功率模块单元和车辆的制作方法

1.本实用新型涉及半导体器件技术领域，特别是涉及功率模块单元和车辆。


背景技术：

2.功率模块在运行时会产生大量热量，一般将功率模块与散热器设置在一起，功率模块所产生的热量能够传递到所述散热器后，经过散热器快速扩散出去，达到散热的目的。功率模块与散热器之间接触的紧密程度决定了其散热效果，具体可以通过压紧件将功率模块压紧在散热器上，以提升散热效果。但是如此将影响功率模块与其他器件电连接的便利性。


技术实现要素：

3.本实用新型针对以上问题，提出了一种功率模块单元和车辆，在压紧件上设有所述穿孔，功率模块组装在所述功率模块单元后，所述功率模块的引脚穿过所述穿孔后能够较方便的与其他电器件电连接，不会受所述压紧件、散热器、硅胶垫和陶瓷片的影响。
4.一种功率模块单元，包括：
5.压紧件；
6.散热器，所述压紧件与所述散热器连接；
7.功率模块，所述功率模块包括封装本体和从所述封装本体中伸出的引脚，所述封装本体被夹在所述压紧件和所述散热器之间，所述压紧件上设有穿孔，所述引脚穿设于所述穿孔；
8.所述封装本体与所述散热器之间设有硅胶垫；
9.所述硅胶垫与所述封装本体之间设有陶瓷片。
10.在其中一个实施例中，所述硅胶垫与所述陶瓷片粘接，所述硅胶垫上面向所述散热器的表面无粘性；
11.和/或，所述陶瓷片上面向所述功率模块的面具有焊接层，所述焊接层与所述功率模块焊接；
12.和/或，所述硅胶垫的导热系数为2w/mk～10.0w/mk，所述硅胶垫的厚度为 0.5mm～5.0mm。
13.在其中一个实施例中，所述引脚上位于所述封装本体中的部分为根部，沿所述引脚插入所述穿孔的插入方向，所述穿孔上靠近所述引脚根部的一端为导入端，所述导入端的横截面面积在所述引脚的插入方向上趋于减小。
14.在其中一个实施例中，所述引脚插入所述穿孔的插入方向为背离所述散热器的方向。
15.在其中一个实施例中，所述导入端为喇叭口形状。
16.在其中一个实施例中，所述功率模块单元包括多个所述功率模块，各个所述封装本体均被夹在所述压紧件和所述散热器之间，且各个所述封装本体间隔布置，所述压紧件
上与所述封装本体对应的位置设有定位凹槽，所述封装本体至少部分位于所述定位凹槽中，所述封装本体上背向所述散热器的表面位于所述定位凹槽中，且所述封装本体的此表面面向所述定位凹槽的底壁；
17.和/或，各个所述功率模块均包括多个所述引脚，所述压紧件设有多个所述穿孔，所述穿孔与所述引脚一一对应。
18.在其中一个实施例中，所述压紧件上压紧在所述封装本体背离所述散热器的一侧的部分为框架结构，此框架结构包括压紧在所述封装本体上的可变形筋条。
19.在其中一个实施例中，所述压紧件与所述散热器之间通过螺钉连接，所述螺钉的螺杆外套有弹垫和平垫，且所述弹垫和平垫被挤压在所述螺钉的头部与所述压紧件或所述散热器之间。
20.在其中一个实施例中，与所述螺钉的轴向垂直的面为投影面，所述螺钉沿所述螺钉的轴向在所述投影面上的投影为第一投影，所述封装本体沿所述螺钉的轴向在所述投影面上的投影为第二投影，所述第一投影与所述第二投影间隔布置。
21.一种车辆，包括上述的功率模块单元。
22.上述方案提供了一种功率模块单元和车辆，利用压紧件将所述功率模块的封装本体压在所述散热器上，所述封装本体中产生的热量能够依次通过所述陶瓷片和所述硅胶垫传递到所述散热器上，然后通过所述散热器快速扩散出去，达到散热的目的。所述陶瓷片具有良好的绝缘和导热性能，不仅能够快速实现热量的传导，而且使得所述功率模块与所述硅胶垫之间的绝缘可靠性较高，有效避免所述功率模块被击穿的情况发生。所述压紧件在将所述功率模块压紧到所述散热器上的同时，所述引脚可以通过所述穿孔穿过所述压紧件，所述压紧件不会阻碍所述引脚与其他电器件电连接，使得所述功率模块仍然能够较方便的与其他电器件电连接。
附图说明
23.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实施例所述功率模块单元的结构示意图；
26.图2为本实施例所述功率模块单元的爆炸图；
27.图3为本实施例所述功率模块单元的俯视图；
28.图4为图3中a-a向的剖视图；
29.图5为本实施例所述功率模块与压紧件装配在一起时的结构示意图；
30.图6为本实施例所述功率模块和陶瓷片这个组合的爆炸图。
31.附图标记说明：
32.10、功率模块单元；11、散热器；12、功率模块；121、封装本体；122、引脚；13、压紧件；131、穿孔；1311、导入端；132、可变形筋条；14、螺钉； 141、弹垫；142、平垫；15、硅胶垫；
16、陶瓷片；161、焊接层。
具体实施方式
33.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
34.一般为了快速将功率模块12所产生的热量扩散出去，会为功率模块12配置一散热器11。这里所述散热器11是一种具有较高热传导效率的器件，功率模块12所产生的热量传递到散热器11后，能够快速扩散到周围空气中。igbt功率模块是以绝缘栅双极型晶体管(igbt)构成的一种功率模块12，其工作时也会产生大量热量。本技术中所述功率模块12包括igbt功率模块。
35.如图1和图2所示，本技术中所提供的一种功率模块单元10，不仅包括散热器11和功率模块12，而且还包括压紧件13。所述压紧件13与所述散热器11 连接。比如，所述压紧件13与所述散热器11之间通过紧固件连接，或者两者之间直接卡扣配合等。
36.如图2所示，所述功率模块12包括封装本体121和从所述封装本体121中伸出的引脚122。所述封装本体121被夹在所述压紧件13和所述散热器11之间。所述压紧件13将所述封装本体121压紧在所述散热器11上，使得所述封装本体121中的热量能够扩散到所述散热器11上。而所述引脚122则用于电信号的传输。
37.需要说明的是，所述封装本体121被压紧在所述散热器11上，具体包括所述封装本体121与所述散热器11直接抵接压紧，也包括所述封装本体121与所述散热器11间接压紧，比如在所述封装本体121与所述散热器11之间设置绝缘导热层等。
38.进一步地，如图2至图5所示，所述压紧件13上设有穿孔131，所述引脚 122穿设于所述穿孔131。所述压紧件13在压紧所述封装本体121的同时，所述引脚122穿过所述穿孔131后能够较便利的与其他电器件电连接，进行信号传输。
39.所述引脚122上位于所述封装本体121中的部分为根部。沿所述引脚122 插入所述穿孔131的插入方向，所述穿孔131上靠近所述引脚122根部的一端为导入端1311。所述导入端1311为所述穿孔131的一部分孔段。
40.如图4所示，所述导入端1311的横截面面积在所述引脚122的插入方向上趋于减小。具体包括，在所述引脚122的插入方向上，所述导入端1311的横截面面积逐渐减小，比如所述导入端1311为喇叭口形状。或者在所述引脚122的插入方向上，所述导入端1311的横截面面积间断性减小。比如所述导入端1311 包括多段依次连通的圆柱形子孔，且在所述引脚122的插入方向上依次布置的各个子孔的孔径依次减小。
41.所述功率模块12在与所述压紧件13对位安装时，所述引脚122与所述穿孔131对应。基于所述导入端1311的横截面面积在所述引脚122的插入方向上逐渐减小，所以所述导入端1311对所述引脚122具有导向作用，使得所述引脚 122能够快速准确的插入到所述穿孔131中。从而达到提升安装效率，且避免引脚122损坏的效果。
42.具体地，如图4所示，在一个实施例中，所述导入端1311为喇叭口形状。喇叭口形状
的导入端1311能够利用自身较大开口将引脚122引导至所述穿孔 131中，以便于引脚122快速穿过所述穿孔131中。
43.进一步具体地，如图1至图5所示，所述引脚122插入所述穿孔131的插入方向为背离所述散热器11的方向。所述导入端1311的横截面面积在远离所述散热器11的方向上趋于减小。
44.如图2、图5和图6所示，所述引脚122伸出所述封装本体121后，发生弯折，最终所述引脚122上需要穿过所述穿孔131的部分沿背离所述散热器11的方向设置。
45.安装时，可以先将所述引脚122与所述穿孔131对应，然后将引脚122逐渐穿过所述穿孔131使得所述功率模块12与所述压紧件13装配在一起形成第一组合，然后将此第一组合与所述散热器11组装在一起，且与所述散热器11 组装在一起后，所述封装本体121位于所述压紧件13与所述散热器11之间。
46.具体如图1和图2所示，在一个实施例中，所述压紧件13与所述散热器11 通过螺钉14连接。所述螺钉14的螺杆外套有弹垫141和平垫142，且所述弹垫 141和平垫142被挤压在所述螺钉14的头部与所述压紧件13或所述散热器11 之间。所述弹垫141和所述平垫142结合，能够达到防松的目的，确保所述功率模块12始终压紧在所述压紧件13与所述散热器11之间。
47.在如图1所示实施例中，所述螺钉14的头部位于所述压紧件13背离所述散热器11的一侧，所述弹垫141和所述平垫142被挤压在所述螺钉14的头部与所述压紧件13之间。
48.如图1和图2所示，与所述螺钉14的轴向垂直的面为投影面，所述螺钉14 沿所述螺钉14的轴向在所述投影面上的投影为第一投影，所述封装本体121沿所述螺钉14的轴向在所述投影面上的投影为第二投影，所述第一投影与所述第二投影间隔布置。换言之，所述螺钉14只是穿过了所述压紧件13和所述散热器11，而未直接贯穿所述功率模块12。
49.更进一步地，如图2所示，在某些实施例中，所述封装本体121与所述散热器11之间设有绝缘导热层。所述绝缘导热层既可以将所述封装本体121的热量传递到所述散热器11，也可以起到绝缘隔离的作用，避免所述功率模块12被击穿的情况发生。
50.具体地，所述绝缘导热层可以为单层结构，此单层结构既具有绝缘特性，也具有导热特征。
51.或者，所述绝缘导热层包含多个层叠片，各个层叠片均具有导热特性，且其中至少部分层叠片具有绝缘特性。
52.具体如图2所示，在一个实施例中，所述绝缘导热层包括层叠的硅胶垫15 和陶瓷片16。所述硅胶垫15位于所述陶瓷片16与所述散热器11之间，所述陶瓷片16位于所述硅胶垫15与所述封装本体121之间。
53.所述硅胶垫15具有较好的绝缘导热作用，不仅能够快速将所述功率模块12 产生的热量传导出去，而且其绝缘可靠性能够有效避免所述功率模块12被击穿的情况发生。硅胶垫15填充在所述陶瓷片16与所述散热器11之间，利用硅胶材料较软的特性能够补偿所述陶瓷片16和所述散热器11的加工误差，使得陶瓷片16与散热器11之间的间隙几乎完全被所述硅胶垫15填充，提升导热散热效果。同时避免陶瓷片16与散热器11直接刚性接触，陶瓷片16被压破的情况发生。
54.若所述陶瓷片16与所述散热器11直接接触，为确保两者之间无间隙，则对两者需
要具有极高的加工精度。而陶瓷片16与散热器11直接接触，也存在两者刚性接触破裂的风险。所述硅胶垫15的存在则有效解决这些问题。
55.所述硅胶垫15、所述陶瓷片16和所述封装本体121三者被夹紧在所述压紧件13与所述散热器11之间。所述封装本体121产生的热量依次经过所述陶瓷片16和所述硅胶垫15传递到所述散热器11上。
56.而且，为了避免所述陶瓷片16与所述封装本体121之间发生偏移，如图2 和图6所示，可以将所述陶瓷片16与所述封装本体121焊接在一起。
57.具体地，如图2和图6所示，所述陶瓷片16上面向所述功率模块12的面具有焊接层161，所述焊接层161与所述功率模块12焊接。
58.在一些实施例中，所述焊接层161为金属层，可以在所述金属层上设置锡膏，然后采用表面贴装技术(smt，surface mount technology)使得所述陶瓷片16与所述功率模块12焊接固定。所述金属层可以为铜层，或者其他金属材料层，只要其能够通过焊接的方式与所述功率模块12连接在一起即可。
59.所述陶瓷片16与所述功率模块12的相对位置固定后，即不会出现陶瓷片 16偏移的情况，确保所述陶瓷片16能够起到绝缘隔离的作用。
60.可选地，所述陶瓷片16与所述功率模块12之间也可以采用其他方式焊接在一起，在这里不做具体限制。
61.进一步在一些实施例中，所述硅胶垫15与所述陶瓷片16粘接，所述硅胶垫15上面向所述散热器11的表面无粘性。
62.所述硅胶垫15与所述陶瓷片16粘连在一起，使得两者之间相对位置固定。而所述硅胶垫15上面向所述散热器11的表面无粘性，从而便于所述硅胶垫15 从所述散热器11上拆卸。
63.具体地，所述硅胶垫15上面向所述散热器11的表面具有易撕剥离离型纸，所述硅胶垫15上面向所述陶瓷片16的表面具有硬质离型纸。其中被所述硬质离型纸覆盖的表面具有粘性，剥离硬质离型纸后硅胶垫15的此面能够与陶瓷片 16粘连，而被所述易撕剥离离型纸覆盖的表面不具有粘性。
64.所述硅胶垫15的导热系数为2w/mk～10.0w/mk，所述硅胶垫15的厚度为 0.5mm～5.0mm。所述硅胶垫15导热系数和厚度的优化，可以在确保较高导热效果的同时，使得硅胶垫15具有填充陶瓷片16与散热器11之间间隙，避免两器件刚性接触的能力。
65.在某些实施例中，所述散热器11为铝材散热器。
66.进一步地，如图1至图5所示，在一些实施例中，所述功率模块单元10包括多个所述功率模块12，各个所述封装本体121均被夹在所述压紧件13和所述散热器11之间，且各个所述封装本体121间隔布置。所述压紧件13上与所述封装本体121对应的位置设有定位凹槽，一个所述定位凹槽中安装有一个所述封装本体121。
67.所述封装本体121至少部分位于所述定位凹槽中，所述封装本体121上背向所述散热器11的表面位于所述定位凹槽中，且所述封装本体121的此表面面向所述定位凹槽的底壁。所述定位凹槽形成于所述压紧件13上面向所述散热器 11的表面。
68.如图5所示，所述封装本体121上背向所述散热器11的面为顶面，所述封装本体121上面向所述散热器11的面为底面，所述封装本体121的其他面为周向侧面。所述封装本体
121的顶面位于所述定位凹槽中，所述引脚122从所述封装本体121的周向侧面伸出。
69.如图1至图6所示，各个所述功率模块12均包括多个所述引脚122，所述压紧件13设有多个所述穿孔131，所述穿孔131与所述引脚122一一对应。
70.如图5所示，当所述功率模块12与所述压紧件13装配在一起时，所述功率模块12相对于所述压紧件13只能够在沿所述引脚122的插入方向的反方向上移动，其他5个自由度均受限。
71.更进一步地，如图1至图3所示，所述压紧件13上压紧在所述封装本体121 背离所述散热器11的一侧的部分为框架结构，此框架结构包括压紧在所述封装本体121上的可变形筋条132。所述可变形筋条132具有一定的韧性和回弹能力，能够保障所述功率模块12始终被压紧在所述压紧件13与所述散热器11之间，保证散热效果。
72.在又一实施例中，提供了一种车辆，包括上述的功率模块单元10。
73.利用压紧件13将所述功率模块12的封装本体121压在所述散热器11上，所述封装本体121中产生的热量能够依次通过所述陶瓷片16和所述硅胶垫15 传递到所述散热器11上，然后通过所述散热器11快速扩散出去，达到散热的目的。所述陶瓷片16具有良好的绝缘和导热性能，不仅能够快速实现热量的传导，而且能够在所述功率模块12与所述散热器11之间起到较可靠的绝缘效果。基于所述压紧件13上设有所述穿孔131，所以所述压紧件13在将所述功率模块 12压紧在所述散热器11上的同时，不会与所述引脚122发生干涉，所述引脚 122穿过所述穿孔131后即可与其他电器件进行电连接，实现信号输送。
74.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
75.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
76.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
77.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
78.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另
一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
79.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
80.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。