一种叠层功率单元的制作方法

本实用新型涉及电力电子领域，具体涉及一种叠层功率单元。

背景技术：

功率模块是功率电子电力器件如金属氧化物半导体（功率mos管）、绝缘栅型场效应晶体管（igbt），快恢复二极管（frd）按一定的功能组合封装成的电力开关模块，其主要用于电动汽车，风力发电，工业变频等各种场合下的功率转换。

电动汽车的电机驱动电路通常包括三组分别具有上下桥臂的功率模块，图1为现有的一种功率模块的电路示意图，其示出的是一组具有上下桥臂的功率模块的电路示意图，其包括：作为上桥臂的绝缘栅型场效应晶体管z1，以及与其反向并联的快恢复二极管d1，作为下桥臂的绝缘栅型场效应晶体管z2，以及与其反向并联的快恢复二极管d2，其中绝缘栅型场效应晶体管z1的集电极连接功率模块的正极p+，其发射极连接缘栅型场效应晶体管z2的集电极，缘栅型场效应晶体管z2的发射极连接功率模块的负极p-，绝缘栅型场效应晶体管z1的发射极和z2的集电极共同连接功率模块的输出端子。在实际应用中，通常使用三组该功率模块来为电机提供三相交流电；在此仅以一组功率模块的电路示意图来说明其工作原理：当绝缘栅型场效应晶体管z1接通时，电流依次经功率模块的正极p+、绝缘栅型场效应晶体管z1的集电极、发射极、功率模块输出端子output输出至电机；当绝缘栅型场效应晶体管z1关断时，由于电机为感性负载，为保证电流流向不变，续流电流需经其它组的功率模块经该功率模块的负极p-、二极管d2、功率模块输出端子output输出至电机。

在某些较小功率的应用下，功率模块中的电子器件也可以采用功率mos管，图2是另一种功率mos管模块的电路示意图，其包括：作为上桥臂的功率mos管m1、作为下桥臂的功率mos管m2、其中功率mos管m1的漏极连接功率模块的正极p+，功率mos管m1的源极连接功率mos管m2的漏极，功率mos管m2的源极连接功率模块的负极p-，功率mos管m1的源极和功率mos管m2的漏极共同连接接功率模块的输出端子，其工作原理与采用绝缘栅型场效应晶体管的模块类似，其两者之间的区别主要在于功率mos管内置反向二极管，因此不需要并联反向二极管。另外，逆导型igbt与功率mos有相同的结构和功能，由于内置二极管，不需反向并联二极管，模块设计及结构与功率mos相似，在此不再赘述。

功率模块通常包含至少一个半桥结构，该功率半桥结构由两个桥臂以及用以为功率模块传导电流的第一功率电极、第二功率电极、输出电极组合而成，第一功率电极、第二功率电极以及输出电极与功率模块内相应的导电层连接，以实现半桥电路功能；功率模块通常会和散热器一起构成功率单元使用，在实际应用中，功率模块通常并排设置，这不利于各功率器件的散热和功率单元的小型化。

技术实现要素：

本实用新型为解决现有技术中存在的问题，提供一种叠层功率单元，包括多个功率模块、叠层隔开设置的多个散热片、在叠层方向上贯穿多个散热片的冷媒第一路径和冷媒第二路径，各散热片内部设有分别与冷媒第一路径和冷媒第二路径连通的冷媒散热路径；其中，冷媒第一路径包括设置于各散热片的一侧且向叠层方向贯穿的第一通孔、夹持在多个散热片之间且与各第一通孔相配合的第一密封环、设置于冷媒第一路径一端外侧的第一螺栓卡止部、与第一螺栓卡止部固定连接且贯穿冷媒第一路径的第一螺栓、设置于冷媒第一路径另一端外侧的第一螺母、设置于第一螺栓卡止部与散热片之间的第一螺栓密封环，设置于第一螺母与散热片之间的第二螺栓密封环，第一螺栓卡止部设有用以使得冷媒第一路径与外部连通的第二通孔；冷媒第二路径包括设置于各散热片的另一侧且向叠层方向贯穿的第三通孔、夹持在多个散热片之间且与各第三通孔相配合的第二密封环、设置于冷媒第二路径一端外侧的第二螺栓卡止部、与第二螺栓卡止部固定连接且贯穿冷媒第二路径的第二螺栓、设置于冷媒第二路径另一端外侧的第二螺母、设置于第二螺栓卡止部与散热片之间的第三螺栓密封环，设置于第二螺母与散热片之间的第四螺栓密封环；第二螺栓卡止部设有用以使得冷媒第二路径与外部连通的第四通孔。

进一步地，所述散热片为金属板，所述冷媒散热路径由设于金属板内部的第五通孔构成，第五通孔的两端设有密封条。

进一步地，所述功率模块包括：第一绝缘基板、第二绝缘基板、多个第一桥臂导电层，第一桥臂辅助导电层、第二桥臂导电层、第二桥臂辅助导电层、输出电极导电层、第一功率电极导电层、第二功率电极导电层、多个第一桥臂功率芯片、多个第二桥臂功率芯片；其中，第一绝缘基板包括第一表面，多个第一桥臂导电层设置于第一表面的一侧，第二桥臂辅助导电层设置于第一表面的另一侧，多个第一桥臂功率芯片分别设置在多个第一桥臂导电层上，多个第一桥臂导电层分别通过第一电极导电层与第一功率电极电连接，多个第一桥臂功率芯片分别与第一桥臂辅助导电层电连接，第一桥臂辅助导电层与输出电极导电层电连接，输出电极导电层与输出电极电连接；第二绝缘基板包括与第一表面相对的第二表面，第一桥臂辅助导电层和第二桥臂导电层均设置在第二表面，第二桥臂功率芯片设置在第二桥臂导电层上，第二桥臂功率芯片与第二桥臂辅助导电层电连接，第二桥臂辅助导电层通过第二功率电极导电层与第二功率电极电连接，第二桥臂导电层与输出电极电连接。

进一步地，还包括多个第一桥臂导电柱、多个第二桥臂导电柱、多个跨接导电柱；多个第一桥臂功率芯片通过多个第一桥臂导电柱与第一桥臂辅助导电层电连接，多个第二桥臂功率芯片通过多个第二桥臂导电柱与第二桥臂辅助导电层电连接，多个跨接导电层连接于第第二功率电极导电层与第二桥臂辅助导电层之间。

进一步地，所述第一桥臂功率芯片和第二桥臂功率芯片包括igbt以及反向并联二极管。

进一步地，所述第一桥臂功率芯片和第二桥臂功率芯片包括功率mos管以及反向并联二极管。

进一步地，还包括电容组、第一电容引出电极、第二电容引出电极；第一电容引出电极和第二电容引出电极均为片状且叠层隔开设置，第一电容引出电极自电容组侧面向外延伸的长度小于第二电容引出电极自电容组侧面向外延伸的长度；多个功率模块各自包括第一功率电极、第二功率电极、输出电极；各第一功率电极穿过第二电容引出电极与第一电容引出电极连接，各第二功率电极与第二电容引出电极超出第一电容引出电极的部分连接。

进一步地，所述第二电容引出电极与第一电容引出电极叠层的部分，设有与各第一功率电极数量相适应的多个通孔，第一电容引出电极设有与各第一功率电极相适应的多个第一连接片，各第一功率电极为片状，且分别绝缘穿过所述多个通孔与多个第一连接片叠层连接；第二电容引出电极设有与第二功率电极相适应的多个第二连接片，各第二功率电极分别与多个第二连接片叠层连接。

进一步地，所述功率模块包括功率模块主体，第一功率电极包括片状的第一功率电极主体，第二功率电极包括片状且与第一功率电极叠层设置的第二功率电极主体，第一功率电极主体的一侧延伸出片状且长度超出第二功率电极主体的第一功率电极连接部，第一功率电极连接部与第一电容引出电极连接，第二功率电极主体区别于第一功率电极连接部所在的一侧，延伸出长度超出第一功率电极主体的第二功率电极连接部，第二功率电极连接部与第二电容引出电极连接。

本实用新型提供的一种叠层功率单元，包括多个功率模块、叠层隔开设置的多个散热片、在叠层方向上贯穿多个散热片的冷媒第一路径和冷媒第二路径，各散热片内部设有分别与冷媒第一路径和冷媒第二路径连通的冷媒散热路径；其中，冷媒第一路径包括设置于各散热片的一侧且向叠层方向贯穿的第一通孔、夹持在多个散热片之间且与各第一通孔相配合的第一密封环、设置于冷媒第一路径一端外侧的第一螺栓卡止部、与第一螺栓卡止部固定连接且贯穿冷媒第一路径的第一螺栓、设置于冷媒第一路径另一端外侧的第一螺母、设置于第一螺栓卡止部与散热片之间的第一螺栓密封环，设置于第一螺母与散热片之间的第二螺栓密封环，第一螺栓卡止部设有用以使得冷媒第一路径与外部连通的第二通孔；冷媒第二路径包括设置于各散热片的另一侧且向叠层方向贯穿的第三通孔、夹持在多个散热片之间且与各第三通孔相配合的第二密封环、设置于冷媒第二路径一端外侧的第二螺栓卡止部、与第二螺栓卡止部固定连接且贯穿冷媒第二路径的第二螺栓、设置于冷媒第二路径另一端外侧的第二螺母、设置于第二螺栓卡止部与散热片之间的第三螺栓密封环，设置于第一螺母与散热片之间的第四螺栓密封环；第二螺栓卡止部设有用以使得冷媒第一路径与外部连通的第四通孔。与现有技术相比，可减单元体积，改善功率单元的散热。

附图说明

图1是现有的一种功率模块的电路示意图；

图2是现有的另一种功率模块的电路示意图；

图3是本实用新型提供的一种叠层功率单元实施例的结构图；

图4是本实用新型提供的一种叠层功率单元实施例散热器的局部透视结构图；

图5是本实用新型提供的一种叠层功率单元中功率模块的立体图；

图6是本实用新型提供的一种叠层功率单元中功率模块实施例的功率电极结构图；

图7是本实用新型提供的一种叠层功率单元中功率模块实施例的内部结构展开图；

图8是本实用新型提供的一种叠层功率单元中功率模块实施例内部结构侧视图；

图9是本实用新型提供的一种叠层功率单元增加电容组的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图3和图4所示，一种叠层功率单元，包括多个功率模块10、叠层隔开设置的多个散热片21、在叠层方向上贯穿多个散热片的冷媒第一路径l1和冷媒第二路径l2，各散热片21内部设有分别与冷媒第一路径l1和冷媒第二路径12连通的冷媒散热路径l3；其中，冷媒第一路径l1包括设置于各散热片21的一侧且向叠层方向贯穿的第一通孔211、夹持在多个散热片21之间且与各第一通孔211相配合的第一密封环22、设置于冷媒第一路径l1一端外侧的第一螺栓卡止部32、与第一螺栓卡止部32固定连接且贯穿冷媒第一路径l1的第一螺栓31、设置于冷媒第一路径l1另一端外侧的第一螺母33、设置于第一螺栓卡止部32与散热片21之间的第一螺栓密封环51，设置于第一螺母33与散热片21之间的第二螺栓密封环52，第一螺栓卡止部32设有用以使得冷媒第一路径与外部连通的第二通孔321；冷媒第二路径l2包括设置于各散热片21的另一侧且向叠层方向贯穿的第三通孔212、夹持在多个散热片21之间且与各第三通孔212相配合的第二密封环23、设置于冷媒第二路径l2一端外侧的第二螺栓卡止部42、与第二螺栓卡止部42固定连接且贯穿冷媒第二路径l2的第二螺栓41、设置于冷媒第二路径l2另一端外侧的第二螺母43、设置于第二螺栓卡止部42与散热片之间的第三螺栓密封环53，设置于第二螺母43与散热片21之间的第四螺栓密封环54；第二螺栓卡止部42设有用以使得冷媒第二路径l2与外部连通的第四通孔(图中未示出）。具体地，在某些实施例中，为确保冷媒的顺畅流通，第一密封环的内径最好与第一通孔的内径相同，或者大于第一通孔的内径，并可采用橡胶、软塑料等具有良好的挤压密封性的材料。第二密封环的内径最好与第三通孔的内径相同，或者大于第三通孔的内径，并可采用橡胶、软塑料等具有良好的挤压密封性的材料。

具体地，在某些实施例中，为确保冷媒的顺畅流通，第一螺栓的外径应尽量小于冷媒第一路径的内径；组装时，朝锁紧方向扭动第一螺栓卡止部，第一螺栓卡止部带动第一螺栓向第一螺母行进旋转，此时，第一密封环、散热片、第一螺栓密封环、第二螺栓密封环均在叠层方向上受到挤压，第一密封环、第一螺栓密封环、第二螺栓密封均发生形变；当螺栓拧紧，便完成冷媒第二路径的组装；第一螺栓卡止部的截面应当足以覆盖第一通孔。

具体地，在某些实施例中，为确保冷媒的顺畅流通，第二螺栓的外径应尽量小于冷媒第二路径的内径；组装时，朝锁紧方向扭动第二螺栓卡止部，第二螺栓卡止部带动第二螺栓向第二螺母行进旋转，此时，第二密封环、散热片、第三螺栓密封环、第四螺栓密封环均在叠层方向上受到挤压，第二密封环、第三螺栓密封环、第四螺栓密封均发生形变；当螺栓拧紧，便完成冷媒第二路径的组装；第二螺栓卡止部的截面积应当足以覆盖第三通孔。

具体地，在某些实施例中，所述散热片为金属板，所述冷媒散热路径由设于金属板内部的第五通孔构成213，第五通孔的两端设有密封条214。

如图5至图8所示，具体地，在某些实施例中，所述功率模块10包括：第一绝缘基板110、第二绝缘基板120、多个第一桥臂导电层130，第一桥臂辅助导电层140、第二桥臂导电层150、第二桥臂辅助导电层160、输出电极导电层170、第一功率电极导电层180、第二功率电极导电层190、多个第一桥臂功率芯片200、多个第二桥臂功率芯片210；其中，第一绝缘基板包括第一表面，多个第一桥臂导电层130设置于第一表面的一侧，第二桥臂辅助导电层160设置于第一表面的另一侧，多个第一桥臂功率芯片200分别设置在多个第一桥臂导电层130上，多个第一桥臂导电层130分别通过第一电极导电层180与第一功率电极101电连接，多个第一桥臂功率芯片200分别与第一桥臂辅助导电层140电连接，第一桥臂辅助导电层140与输出电极导电层170电连接，输出电极导电层170与输出电极103电连接；第二绝缘基板120包括与第一表面相对的第二表面，第一桥臂辅助导电层140和第二桥臂导电层150均设置在第二表面，第二桥臂功率芯片210设置在第二桥臂导电层150上，第二桥臂功率芯片210与第二桥臂辅助导电层160电连接，第二桥臂辅助导电层160通过第二功率电极导电层190与第二功率电极102电连接，第二桥臂导电层150与输出电极103电连接。

如图8所示，具体地，在某些实施例中，还包括多个第一桥臂导电柱220、多个第二桥臂导电柱230、多个跨接导电柱240；多个第一桥臂功率芯片200通过多个第一桥臂导电柱220与第一桥臂辅助导电层140电连接，多个第二桥臂功率芯片210通过多个第二桥臂导电柱230与第二桥臂辅助导电层160电连接，多个跨接导电柱240连接于第第二功率电极导电层190与第二桥臂辅助导电层160之间。

具体地，当功率模块工作在驱动电流状态时，驱动电流从第一功率电极流入，依次流经第一功率电极101、第一功率电极导电层180、多个第一桥臂导电层130、多个第一桥臂功率芯片200、多个第一桥臂导电柱220、第一桥臂辅助导电层140、输出电极导电层170流出至输出电极103；当功率模块工作在续流状态时，续流电流从第二功率电极102流入，依次流经第二功率电极导电层190、多个跨接导电柱240、第二桥臂辅助导电层160、多个第二桥臂导电柱230、多个第二桥臂功率芯片210、第二桥臂导电层150、输出电极导电层170流出至输出电极。

在某些实施例中，所述第一桥臂功率芯片200和第二桥臂功率芯片210包括igbt以及反向并联二极管。

在某些实施例中，所述第一桥臂功率芯片200和第二桥臂功率芯片210包括功率mos管以及反向并联二极管。

如图9所示，具体地，在某些实例中，功率单元还包括电容组11、第一电容引出电极12、第二电容引出电极13；第一电容引出电极12和第二电容引出电极13均为片状且叠层隔开设置，第一电容引出电极12自电容组侧面向外延伸的长度小于第二电容引出电极13自电容组侧面向外延伸的长度；多个功率模块各自包括第一功率电极101、第二功率电极102、输出电极103；各第一功率电极101穿过第二电容引出电极13与第一电容引出电极12连接，各第二功率电极102与第二电容引出电极13超出第一电容引出电极12的部分连接。具体地，在某些实施例中，第一电容引出电极和第二电容引出电极，通常由电容组的母排极板引出

如图9所示，具体地，在在某些实施例中，所述第二电容引出电极13与第一电容引出电极12叠层的部分，设有与各第一功率电极数量相适应的多个通孔132，第一电容引出电极12设有与各第一功率电极101相适应的多个第一连接片121，以及设置于各第一连接片侧边且与各通孔132相对应的多个第一缺口14，第一连接片121与通孔132的边缘相对应，自第一电容引出电极12大体上垂直向上延伸，各第一功率电极101为片状，且分别绝缘穿过通孔132和第一缺口14与各第一连接片121叠层连接；第二电容引出电极超出第一电容引出电极的部分，设有与第二功率电极102相适应的多个第二连接片131，以及设置于各第二连接片131的侧边的多个第二缺口15，第二功率电极102为片状，各第二功率电极102分别穿过第二缺口15与各第二连接片131叠层连接。

如图5和图6所示，具体地，在某些实施例中，所述功率模块包括功率模块主体100，第一功率电极101包括片状的第一功率电极主体1011，第二功率电极102包括片状且与第一功率电极叠层设置的第二功率电极主体1021，第一功率电极主体1011的一侧延伸出片状且长度超出第二功率电极主体的第一功率电极连接部1012，第一功率电极连接部1012与第一电容引出电极12连接；第二功率电极主体1021区别于第一功率电极连接部所在的一侧，延伸出长度超出第一功率电极主体的第二功率电极连接部1022，第二功率电极连接部1022与第二电容引出电极13连接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。