具有集成冷却剂通路的模块化功率模块及其总成的制作方法

本公开涉及用于机动车辆的电力电子系统的部件。

背景技术：

诸如电池动力电动车辆(bev)、轻度混合动力电动车辆(mhev)和插电混合动力电动车辆(phev)的电动车辆通常包括诸如高压(hv)电池系统的能量存储装置。这些系统包括便于电力传输和辅助温度管理的部件。

技术实现要素：

一种功率模块总成包括功率模块。所述功率模块各自具有：电源卡，所述电源卡包括基板、信号引脚和电源端子；以及套壳，所述套壳在所述电源卡上包覆成型，以限定在所述功率模块的相对端之间延伸的通路，以及从所述电源卡到所述通路的连续的不间断热路径。所述模块端对端布置以经由所述通路限定连续的流体路径。所述功率模块总成可以包括端盖，所述端盖抵靠所述功率模块中的至少一个设置并与所述连续的流体路径流体连通。所述连续的流体路径可以形成u形通道的一部分。所述功率模块总成还可以包括一对端部歧管，所述一对端部歧管设置在所述连续的流体路径的相对端处并与所述连续的流体路径流体连通。所述套壳中的每一个还可以限定另一个通路，所述另一个通路在所述电源卡的与所述通路相对的一侧上在所述相对端之间延伸。所述模块可以进一步端对端布置以经由所述另一个通路限定另一个连续的流体路径。所述相对端中的每一个可以限定围绕所述通路的开口的沟槽，所述沟槽被配置为接收垫圈。所述相对端中的一些可以限定功率模块定位特征。所述功率模块可以结合在一起。

一种功率模块包括电源卡，所述电源卡包括基板、在其上的金属电路、信号引脚和电源端子。所述功率模块还包括套壳，所述套壳在所述电源卡上包覆成型，以限定在所述功率模块的相对端之间延伸的冷却剂通路，使得所述套壳提供从所述电源卡到所述冷却剂通路的连续的不间断热路径。所述套壳可以进一步限定另一个冷却剂通路，所述另一个冷却剂通路在所述电源卡的与所述冷却剂通路相对的一侧上在所述相对端之间延伸。所述相对端可以各自限定围绕所述冷却剂通路的开口的沟槽，所述沟槽被配置为接收垫圈。所述相对端可以各自限定定位特征，所述定位特征被配置为与另一个功率模块配合。

一种功率模块总成包括功率模块。所述功率模块各自具有：电源卡，所述电源卡包括基板、在其上的金属电路、信号引脚和电源端子，以及套壳，所述套壳在所述电源卡上包覆成型，以限定在所述功率模块的相对端之间延伸的冷却剂通路，以及限定从所述电源卡到所述冷却剂通路的连续的不间断热路径。所述功率模块进行堆叠，使得所述冷却剂通路全都平行。功率模块总成可以包括一对端部歧管，所述一对端部歧管设置在所述冷却剂通路中的每一个的相对端处并与所述冷却剂通路中的每一个流体连通。所述功率模块可以结合到所述端部歧管。所述套壳中的每一个可以进一步限定另一个冷却剂通路，所述另一个冷却剂通路在所述电源卡的与所述冷却剂通路相对的一侧上在所述相对端之间延伸。所述相对端中的每一个可以限定围绕所述冷却剂通路的开口的沟槽，所述沟槽被配置为接收垫圈。所述功率模块可以结合在一起。

附图说明

图1a是具有相对侧信号引脚和电源端子的功率模块以及单集成冷却剂通路的透视图。

图1b是图1a的功率模块的横截面侧视图。

图2a是具有相同侧信号引脚和电源端子的功率模块以及双集成冷却剂通路的透视图。

图2b是图2a的功率模块的横截面侧视图。

图3是类似于图1a和图1b的功率模块的若干功率模块的总成的透视图。

图4是类似于图2a和图2b的功率模块的若干功率模块的总成的透视图。

图5是类似于图1a和图1b的功率模块的若干功率模块的另一个总成的透视图。

图6是类似于图2a和图2b的功率模块的若干功率模块的另一个总成的透视图。

具体实施方式

本文描述了本公开的各种实施例。然而，所公开的实施例仅是示例性的，并且其它实施例可以采用未明确示出或描述的各种形式和可选形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能会被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体的结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅作为教导本领域的普通技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解，参考附图中的任一个而示出和描述的各种特征可以与一个或多个其它附图中示出的特征组合以产生没有明确地示出或描述的实施例。所示的特征的组合提供典型的应用的代表性实施例。然而，特定的应用或实现方式可能期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。

功率模块或电力电子模块为多个功率总成、典型地是功率半导体器件提供了物理包容。这些功率半导体(或管芯)典型地焊接或烧结在承载功率半导体的电力电子基板上，并且在需要时提供电接触和热接触以及电绝缘。与塑料外壳中的分立功率半导体相比，功率封装提供更高的功率密度，并且在许多情况下更可靠。

某些功率模块包含单个电力电子开关(例如，bjt、gto、igbt、jfet、mosfet等)或二极管。其它功率模块包含多个半导体管芯，这些半导体管芯连接以形成电路。另外，还可以包括其它部件，诸如包括陶瓷电容器以最小化开关电压过冲，以及包括ntc热敏电阻器以监测基板温度。

功率模块拓扑的示例包括具有反并联二极管的开关(igbt、mosfet)、包含四个(单相)或六个(三相)二极管的桥式整流器、半桥(具有两个开关的逆变器支路及其对应的反并联二极管)、h桥(四个开关及其对应的反并联二极管)、升压或功率因数修正(带有高频整流二极管的开关)、三电平npc(i型)(带有四个开关的多电平逆变器支路及其对应的反并联二极管)、三电平mnpc(t型)(带有四个开关的多电平逆变器支路及其对应的反并联二极管)、三相逆变器(六个开关及其对应的反并联二极管)、功率接口模块(输入整流器、功率因数修正和逆变器级)以及集成功率模块(输入整流器、功率因数修正和逆变器级及其对应的栅极驱动电路)。

功率模块用于功率转换设备，诸如ac-dc电源、嵌入式马达驱动器、工业马达驱动器和不间断电源。它们还存在于用于可再生能源产品的逆变器中，可再生能源产品包括电动车辆、太阳能电池板、潮汐发电厂和风力涡轮机。

这里，我们关注电动车辆中使用的功率模块。对于某些车辆电力电子系统，特别是封装在发动机罩下的牵引，非常需要高功率密度和低轮廓总成。然而，实现这些目标中的一些可能因典型的堆叠式冷板上功率模块布置而混淆。在这样的布置中，功率模块位于冷板上或冷板下方，以便于在它们之间传递热。相比之下，我们建议将功率模块和散热器集成到单个模块化部件中，以减小整体部件轮廓：与两个堆叠部件相比，单个集成部件可以提供更低的轮廓。例如，包覆成型技术可以用于形成与功率模块卡相邻的冷却剂通路。这些模块化部件之间的接口可以通过垫圈、o形环、粘合剂、焊接等密封。还可以构想促进互补配合的附加接口特征。

参考图1a和图1b，功率模块10包括基板12、在基板12上的金属电路14等，以及从基板12的相对侧突出的信号引脚16和电源端子18。因此，基板12、金属电路14、信号引脚16和电源端子18被布置以形成电源卡20。功率模块10还包括套壳22(例如，环氧树脂)，其与电源卡20一起包覆成型并限定冷却剂通路24，冷却剂通路24在功率模块10的相对端26、28之间延伸。这里，冷却剂通路24的主面30一般与电源卡20的主面32平行。这种布置趋向于最大化从电源卡20到穿过冷却剂通路24的冷却剂的传热。此外，因为限定冷却剂通路24的套壳22为通向电源卡20的连续且不间断的路径提供了材料，所以与常规的功率模块抵靠冷板堆叠的布置相比而改善了传热路径。

功率模块10可以成组布置以形成用于逆变器等的功率模块总成，如下面更详细地描述的。为此，图1a和图1b的示例中的套壳22可以包括在端部26、28上的定位特征34，以帮助将这种模块化功率模块10互锁。在该示例中，在端部26上的定位特征34是凹陷区域。而且，在端部28上的定位特征34是互补的突出区域(未示出)。端部26、28还可以限定围绕冷却剂通路24的开口的沟槽36来接收o形环等，以改善在功率模块10之间的密封。

参考图2a和图2b，功率模块110包括基板112、在基板112上的金属电路114等，以及从基板112的相同侧突出的信号引脚116和电源端子118。(各图之间的编号要素可能具有类似的描述。)因此，基板112、金属电路114、信号引脚116和电源端子118被布置以形成电源卡120。功率模块110还包括套壳122(例如，环氧树脂)，其与电源卡120一起包覆成型并在其两侧限定冷却剂通路124、125，冷却剂通路124、125在功率模块110的相对端126、128之间延伸。类似于图1a和图1b的示例，冷却剂通路124、125的布局一般与电源卡120平行，以最大化从电源卡120到穿过冷却剂通路124、125的冷却剂的传热。

功率模块110可以成组布置以形成功率模块总成，如下面更详细地描述的。为此，壳体122可以包括在端部126、128上的定位特征134，以帮助将这种模块化功率模块110互锁。在端部126上的定位特征134是凹陷区域(未示出)。而且，在端部128上的定位特征134是互补的突出区域。与图1a和图1b的示例不同，套壳122不包括围绕冷却剂通路124、126的开口的沟槽。

参考图3，功率模块总成238包括三个功率模块210和端部歧管240。功率模块210中的每一个尤其包括信号引脚216、电源端子218和套壳222。功率模块210以单排和端对端的方式堆叠，使得其冷却剂通路(对应于图1a和图1b的冷却剂通路24)对准，以在端部歧管240之间形成连续的流体路径。在该示例中，粘合剂用于将功率模块210结合在一起。

端部歧管240各自包括入口/出口242和出口/入口244(取决于冷却剂流动方向)。入口/出口242可以与汽车冷却剂供应系统(未示出)附接，使得冷却剂可以穿过端部歧管240之间并通过功率模块210的冷却剂通路。

参考图4，功率模块总成338包括六个功率模块310和端部歧管340。功率模块310中的每一个尤其包括信号引脚316、电源端子318和套壳322。功率模块310以每排三个、共呈两排的方式并端对端堆叠，使得冷却剂通路(对应于图2a和图2b的冷却剂通路124、125)对准，以在端部歧管340之间形成连续的流体路径。在该示例中，端部歧管340被布置成将夹紧力施加到功率模块310。

端部歧管340各自包括入口/出口342和出口/入口344。入口/出口342可以与汽车冷却剂供应系统(未示出)附接，使得冷却剂可以穿过端部歧管340之间并通过功率模块310的冷却剂通路。

参考图5，功率模块总成438包括三个功率模块410和端部歧管440。功率模块410中的每一个尤其包括信号引脚416、电源端子418和套壳422。功率模块410彼此堆叠，使得冷却剂通路(对应于图1a和图1b的冷却剂通路24)在端部歧管440之间彼此平行。在该示例中，端部歧管440被布置成将夹紧力施加到功率模块410，并且粘合剂用于将套壳422结合在一起。

端部歧管440各自包括入口/出口442和出口/入口444。入口/出口442可以与汽车冷却剂供应系统(未示出)附接，使得冷却剂可以穿过端部歧管440之间并通过功率模块410的冷却剂通路。

参考图6，功率模块总成538包括六个功率模块510、端部歧管546和返回盖548。这里，端部歧管546包括入口/出口550和出口/入口552。而且，返回盖548包括通路554。

功率模块510中的每一个尤其包括信号引脚516、电源端子518和套壳522。功率模块510被堆叠成呈两个单排和端对端的行，使得冷却剂通路(对应于图1a和图1b的冷却剂通路24)对准，以形成在入口/出口550之间具有通路554的连续的u形流体路径。

入口/出口550可以与汽车冷却剂供应系统(未示出)附接，使得冷却剂可以在其之间通过并通过由功率模块510和返回盖548限定的u形流体路径。

在说明书中使用的字词是描述性字词而非限制性字词，并且应理解，可以在不脱离本公开和权利要求的精神和范围的情况下做出各种改变。例如，一些布置可以包括不同的模块到模块定位特征，诸如配合销和孔等，而其它布置可能缺少它们。冷却剂通路不必是矩形的。它们可以按冷却需要而是柱形或s形的。图1a和图1b示出了单个冷却剂通路24。也可以使用在电源卡20的相同侧或相对侧上的两个或更多个。尽管图2a和图2b示出了两个冷却剂通路124、125，但是单个冷却剂通路可能就足够了。以各种配置示出了三个和六个功率模块的组。然而，可以根据需要将任何数量的功率模块分组在一起。还构想了其它布置。

如前所述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的其它实施例。虽然各种实施例可能已经被描述为关于一个或多个所期望的特性相对于其它实施例或现有技术实现方式提供了优点或是更优的，但是本领域的普通技术人员会认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现所期望的总体系统属性，这取决于具体的应用和实现方式。这些属性包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为关于一个或多个特性方面相较其它实施例或现有技术实现方式来说不如期望的实施例并非在本公开的范围外并可能是特定应用所期望的。

根据本发明，提供了一种功率模块总成，所述功率模块总成具有功率模块，所述功率模块各自具有：电源卡，所述电源卡包括基板、信号引脚和电源端子，以及套壳，所述套壳在所述电源卡上包覆成型，以限定在所述功率模块的相对端之间延伸的通路，以及从所述电源卡到所述通路的连续的不间断热路径，所述模块端对端布置以经由所述通路限定连续的流体路径。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于端盖，所述端盖抵靠所述功率模块中的至少一个设置并与所述连续的流体路径流体连通。

根据一个实施例，所述连续的流体路径形成u形通道的一部分。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于一对端部歧管，所述一对端部歧管设置在所述连续的流体路径的相对端处并与所述连续的流体路径流体连通。

根据一个实施例，所述套壳中的每一个还限定在所述电源卡的与所述通路相对的一侧上在所述相对端之间延伸的另一个通路，并且其中所述模块进一步端对端布置以经由所述另一个通路限定另一个连续的流体路径。

根据一个实施例，所述相对端中的每一个限定围绕所述通路的开口的沟槽，所述沟槽被配置为接收垫圈。

根据一个实施例，所述相对端中的一些限定功率模块定位特征。

根据一个实施例，所述功率模块结合在一起。

根据本发明，提供了一种功率模块，所述功率模块具有：电源卡，所述电源卡包括基板、在其上的金属电路、信号引脚和电源端子；以及套壳，所述套壳在所述电源卡上包覆成型，以限定在所述功率模块的相对端之间延伸的冷却剂通路，使得所述套壳提供从所述电源卡到所述冷却剂通路的连续的不间断热路径。

根据一个实施例，所述套壳进一步限定另一个冷却剂通路，所述另一个冷却剂通路在所述电源卡的与所述冷却剂通路相对的一侧上在所述相对端之间延伸。

根据一个实施例，所述相对端各自限定围绕所述冷却剂通路的开口的沟槽，所述沟槽被配置为接收垫圈。

根据一个实施例，所述相对端各自限定定位特征，所述定位特征被配置为与另一个功率模块配合。

根据本发明，提供了一种功率模块总成，所述功率模块总成具有功率模块，所述功率模块各自具有：电源卡，所述电源卡包括基板、在其上的金属电路、信号引脚和电源端子，以及套壳，所述套壳在所述电源卡上包覆成型，以限定在所述功率模块的相对端之间延伸的冷却剂通路，以及限定从所述电源卡到所述冷却剂通路的连续的不间断热路径，所述功率模块进行堆叠，使得所述冷却剂通路全都平行。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于一对端部歧管，所述一对端部歧管设置在所述冷却剂通路中的每一个的相对端处并与所述冷却剂通路中的每一个流体连通。

根据一个实施例，所述功率模块结合到所述端部歧管。

根据一个实施例，所述套壳中的每一个限定另一个冷却剂通路，所述另一个冷却剂通路在所述电源卡的与所述冷却剂通路相对的一侧上在所述相对端之间延伸。

根据一个实施例，所述相对端中的每一个限定围绕所述冷却剂通路的开口的沟槽，所述沟槽被配置为接收垫圈。

根据一个实施例，所述功率模块结合在一起。