型。在附圖中：
圖1示意性地顯示了一種根據現有技術的功率模塊；
圖2示意性地顯示了根據本實用新型的第一實施例的疊層母排的分解視圖；
圖3示意性地顯示了根據本實用新型的第二實施例的疊層母排的分解視圖。
具體實施方式
圖2示意性地顯示了根據本實用新型的第一實施例的疊層母排的分解視圖。如圖所示，該疊層母排10包括第一表面絕緣層1、第一導體板2、中間絕緣層3、第二導體板4、第二表面絕緣層5。其中，第一表面絕緣層1、中間絕緣層3和第二表面絕緣層5上均塗覆有粘結劑。上述五個部件均為基本上相互平行的板件。這樣，通過按上述順序對上述五個部件(即第一表面絕緣層1、第一導體板2、中間絕緣層3、第二導體板4、第二表面絕緣層5)進行熱壓，就可以使得各絕緣層上所塗覆的粘結劑熔化。待冷卻後，各個部件即可相互粘結成一個整體，形成普通的疊層母排。
根據本實用新型的第一實施例，該疊層母排10還包括在平行於疊層母排的平面內彎折式延伸的冷卻管7。冷卻管7可由散熱性較好的金屬、例如銅製成。該冷卻管7的兩端均設有密封式連接在冷卻管7上的管接頭6，冷卻液可經管接頭6進入冷卻管7，從而在管中流動。這樣，通過在冷卻管7內不斷循環流動的冷卻液，可以將疊層母排10上的熱量(例如因電流效應所產生的熱量)帶走，從而對疊層母排10進行了強迫性冷卻。因此，根據本實用新型的疊層母排能夠承受更大的電流，其載流能力得到了顯著的提高。
另外，由於冷卻管7在疊層母排10的主平面內彎折式延伸，使得疊層母排10的尺寸並不會增大，因而對有限的設計空間而言是十分有利的。
在一個優選的示例中，根據本實用新型的疊層母排10可用於功率模塊，尤其是IGBT模塊。在這種情況下，冷卻管7的管接頭6與IGBT模塊的散熱器(例如圖1中所示的散熱器101)相連，從而可以引入來自散熱器的冷卻水，並利用該冷卻水來進行冷卻。由此，不必為該疊層母排10設置單獨的冷卻液供應源，從而降低了生產成本。
根據本實用新型，冷卻管7大致按照疊層母排10的外形輪廓進行彎折。即，冷卻管7的形狀大致順應疊層母排10的外形輪廓，從而具備較長的長度。也就是說，冷卻管7內的冷卻液具備較長的流動路徑，從而能夠提供充分的冷卻作用。同時，管件的彎折屬於成熟的技術，因此冷卻管7的製造也比較簡單，成本較低。
如圖2所示，在根據本實用新型的第一實施例的疊層母排10中，裝有管接頭6的冷卻管7通過導熱膠而粘接到第一表面絕緣層1或第二表面絕緣層5上。這樣，可以保證冷卻管7不會與疊層母排10中的第一導體板2或第二導體板4接觸，形成了良好的絕緣效果。
圖3示意性地顯示了根據本實用新型的第二實施例的疊層母排10A。根據本實用新型的第二實施例的疊層母排10A與根據本實用新型的第一實施例的疊層母排10基本上相同，因此下面僅介紹不同之處。
如圖3所示，裝有管接頭6的冷卻管7直接固定(例如通過焊接)在第一導體板2或第二導體板4上。這樣，在通過熱壓形成疊層母排10A時，冷卻管7將被夾在第一表面絕緣層1和第一導體板2之間，或者夾在第二導體板4和第二表面絕緣層5之間。在這種情況下，所形成的疊層母排10A尤其具備緊湊的結構，這對設計空間有很高要求的情況來說十分有利。
根據本實用新型的另一方面，還提供了一種包括有疊層母排10或疊層母排10A的功率模塊，尤其是IGBT功率模塊。這種IGBT功率模塊可如圖1所示地構成，其中用根據本實用新型的疊層母排10或疊層母排10A代替了圖1中所示的疊層母排104。
在根據本實用新型的IGBT功率模塊中，疊層母排的冷卻管的管接頭與IGBT模塊的散熱器相連，從而可以引入來自散熱器的冷卻水，並利用該冷卻水來進行冷卻。這種IGBT功率模塊具有較低的生產成本。
雖然在上文中已經參考一些實施例對本實用新型進行了描述，然而在不脫離本實用新型的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構衝突，本實用新型所披露的各個實施例中的各項特徵均可通過任意方式相互結合起來使用，在本說明書中未對這些組合的情況進行窮舉性的描述僅僅是出於省略篇幅和節約資源的考慮。因此，本實用新型並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。