集成电流传感器的功率模块连接结构的制作方法

1.本发明涉及功率半导体技术领域，尤其涉及一种集成电流传感器的功率模块连接结构。


背景技术：

2.功率模块是功率电子电力器件按一定的功能组合经封装的控制模块，用于电路负载的驱动。在新能源汽车的电机驱动中，如图1所示，常规功率模块的电流采样大多采用独立的电流传感器1通过螺栓与功率模块2进行连接装配。如图2所示，电流传感器1由磁芯11或感应芯片12构成，通过缩小电流传感器磁芯11的宽度l2，可以达到电流传感器1整体小型化的目的。但是，这样需要同时缩少穿过电流传感器磁芯11的母排端子21的宽度l1，而一旦母排端子21宽度变窄，流经母排端子21的电流密度和母排端子21温度都会上升，这样会引发过多热量传导至电机，以及母排端子21自身及其周边零件超过耐热温度的问题，而要解决这种问题，必须单独对母排端子或对母排端子所连接的接线座进行散热，常规的应用一般在母排端子或接线座周围再增加导热垫、导热胶等导热填料。且这种结构装配复杂，成本较高，占用空间大。现阶段新能源汽车所用控制器要求体积越来越小、成本越来低，该功率模块的电流采样方案已无法满足车载驱动功率模块的应用。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种集成电流传感器的功率模块连接结构，本结构克服传统功率模块采用独立电流传感器进行电流采样的缺陷，有效减少母排宽度减小后的热量产生，高度集成减短了母排长度，缩小发热母排到冷却板的距离，通过母排连接放置在冷却板的覆铜陶瓷基板上，保证母排产生的热量快速通过覆铜陶瓷基板和冷却板散发。并且缩小电流传感器的体积，降低占用空间和设备成本，满足车载驱动功率模块小体积、低成本的应用。
4.为解决上述技术问题，本发明集成电流传感器的功率模块连接结构包括冷却板、覆铜陶瓷基板、功率模块和母排端子，所述覆铜陶瓷基板设于所述冷却板表面，所述功率模块设于所述覆铜陶瓷基板，所述母排端子连接所述覆铜陶瓷基板，本连接结构还包括电流传感器，所述母排端子包括与所述覆铜陶瓷基板连接的第一连接部、插入电流传感器磁芯和/或设置电流传感器感应芯片的第二连接部和与电机连接的第三连接部，所述第二连接部的宽度小于所述第一连接部和第三连接部的宽度。
5.进一步，所述第二连接部的厚度大于所述第一连接部和第三连接部的厚度，或所述第二连接部和第三连接部的厚度大于所述第一连接部的厚度，并且所述第二连接部与第一连接部厚度变化的分界线在两者中间或在第一连接部，所述第二连接部与第三连接部厚度变化的分界线在两者中间或在第三连接部。其中，由第一连接部、第二连接部和第三连接部构成的母排端子可以通过冷锻或挤压一体成型。
6.进一步，所述第二连接部包括由第一连接部延伸的第一端子和由第三连接部延伸
的第二端子，所述第一端子和第二端子重叠并采用焊接或铆钉连接，所述电流传感器磁芯插入所述第一端子和第二端子的重叠位置，和/或所述电流传感器感应芯片设于所述第一端子和第二端子的重叠位置上方。
7.进一步，本连接结构还包括铜排，所述铜排的长度和宽度与所述第二连接部的长度和宽度匹配，所述铜排设于所述第二连接部的正面或背面并且采用焊接或铆钉连接，所述电流传感器磁芯插入所述铜排和第二连接部的连接部位，和/或所述电流传感器感应芯片设于所述铜排和第二连接部的连接部位上方。
8.进一步，所述第二连接部的两侧边向上或向下折弯，形成所述第二连接部的宽度小于所述第一连接部和第三连接部的宽度，所述电流传感器磁芯插入所述第二连接部的折弯部位，和/或所述电流传感器感应芯片设于所述第二连接部的折弯部位上方。
9.进一步，所述第二连接部包括由第三连接部延伸的第二端子，所述第二端子搭接于所述第一连接部，并且搭接部位采用焊接或铆钉连接，所述电流传感器磁芯插入所述第二端子，和/或所述电流传感器感应芯片设于所述第二端子的上方。
10.进一步，所述第一连接部与覆铜陶瓷基板之间采用钎焊连接。
11.进一步，所述第二连接部位于所述母排端子宽度方向的任意位置。
12.进一步，本连接结构还包括塑壳，所述第二连接部以及电流传感器磁芯和/或感应芯片设于所述塑壳内，并采用树脂灌填所述塑壳进行封装。由于本发明集成电流传感器的功率模块连接结构采用了上述技术方案，即本结构中覆铜陶瓷基板设于冷却板表面，功率模块设于覆铜陶瓷基板，母排端子连接覆铜陶瓷基板，本连接结构还包括电流传感器，母排端子包括与覆铜陶瓷基板连接的第一连接部、插入电流传感器磁芯和/或设置电流传感器感应芯片的第二连接部和与电机连接的第三连接部，第二连接部的宽度小于第一连接部和第三连接部的宽度，第二连接部的厚度大于第一连接部和第三连接部的厚度，或第二连接部和第三连接部的厚度大于第一连接部的厚度。本结构克服传统功率模块采用独立电流传感器进行电流采样的缺陷，有效减少母排宽度减小后的热量产生，高度集成减短了母排长度，缩小了发热母排到冷却板的距离，通过母排连接放置在冷却板的覆铜陶瓷基板上，保证母排产生的热量快速通过覆铜陶瓷基板和冷却板散发，缩小电流传感器的体积，降低占用空间和设备成本，满足车载驱动功率模块小体积、低成本的应用。
附图说明
13.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：图1为常规功率模块电流采样结构示意图；图2为常规功率模块电流采样的电流传感器示意图；图3为本发明集成电流传感器的功率模块连接结构示意图；图4为本连接结构的俯视图；图4a为本连接结构中母排端子一体成型结构示意图；图4b为图4a的侧视图；图5至图8为本连接结构中第二连接部的构成之一示意图；图9至图11为本连接结构中第二连接部设有铜排的结构示意图；
图12至图14为本连接结构中第二连接部的构成之二示意图；图15至图17为本连接结构中第二连接部的构成之三示意图；图18为本连接结构中第二连接部在母排端子宽度方向设置位置示意图。
具体实施方式
14.实施例如图3和图4所示，本发明集成电流传感器的功率模块连接结构包括冷却板3、覆铜陶瓷基板4、功率模块2和母排端子21，所述覆铜陶瓷基板4设于所述冷却板3表面，所述功率模块2设于所述覆铜陶瓷基板4，所述母排端子21连接所述覆铜陶瓷基板4，本连接结构还包括电流传感器，所述母排端子21包括与所述覆铜陶瓷基板4连接的第一连接部5、插入电流传感器磁芯11和/或设置电流传感器感应芯片12的第二连接部6和与电机连接的第三连接部7，所述第二连接部6的宽度小于所述第一连接部5和第三连接部7的宽度。
15.优选的，所述第二连接部6的厚度大于所述第一连接部5和第三连接部7的厚度，或所述第二连接部6和第三连接部7的厚度大于所述第一连接部5的厚度；所述第二连接部6与第一连接5部厚度变化的分界线可以在两者中间，也可以在第一连接部5，所述第二连接部6与第三连接部7厚度变化的分界线可以在两者中间，也可以在第三连接部7；如图4a和图4b所示，所述母排端子21的第一连接部5、第二连接部6和第三连接部7可以采用冷锻或挤压一体成型。
16.优选的，如图5至图8所示，所述第二连接部6包括由第一连接部5延伸的第一端子51和由第三连接部7延伸的第二端子71，所述第一端子51和第二端子71重叠并采用焊接或铆钉连接，所述电流传感器磁芯11插入所述第一端子51和第二端子71的重叠位置，和/或所述电流传感器感应芯片12设于所述第一端子51和第二端子71的重叠位置上方。
17.优选的，如图9至图11所示，本连接结构还包括铜排8，所述铜排8的长度和宽度与所述第二连接部6的长度和宽度匹配，所述铜排8设于所述第二连接部6的正面或背面并且采用焊接或铆钉连接，所述电流传感器磁芯11插入所述铜排8和第二连接部6的连接部位，和/或所述电流传感器感应芯片12设于所述铜排8和第二连接部6的连接部位上方。
18.优选的，如图12至图14所示，所述第二连接部6的两侧边61向上或向下折弯，形成所述第二连接部6的宽度小于所述第一连接部5和第三连接部7的宽度，所述电流传感器磁芯11插入所述第二连接部6的折弯部位，和/或所述电流传感器感应芯片12设于所述第二连接部6的折弯部位上方。
19.优选的，如图15至图17所示，所述第二连接部6包括由第三连接部7延伸的第二端子71，所述第二端子71搭接于所述第一连接部5，并且搭接部位采用焊接或铆钉连接，所述电流传感器磁芯11插入所述第二端子71，和/或所述电流传感器感应芯片12设于所述第二端子71的上方。
20.优选的，所述第一连接部5与覆铜陶瓷基板4之间采用钎焊连接。
21.优选的，如图18所示，所述第二连接部6位于所述母排端子21宽度方向的任意位置。图中示出了第二连接部6位于母排端子21宽度方向的左侧，当然也可以位于居中或右侧，其目的用于避让干涉，如第二连接部6插入电流传感器磁芯后，导致相邻电流传感器磁芯的碰撞，通过第二连接部6的错位布置可有效解决相关零部件的干涉问题。
22.优选的，本连接结构还包括塑壳9，所述第二连接部6以及电流传感器磁芯11和/或
感应芯片12设于所述塑壳9内，并采用树脂灌填所述塑壳9进行封装。
23.本连接结构将功率模块输出的母排端子划分为第一连接部、第二连接部和第三连接部，第一连接部经覆铜陶瓷基板连接至功率模块，第三连接部连接电机，第二连接部集成电流传感器的磁芯和/或感应芯片，构成功率模块的电流采样结构；并且第二连接部的宽度小于第一连接部和第三连接部，而第二连接部经重叠、设置铜排或将原来与第一连接部和第三连接部同样宽度的第二连接部两侧边折弯后，使其厚度大于第一连接部和第三连接部，从而既可设置小型化的电流传感器，又不减少电流流经的面积，避免母排端子由于截面减小而温度提高，确保功率模块、电机以及周边零件的稳定性。其中，第二连接部集成的电流传感器采用磁芯穿过第二连接部并且感应芯片设于第二连接部上方进行母排端子电流信号的采集，也可以在第二连接部上方单独设置感应芯片进行母排端子电流信号的采集，具体何种形式依据母排端子电流信号采集的需要而定。
24.同时，通过塑壳将电流传感器的磁芯和/或感应芯片封装于功率模块内部，通过将母排端子部分宽度减小，便于集成小型的电流传感器，缩短了匹配电流传感器母排段的长度。通过对母排叠层、折弯等设计保证了母排端子的有效载流面积，使得母排端子变窄部分的电阻没有急剧增加，通过母排端子连接至覆铜陶瓷基板，覆铜陶瓷基板连接至冷却板，母排端子产生的热量可以快速释放到冷却板上，保证功率模块以及周边器件在合理温度范围内运行，提高了功率模块的应用性能。
25.本连接结构在功率模块高度集成电流传感器，解决了传统功率模块电流采样装置体积大，装配麻烦等问题；通过对母排端子叠层、折弯等设计，保证母排端子的有效载流面积，通过覆铜陶瓷基板和冷却板对母排端子进行散热，避免集成小型电流传感器后因母排端子变窄后发热严重、散热不良等导致功率模块及周边器件的损坏，满足新能源汽车所用控制器小体积、低成本的需求。