一种利用水冷散热器双面散热的模块功率封装结构的制作方法
【专利摘要】一种利用水冷散热器双面散热的模块功率封装结构，它包括一带有进水口和出水口的扁平状水冷散热器，所述水冷散热器的上下两个表面上封装有功率器件单元，位于外壳表面上的功率端子被制成方便螺母固定的形状，同样位于外壳表面上的信号端子被专门制成有良好焊接性能有利于PCB板固定和卡位功能的形状；所述水冷散热器直接或通过一层缓冲材料层与功率器件单元的绝缘衬底固定连接，所述功率端子和信号端子以超声波焊接方式直接焊接于绝缘衬底的表面金属层上；所述外壳与散热器固定连接，且所述信号端子和功率端子直接注塑固定于外壳上；它具有结构合理，使用安装方便，充分应用水冷散热器的散热能力，得到最大化的功率密度等特点。
【专利说明】一种利用水冷散热器双面散热的模块功率封装结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种利用水冷散热器双面散热的模块功率封装结构，属于电动汽车功率模块封装【技术领域】。
【背景技术】
[0002]进入21世纪，汽车对于人类的影响越来越巨大，而其正反面的冲突也日益明显。一方面，汽车带来方便快捷、可靠稳定的使用性能，给人类生活带来巨大的便利，也在改变着人类的生活方式。另一方面，传统汽车的燃油驱动方式，对于大气的污染严重性逐渐受到人类关注，而国际油价的浮动及持续走高，又使得汽车使用费用的攀升。因此，电动汽车的发展越来越受到人们的关注和思考。
[0003]电动汽车的核心控制器，便是功率器件的能力，包括功率密度、散热、可靠性及封装易用性等。一方面，汽车的发展，需要功率器件整体功率密度不断提升，即功率体积比的提升。这对于控制器的小型化、集成化大有裨益。另一方面，电动汽车的高震动使用环境，又要求功率器件有着更可靠的抗震动能力。而且，汽车发动机舱的架构，也需要功率器件的封装有着小型化的端子设计布局，否则，将大大占用额外的空间配置驱动、功率进线等，对于发动机舱的紧凑化和合理布局带来难点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构合理，使用安装方便，充分应用水冷散热器的散热能力，得到最大化的功率密度的利用水冷散热器双面散热的模块功率封装结构。
[0005]本发明的目的是通过如下技术方案来实现的，所述的利用水冷散热器双面散热的模块功率封装结构，它包括一带有进水口和出水口的扁平状水冷散热器，所述水冷散热器的上下两个表面上封装有功率器件单元，位于外壳表面上的功率端子被制成方便螺母固定的形状，同样位于外壳表面上的信号端子被专门制成有良好焊接性能有利于PCB板固定和卡位功能的形状。
[0006]所述水冷散热器直接或通过一层缓冲材料层与功率器件单元的绝缘衬底固定连接，所述功率端子和信号端子以超声波焊接方式直接焊接于绝缘衬底的表面金属层上；所述外壳与散热器固定连接，且所述信号端子和功率端子直接注塑固定于外壳上。
[0007]本发明充分应用水冷散热器的散热能力，利用其双面进行功率器件的散热，将其散热能力最优化，从而得到最大化的功率密度。
[0008]本发明通过水冷散热器双面散热封装功率模块，将功率器件的绝缘基材直接焊接于水冷散热器表面；水冷散热器表面材质与功率器件绝缘衬板的底层，通过处理而实现直接或间接的焊接连结，拥有相似的热膨胀系数实现水冷散热及功率模块设计要求；在封装上，本发明使用注塑外壳，直接将功率端子、信号端子超声波焊接固定、扁平的外壳高度设计等，实现功率器件的功率密度最大化。[0009]本发明根据电动汽车等对于高功率密度的功率模块封装要求，应用水冷散热器的双面进行功率模块直接散热，将水冷散热器的散热效率最大化，减小封装额外器件，如散热基板等，从而使本发明具有结构合理，使用安装方便，充分应用水冷散热器的散热能力，得到最大化的功率密度等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明所述水冷散热器双面散热封装结构的立体示意图。
[0011]图2是本发明所述水冷散热器的结构示意图。
[0012]图3是本发明所述水冷散热器表面与功率器件绝缘基材的结合示意图。
[0013]图4是本发明所述信号端子和功率端子的超声波焊接示意图。
[0014]图5是本发明所述功率器件外壳与水冷散热器的配合固定示意图。
[0015]图6是本发明所述模块端子分布示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合附图对本发明作详细的介绍:图1、2所示，本发明所述的利用水冷散热器双面散热的模块功率封装结构，它包括一带有进水口 6和出水口 7的扁平状水冷散热器5，所述水冷散热器5的上下两个表面上封装有功率器件单元1、8，位于外壳I表面上的功率端子2、3被制成方便螺母固定的形状，同样位于外壳I表面上的信号端子4被专门制成有良好焊接性能有利于PCB板固定和卡位功能的形状。
[0017]图3、4、5所示，所述水冷散热器5直接或通过一层缓冲材料层与功率器件单元1、8的绝缘衬底固定连接，所述功率端子和信号端子以超声波焊接方式直接焊接于绝缘衬底的表面金属层上；所述外壳与散热器固定连接，且所述信号端子和功率端子直接注塑固定于外壳上。
[0018]实施例:
本发明对水冷散热器双面散热的功率模块一体式封装进行了优化设计，实现了水冷散热能力的最优化和功率密度的最大化封装，对于高功率密度的应用场合，具有重大的意义。
[0019]如图1所示，水冷散热器双面散热的功率模块一体式封装，具有单一的水冷散热器5，以及直接封装于上下两个表面之上的功率器件单元1、8，水冷散热器的上下表面分别为两个功率器件单元散热，实现散热的最优化。水冷散热器的进水口 6和出水口 7，分别位于水冷散热的左右两端，其位置根据功率器件热源的分布位置、散热器散热能力进行优化调整。信号端子4以及功率端子2、3，分别位于外壳表面。功率端子形状方便螺母固定，
而信号端子形状，专为PCB板焊接设计，具有良好的焊接性能，以及PCB板固定、卡位功能。从图2可以看到，水冷散热双面封装结构的功率模块，水冷散热器采用的是扁平状散热器，拥有I个或多个水流入口 6，I个或多个水流出口 7。水流的入口和出口分布及尺寸，需要结合功率器件的封装功率大小及热源分布。水冷散热器的表面，在正反两面都需要足够的粗糙度要求，在特殊处理之后，可以进行功率器件绝缘衬底的焊接，由此进行功率模块的固定。
[0020]图3所示，所述散热基板5与功率器件绝缘衬底9在连结上，需要加以缓冲层材料12。虽然绝缘衬底的上下表面材料10，其热膨胀系数与散热基板5—致，但是由于功率器件工作在较高的结温下，对于水冷散热器而言，其散热基板与功率器件结温较接近，温度较高，尤其是功率器件在逆变工作状态时，功率器件结温的波动是极为剧烈的。剧烈的温度波动，对于散热基板与绝缘存底的连结强度，是极大的考验，必须进行缓冲，以延长其工作寿命O
[0021]图4所示，整个模块的功率端子13和信号端子4，以超声波焊接的形式，直接焊接于功率器件绝缘衬底的上表面金属层10。超声波焊接的形式，可以使得功率模块的抗震动能力大大增强，更适合电动汽车等高震动场合使用。
[0022]图5所示，所述的散热器5与外壳I的固定，是通过散热器底板表面的螺纹凸台15与外壳相应位置的凹孔进行螺母14锁定来实现的。
[0023]图6所示为散热器双面散热封装的功率模块上表面分布图，该上表面分布三相全桥电路，但是是独立的三个半桥结构。因此，三相交流输出端子13位于一侧，而直流侧进线
2、3则分布于另一侧。这样的分布，可以方便系统安装功率线走位，对于直流侧进线分布而言，可以方便低电感的母排设计、安装。这对于大功率的电力电子系统应用，是非常重要的。
【权利要求】
1.一种利用水冷散热器双面散热的模块功率封装结构，它包括一带有进水口和出水口的扁平状水冷散热器，其特征在于:所述水冷散热器的上下两个表面上封装有功率器件单兀，位于外壳表面上的功率端子被制成方便螺母固定的形状，同样位于外壳表面上的信号端子被专门制成有良好焊接性能有利于PCB板固定和卡位功能的形状。
2.根据权利要求1所述的利用水冷散热器双面散热的模块功率封装结构，其特征在于:所述水冷散热器直接或通过一层缓冲材料层与功率器件单元的绝缘衬底固定连接，所述功率端子和信号端子以超声波焊接方式直接焊接于绝缘衬底的表面金属层上；所述外壳与散热器固定连接，且所述信号端子和功率端子直接注塑固定于外壳上。
【文档编号】H01L23/473GK103779294SQ201410033978
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】刘志宏 申请人:嘉兴斯达微电子有限公司