一种高性能和高紧凑性的功率模块的制作方法

本发明涉及功率半导体以及功率模块应用领域，特别涉及一种高性能和高紧凑性的功率模块。

（二）

背景技术：

面对日益枯竭的石油资源以及环境保护的巨大压力，新能源车显示了巨大优势和广阔的发展前景。

新能源车的快速发展，带动了车用逆变器的快速应用。车用逆变器中的关键核心部件是功率模块，该模块通过开关动作实现电功率变换，将直流电变换为交流电，或将交流电变换为直流电。

车用逆变器中的功率模块有高性能和高紧凑性的要求。高性能要求功率模块可运行在更高的电压或电流下，高紧凑性要求功率模块体积尽可能小，以提高应用的功率密度和应用的灵活性。

目前，功率模块内部都采用平面布置结构，高性能是通过单面直接水冷或双面间接/直接水冷实现强化散热后提升运行电流来实现，但对运行更高电压没有影响。高紧凑性也是通过散热优化，减少散热面积达到减小模块体积实现的。

专利文献1（申请号：200510076308.5；发明名称：功率堆）描述了一种集成冷却的igbt功率模组结构，该模组采用的是双面间接水冷的igbt功率模块，叠压冷却器需将模块冷却面完全覆盖才能实现模块冷却，这种结构模块虽小，但加上冷却模块的叠压冷却器后体积就相对较大，导致应用系统的紧凑性不高，该结构主要通过强化散热提高模块运行电流，但对提高运行电压影响不大。

专利文献2(申请号：201310240571.8；发明名称：功电力转换装置、功率模块及车辆用电力转换装置)描述了一种功率模块以及使用该功率模块的电力转换装置，该装置采用的是筒状双面直接水冷的igbt功率模块，模块沉浸到在具有筒型冷却槽的冷却腔体中，这种散热器高度取决于模块的高度，因此比单面间接水冷或单面直接水冷的冷却器大很多，直接导致应用系统的体积较大，系统紧凑型不高，该结构主要通过强化散热提高模块运行电流，但对提高运行电压影响不大。

专利文献3(申请号：201210069142.4；发明名称：功率模块)描述了一种功率模块装置，该装置采用的是单面直接水冷igbt功率模块，模块贴付在散热器表面，这种散热方式散热效果较差，因此比单面直接水冷或双面间接/直接水冷的冷却器大很多，直接导致应用系统的体积较大，系统紧凑性不高，同时散热较差，模块电性能一般。

因此，能同时提高运行电流和电压电性能、紧凑性高的新能源车用新型封装结构的功率模块成为迫切的需求。

（三）

技术实现要素：

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种高性能和高紧凑性的功率模块。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高性能和高紧凑性的功率模块，包括注塑有铜排的塑料壳体，在所述的壳体内还有电流传感器、绝缘基板和散热底板；所述铜排底部通过超声键合或焊接等连接方式与绝缘基板的正面覆铜层结合在一起；所述绝缘基板的背面覆铜层通过焊接方式与散热底板结合在一起。

所述镶嵌在壳体中的铜排和电流传感器通过注塑方式与塑料壳体结合成注塑有铜排的塑料壳体；

所述的铜排包括直流第一铜排、直流第二铜排、交流第一铜排、交流第二铜排和交流第三铜排，以上铜排镶嵌在壳体和位于壳体内部外漏部分采用裸铜结构，位于壳体外部外漏部分采用电镀防止氧化；

所述绝缘基板包括衬板和功率半导体芯片，所述衬板由高强度陶瓷和上下两面铜层烧结而成。

所述的散热底板采用铜等高导热材料，散热底板外层为带翅针结构，外层采用电镀防止氧化。

可选地，所述电流传感器为霍尔式不接触式或分流器接触式传感器。

可选地，所述翅针为圆柱形、菱形，或其它利于散热的结构。

可选地，所述冷却底板由铜材料、铝材料，或其它利于散热的材料制成。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：本发明的高性能和高紧凑性功率模块采用塑料壳体集成电流传感器实现系统应用的紧凑性，采用带翅针的散热结构提高模块运行电流，提升模块电性能，采用内部立体式、叠层母排布置实现功率模块紧凑性、小型化设计，同时通过叠层母排结构降低母排杂散电感，提高功率模块运行电压，提升模块电性能。

（四）附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图中，1-塑料壳体；2-直流第一铜排；3-直流第二铜排；4-交流第一铜排；5-交流第二铜排；6-交流第三铜排；7-电流传感器；8-绝缘基板；9-散热基板。

（五）具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括预先注塑有电流传感器7、直流第一铜排2、直流第二铜排3、交流第一铜排4、交流第二铜排5和交流第三铜排6的塑料壳体1，在所述塑料壳体1内有3个绝缘基板和散热基板9，所述直流第一铜排2、直流第二铜排3、交流第一铜排4、交流第二铜排5和交流第三铜排6底部通过超声键合或焊接等连接方式与绝缘基板的正面覆铜层结合在一起，所述绝缘基板的背面覆铜层通过焊接方式与散热底板结合在一起；电流传感器7为3个，分别套在交流第一铜排4、交流第二铜排5和交流第三铜排6上。

其中，塑料壳体1包括容纳电流传感器7、直流第一铜排2、直流第二铜排3、交流第一铜排4、交流第二铜排5和交流第三铜排6的腔体，

本发明的高性能和高紧凑性功率模块采用塑料壳体集成电流传感器实现系统应用的紧凑性，采用带翅针的散热结构提高模块运行电流，提升模块电性能，采用内部立体式、叠层母排布置实现功率模块紧凑性、小型化设计，同时通过叠层母排结构降低母排杂散电感，提高功率模块运行电压，提升模块电性能。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及功率半导体以及功率模块应用领域，特别涉及一种高性能和高紧凑性的功率模块。包括注塑有铜排的塑料壳体，在所述的壳体内固定有电流传感器、绝缘基板和散热底板；所述铜排底部通过超声键合或焊接连接方式与绝缘基板的正面覆铜层结合在一起；所述绝缘基板的背面覆铜层通过焊接方式与散热底板结合在一起。本发明的高性能和高紧凑性功率模块采用塑料壳体集成电流传感器实现系统应用的紧凑性，采用带翅针的散热结构提高模块运行电流，提升模块电性能，采用内部立体式、叠层母排布置实现功率模块紧凑性、小型化设计，同时通过叠层母排结构降低母排杂散电感，提高功率模块运行电压，提升模块电性能。

技术研发人员：于海芳
受保护的技术使用者：滨州学院
技术研发日：2018.11.26
技术公布日：2019.02.15