一种具有水道、电容与功率模块的集成单元和应用单元的制作方法

1.本发明涉及功率模块技术领域，尤其涉及一种具有水道、电容与功率模块的集成单元和应用单元。


背景技术：

2.半导体器件模块在工作状态中会产生热量，所以在实际使用中，会在模块安装后设置散热水道，通过散热水道散热，降低器件的温度，保证功率半导体器件的结温在允许的范围内。但是标准塑封模块在三合一电控共壳体设计时，缺乏一种通用的集成单元，功率模块下部水道和电容需要重新设计，每次使用均对公用的壳体进行重复且大量修改，操作复杂，效率较低。


技术实现要素：

3.为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种具有水道、电容与功率模块的集成单元和应用单元，用于解决标准塑封模块设计中缺乏一种集成单元，每次需要对壳体和水道重复设计，效率较低的问题。
4.本发明公开了一种具有水道、电容与功率模块的集成单元，
5.包括水冷板、连接在所述水冷板两侧的直流母线电容以及功率模块；
6.所述水冷板上开设有腔口朝向所述功率模块的散热水腔，所述功率模块通过密封部紧密连接在所述水冷板一侧并封闭所述散热水腔；
7.在所述水冷板上设有与所述散热水腔相对两侧分别连通的进水部和出水部；
8.通过分别位于所述进水部和出水部两侧的连接件连接所述直流母线电容和所述水冷板，通过所述进水部、出水部和散热水腔形成作用于所述直流母线电容和所述功率模块的散热水道。
9.优选地，所述进水部通过进水口连通进水管道，所述进水部沿所述进水口所在一侧向与所述散热水腔连通一侧容积逐渐增加；
10.所述出水部通过出水口连通出水管道，所述出水部沿与所述散热水腔连通一侧向所述出水口所在一侧容积逐渐减小。
11.优选地，所述进水部设置为沿所述进水口所在一侧向与所述散热水腔连通一侧宽度逐渐增加；
12.所述出水部设置为沿与所述散热水腔连通一侧向所述出水口所在一侧宽度逐渐减小。
13.优选地，所述进水部设置为沿所述进水口所在一侧向与所述散热水腔连通一侧高度逐渐增加；
14.所述出水部设置为沿与所述散热水腔连通一侧向所述出水口所在一侧高度逐渐减小。
15.优选地，所述进水部和/或所述出水部的容积沿所述进水口和/或所述出水口所在
一侧向与所述散热水腔连通一侧线性或指数性变化。
16.优选地，所述水冷板在所述进水管道与所述进水口连接处设有第一密封件；
17.所述水冷板在所述出水管道与所述出水口连接处设有第二密封件。
18.优选地，所述直流母线电容的壳体沿长度方向延伸；
19.所述连接件穿过所述直流母线电容的壳体延伸出的部分与所述水冷板固定。
20.本发明还提供一种具有水道、电容与功率模块的集成单元，
21.包括上述任一项所述的集成单元；
22.还包括控制和驱动板卡，用于控制所述直流母线电容、功率模块以及散热水道的工作状态；
23.所述控制和驱动板卡连接在所述功率模块背离所述散热水道一侧。
24.本发明还提供一种应用单元，应用至少一个上述任一项所述的集成单元；
25.在所述集成单元上沿着与所述进水部和所述出水部连线垂直的方向并列连接至少一个直流母线电容。
26.采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
27.本发明通过直流母线电容和功率模块连接在水冷板上，在水冷板上设有散热水腔，以及与所述散热水腔相对两侧分别连通的进水部和出水部，通过所述进水部、出水部和散热水腔形成直接作用于所述直流母线电容和功率模块的散热水道，功率模块和直流母线电容的壳体与水冷板固定，实现直流母线电容、功率模块以及散热水道的一体集成模块，可作为标准化模块，在使用过程中可直应用接，无需每次单独修改水道或壳体结构，用于解决标准塑封模块设计中缺乏一种集成单元，效率较低的问题，还可在集成单元上沿着与所述进水部和所述出水部连线垂直的方向并列连接至少其他直流母线电容，实现扩容应用。
附图说明
28.图1为本发明所述一种具有水道、电容与功率模块的集成单元和应用单元实施例一的结构示意图；
29.图2为本发明所述一种具有水道、电容与功率模块的集成单元和应用单元实施例一中体现直流母线电容的壳体的结构示意图；
30.图3为本发明所述一种具有水道、电容与功率模块的集成单元和应用单元实施例一中体现散热水腔的结构示意图；
31.图4为本发明所述一种具有水道、电容与功率模块的集成单元和应用单元实施例一中体现进水部和出水部的结构示意图；
32.图5为本发明所述一种具有水道、电容与功率模块的集成单元和应用单元实施例一中体现进水部高度逐渐增大的结构示意图；
33.图6为本发明所述一种具有水道、电容与功率模块的集成单元和应用单元实施例二的结构示意图；
34.图7为本发明所述一种具有水道、电容与功率模块的集成单元和应用单元实施例一或实施例二用于体现板卡导热垫的结构示意图。
35.附图标记：
36.1-直流母线电容；2-水冷板；3-功率模块；4-密封部；5-散热水腔；6-进水部；61-进
水口；7-出水部；71-出水口；8-连接件；9-控制和驱动板卡；10-电容导热垫；11-板卡导热垫；12-电流传感器。
具体实施方式
37.以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
38.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
39.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
40.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。
42.在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
43.在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
44.实施例一：本实施方式公开了一种具有水道、电容与功率模块的集成单元，参阅图1-图2，包括水冷板、连接在所述水冷板两侧的直流母线电容以及功率模块(包括但不限于igbt模块、sic模块)；本实施方式中，所述功率模块通过密封部紧密连接在所述水冷板一侧，直流母线电容的壳体通过连接件连接在水冷板另一侧，实现直流母线电容、功率模块以及散热水道的集成。具体的，连接件可以包括螺栓、定位销等，还可以以直流母线电容的壳体与水冷板边对齐(边对边)后通过粘合部或焊接部等方式固定连接，操作简便且方便拆卸，也可以通过固定点焊接或其他现有连接结构实现连接。
45.在本实施方式中，参阅图1-4，所述水冷板上腔口朝向所述直流母线电容的散热水腔，所述功率模块通过密封部紧密连接在所述水冷板一侧并封闭所述散热水腔，作为说明
的是，密封部用于使得功率模块和水冷板紧密连接的部件或部分，作为举例的，包括设置在功率模块和水冷板上连接处密封槽，当功率模块连接在水冷板上，密封槽内的密封圈被挤压使得功率模块与水冷板紧密连接，以减少两者之间的间隙；除此之外，其他现有连接结构(包括但不限于卡接、焊接、螺栓连接等)使得功率模块和水冷板紧密连接也可用于此。
46.在所述水冷板上设有与所述散热水腔相对两侧分别连通的进水部和出水部，通过分别位于所述进水部和出水部两侧的连接件将所述直流母线电容连接在所述水冷板背离所述功率模块一侧，以通过所述进水部、出水部和散热水腔形成直接作用于所述直流母线电容和功率模块的散热水道，实现集成所述散热水道、所述直流母线电容和功率模块；即，冷却水由进水部进入到散热水腔内，形成的散热水道穿过直流母线电容和所述功率模块之间，实现对功率模块和直流母线电容的散热，该散热水腔可与直流母线电容形状对应设置，以实现对直流母线电容的充分散热。
47.如上所述的，该直流母线电容、功率模块以及散热水道的一体集成模块，可作为标准化模块，在使用过程中可直接批量生产，无需每次单独修改水道或壳体结构。散热水腔沿着直流母线电容设置，作为举例的，还可在散热水腔内设置多个挡板，以形成不同的水流路径(如环形、s形等)，增加散热路径长度，提高散热效果。
48.在本实施方式中，出水部和进水部设置在散热水腔两侧的，则出水部和进水部可对应位于直流母线电容两侧，所述直流母线电容的壳体与所述水冷板可以通过分别位于所述进水部和出水部两侧的多个连接件连接，连接件可以避开直流母线电容沿着与所述进水部和所述出水部连线垂直的方向延伸的区域，若进水部和出水部设置在散热水腔长度方向的两侧，则连接件可以避开直流母线电容沿宽度方向延伸的区域；若进水部和出水部设置在散热水腔宽度方向的两侧，则连接件可以避开直流母线电容沿长度方向延伸的区域，由此形成某一方向区域可用于布置多个直流母线电容，以便后续电容扩大进一步的，为提高散热效果，还可以在进水部和出水部与功率模块连接的部分设置板卡板导热垫(参阅图7)，还可在水冷板与直流母线电容连接之间设置电容导热垫(参阅图7)等辅助散热结构。
49.具体的，直流母线电容的壳体通过连接件与水冷板连接，具体的，所述直流母线电容的壳体沿长度方向延伸；所述连接件穿过所述直流母线电容的壳体延伸出的部分与所述水冷板固定，即直流母线电容的壳体与水冷板的连接避开直流母线电容沿宽度(y)方向延伸的区域，是在直流母线电容长度(x)方向两端连接连接件，当使用过程中需要设置进行电容扩大、设置多个集成单元或布置其他元件，可以在直流母线电容沿宽度(y)方向或高度(z)方向延伸的区域并列布置，以实现电容扩大，同时设备内部提高空间利用率。
50.作为补充的，为了进一步增加直流母线电容的壳体与水冷板连接稳定性，还可在水冷板与直流母线电容的壳体之间其他位置设置连接件，不影响上述扩容或者其他元件设置即可，同时直流母线电容的壳体上还可设置多个用于与直流母线电容连通的引线，用于与其他元件以便应用。还需要说明的是，在实际制备过程中，为了实现进水部与出水部的设置，水冷板上设置散热水腔后，在水冷板上预留用于进水部与出水部位置的安装区域，而后将内部宽度或高度渐变的进水部与出水部与水冷板焊接，形成类似于套接在散热水腔两端并与散热水腔连通的结构，并固定形成散热水道，以方便制作，其他有利于提高制备效率的操作也可。
51.在一个较佳的实施方式中，所述进水部通过进水口连通进水管道(图中未体现)，
所述进水部沿所述进水口所在一侧向与所述散热水腔连通一侧容积逐渐增加；所述出水部通过出水口连通出水管道(图中未体现)，所述出水部沿与所述散热水腔连通一侧向所述出水口所在一侧容积逐渐减小。具体的，进水管道与出水管道可以设置为与水冷板垂直或平行，可以设置在水冷板外部位置处，通过进水口与出水口与散热水腔连通即可，进水部与出水部可以设置为形状一致，也可以设置为形状不一致，在本实施方式中设置为形状一致。设置沿所述进水口所在一侧向与所述散热水腔连通一侧容积逐渐增加，使得由进水管道进入到散热水腔的冷却时的压力逐渐减小，从而蓄积充满整个散热水腔，以实现对直流母线电容的充分散热，减少进入的水流压力过大直接从散热水腔部分直接流过，而无法在散热水腔内蓄积；沿与所述散热水腔连通一侧向所述出水口所在一侧容积逐渐减小，则可以增加出水口出的水流压力，从而增加出水口水流流动速度，使得冷却水无法蓄积在出水部，保持水道中冷却水的流通。
52.在上述实施方式中，作为可选的，参阅图4，所述进水部设置为沿所述进水口所在一侧向与所述散热水腔连通一侧宽度逐渐增加；所述出水部设置为沿与所述散热水腔连通一侧向所述出水口所在一侧宽度逐渐减小，具体的，进水部和出水部与散热水腔连通一侧具有最大的宽度，在本实施方式中可以与散热水腔的宽度一致，可以将进水口设置在水冷板的中线上，使得沿进水口向与所述散热水腔连通一侧形成近似于扇形或三角状的区域，也可以将进水口设置在水冷板的任一位置，使得沿着沿进水口向与所述散热水腔连通一侧形成曲线状但容积逐渐增加的区域。出水口也可具有与进水口类似的设置。
53.在上述实施方式中，作为可选的，参阅图5，所述进水部设置为沿所述进水口所在一侧向与所述散热水腔连通一侧高度逐渐增加；所述出水部设置为沿与所述散热水腔连通一侧向所述出水口所在一侧高度逐渐减小，基于上述需要在进水部逐渐减少水压，而在出水部逐渐增加水压，也可通过进水部和出水部的高度来控制，沿所述进水口所在一侧向与所述散热水腔连通一侧高度逐渐增加，由此控制进入的水压逐渐减小并使得冷却水可以在散热水腔内蓄积一定时间，沿与所述散热水腔连通一侧向所述出水口所在一侧高度逐渐减小，则增加冷却水移动至出水口的速度，实现冷却水的流通，提高冷却效果。
54.在本实施方式中，基于上述，参阅图1-图5，可调整进水部和/或出水部的宽度或高度，实现容积的调整，也可将其宽度与高度设置具有以一定比例，使得所述进水部和/或所述出水部的容积沿所述进水口和/或所述出水口所在一侧向与所述散热水腔连通一侧线性或指数性变化，即，进入进水口的冷却水的压力线性减小或指数性减小，从而减少水压变化过快对水冷板内部造成的损坏，或者导致水流不通畅的情况。在本实施方式中，进水部与出水部相对一致的设置，形成相对散热水腔对称的分布，从而使得两侧压力变化对称，使得冷却水通过散热水道形成均匀且稳定的冷却水路，增加对直流母线电容散热效果的同时，增加实用过程的安全性。
55.在一个较佳的实施方式中，所述水冷板在所述进水管道与所述进水口连接处设有第一密封件(图中未体现)；所述水冷板在所述出水管道与所述出水口连接处设有第二密封件(图中未体现)，第一密封件与第二密封件可以设置为一致也可以设置为不一致，第一密封件和/或第二密封件包括密封圈、密封条、密封胶等，或者其他用于密封的结构也可，提高实用过程中的安全性。同时，在直流母线电容与水冷板接触部分(围绕该散热水腔)可以设置泡棉或密封条等密封件，以减少功率模块与水冷板之间的间隙，也可以在直流母线电容
的壳体与水冷板连接部设置其他密封件，进一步增加集成单元的稳定性和使用安全性。
56.实施例二：本实施方式还提供一种具有水道、电容与功率模块的集成单元，参阅图6和图7，包括上述实施例一中的集成单元；还包括控制和驱动板卡，控制和驱动板卡，用于控制所述直流母线电容、功率模块以及散热水道的工作状态，所述控制和驱动板卡连接在所述功率模块背离所述散热水道一侧。具体的，控制和驱动板卡用于电连接直流母线电容、功率模块或散热水道控制，集成单元中直流母线电容、功率模块的工作或散热水道中水流回路的通断(如进水部和出水部工作即可形成用于散热的水流回路)，在本实施方式中，控制和驱动板卡可以是驱动和控制一体板，还可连接电流传感器，通过电流传感器连接实现对直流母线电容、功率模块等的精准电路控制。该集成单元也可形成一标准模块，也可调整如实施例一中的水道设置等，以适用于各个实施场景下，无需每次单独修改水道或壳体结构。
57.实施例三：本实施方式提供一种应用单元，应用至少一个上述实施例一所述的集成单元；在所述集成单元上沿着与所述进水部和所述出水部连线垂直的方向并列连接至少一个直流母线电容，该直流母线电容可与集成单元上的直流母线电容并列以实现电容扩大，从集成单元上的直流母线电容通过直流母线电容的壳体穿出的引线实现相邻直流母线电容的连接，由此实现该集成单元的批量使用，同时可根据应用场景自主选择扩容，作为示例说明的，以集成单元中心点为原点建立三维坐标，设所述进水部和所述出水部连线方向为集成单元的x轴方向，则可以在集成单元的y轴方向或z轴方向选择设置扩容。
58.应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。