功率模块的三维封装结构制造技术

本发明专利技术提供一种功率模块的三维封装结构

【技术实现步骤摘要】
功率模块的三维封装结构、方法及车辆电驱装置


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种功率模块的三维封装结构
、
方法及车辆电驱装置
。

技术介绍

[0002]功率模块是一种高度集成的电子元件，用于实现高效
、
可靠的功率转换和控制，广泛应用于电气和电子的
中
。
随着电子设备的日益普及和电力系统的不断发展，功率模块的封装结构也在不断升级和优化，为了满足电子设备在高温环境下高效率工作的要求，需要使功率模块的封装结构具备较强的散热能力，以在高温环境下长时间稳定运行，且减小所述功率模块的寄生参数，以降低功率模块的开关损耗，提高其效率
。
例如，电动汽车中，功率模块可以用于控制电动汽车中电动机的电力输入，对直流电池的电能进行转换以驱动电动机，因此，为了确保电动机具有高效的动力输出，需减小功率模块的寄生参数；另外，电动汽车的电池包含多个电池单体，功率模块还用于电动汽车的电池管理系统（
Battery Management System
，
BMS
）中，监测和管理每个电池单体的电压
、
电流和温度，以均衡各电池单体之间的能量分布，延长电池寿命和提高电池的性能，因此，为了确保功率模块能够在因电动汽车行驶而导致的高温度环境下稳定运行，功率模块封装结构的散热能力需要提高
。
[0003]在相关技术中，功率模块的常用封装结构主要以键合线连接和铜基板封装为主，通过单面散热提高功率模块的散热能力，结构简单且成本低；同时，常用功率模块的封装结构仍存在散热能力差
、
寄生参数大和封装结构的空间利用率低的问题
。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术提供一种功率模块的三维封装结构
、
方法及车辆电驱装置，以解决上述技术问题中的至少之一
。
[0005]在第一方面，本专利技术提供了一种功率模块的三维封装结构，包括：功率模块和散热器，其中，所述功率模块包括第一基板
、
功率芯片层和第二基板，所述功率芯片层焊接于所述第一基板和所述第二基板之间，所述散热器包括第一散热器与第二散热器；所述第一散热器通过所述第二基板焊接于所述功率芯片层的内侧，所述第二散热器通过所述第一基板焊接于所述功率芯片层的外侧，其中，所述第二散热器为液冷散热器，所述第一散热器为风冷散热器或液冷散热器
。
[0006]于本专利技术的一实施例中，所述功率模块的数量至少为三个，将各所述功率模块沿所述功率芯片层的外侧至内侧方向的任意相对两个侧面两两互连，围绕成中心对称且为正棱柱的三维封装结构
。
[0007]于本专利技术的一实施例中，所述功率芯片层靠近所述三维封装结构中心的一侧为所述功率芯片层的内侧，所述功率芯片层远离所述三维封装结构中心的一侧为所述功率芯片层的外侧
。
[0008]于本专利技术的一实施例中，所述第一基板包括从外至内依次堆叠的第一铜基板和第一覆铜陶瓷基板，所述第二基板包括从外至内依次堆叠的第二覆铜陶瓷基板和第二铜基板
。
[0009]于本专利技术的一实施例中，所述第一铜基板的厚度低于所述第二铜基板的厚度
。
[0010]于本专利技术的一实施例中，所述第一覆铜陶瓷基板和所述功率芯片层之间焊接有钼片
。
[0011]于本专利技术的一实施例中，所述第一覆铜陶瓷基板和所述功率芯片层之间
、
所述第二覆铜陶瓷基板和所述功率芯片层之间采用第一焊剂进行焊接；所述第一覆铜陶瓷基板和所述第一铜基板之间
、
所述第二覆铜陶瓷基板和所述第二铜基板之间采用第二焊剂进行焊接，所述第二焊剂的熔点低于所述第一焊剂的熔点
。
[0012]于本专利技术的一实施例中，所述功率模块的三维封装结构还包括外层连接铜块和内层连接铜块；其中，所述外层连接铜块用于将相邻两块所述第一铜基板焊接在一起，所述外层连接铜块固定于相邻两块所述第一铜基板边缘相交的边角区域，所述内层连接铜块用于将相邻两块所述第二铜基板焊接在一起，所述内层连接铜块固定于相邻两块所述第二铜基板边缘相交的边角区域
。
[0013]于本专利技术的一实施例中，所述外层连接铜块和所述第一铜基板之间
、
所述内层连接铜块和所述第二铜基板之间
、
所述第二散热器和所述第一基板之间采用第三焊剂进行焊接，所述第三焊剂的熔点低于所述第二焊剂的熔点
。
[0014]于本专利技术的一实施例中，在每一所述功率模块中，还包括设置于各所述功率模块同一侧面上的信号端子和功率端子，所述信号端子固定于所述第一覆铜陶瓷基板或所述第二覆铜陶瓷基板，所述功率端子的正极与负极错位连接所述第一覆铜陶瓷基板
、
所述第二覆铜陶瓷基板，以使所述功率端子的正极平行于所述功率端子的负极
。
[0015]于本专利技术的一实施例中，所述功率模块的三维封装结构还包括外壳，所述外壳包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳和所述第二外壳分别粘接于所述三维封装结构镂空的两个侧面密封各所述功率模块所在两个侧面，以用于对各所述功率模块所在区域进行封装
。
[0016]于本专利技术的一实施例中，所述第一外壳上设置有开孔，所述开孔包括灌胶孔和信号孔，所述灌胶孔用于对所述外壳内的各所述功率模块进行灌封，所述信号孔设置于所述信号端子和所述功率端子所对应的所述第一外壳上的位置
。
[0017]在第二方面，本专利技术还提供了一种车辆电驱装置，所述车辆电驱装置集成有如上述实施例中所述的功率模块的三维封装结构
。
[0018]在第三方面，本专利技术还提供了一种功率模块的三维封装方法，包括；提供第一覆铜陶瓷基板
、
第二覆铜陶瓷基板
、
第一铜基板
、
第二铜基板
、
功率芯片层
、
第一散热器
、
第二散热器
、
连接铜块
、
外壳
、
信号端子和功率端子，其中，所述功率芯片层包括多个功率芯片，所述第二散热器为液冷散热器，所述第一散热器为风冷散热器或液冷散热器；利用焊剂使所述第一覆铜陶瓷基板
、
所述功率芯片层和所述第二覆铜陶瓷基板依次堆叠，并将所述焊剂作为第一焊剂，所述功率芯片层至所述第二覆铜陶瓷基板的方向作为内侧，所述功率芯片层至所述第一覆铜陶瓷基板的方向作为外侧；利用第二焊剂将所述第一铜基板焊接于所述第一覆铜陶瓷基板的外侧，所述第二铜基板焊接于所述第二覆铜陶瓷基板的内侧，以形成
功率模块，所述第二焊剂的熔点小于所述第一焊剂的熔点，所述功率模块的数量至少为三个；利用所述第二焊剂将所述第一散热器分别焊接于每一所述功率模块中所述第二铜基板的内侧；在每一所述功率模块中的所述第一覆铜陶瓷基板或所述第二覆铜陶瓷基板的同一侧面焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种功率模块的三维封装结构，其特征在于，包括：功率模块和散热器，其中，所述功率模块包括第一基板
、
功率芯片层和第二基板，所述功率芯片层焊接于所述第一基板和所述第二基板之间，所述散热器包括第一散热器与第二散热器；所述第一散热器通过所述第二基板焊接于所述功率芯片层的内侧，所述第二散热器通过所述第一基板焊接于所述功率芯片层的外侧，其中，所述第二散热器为液冷散热器，所述第一散热器为风冷散热器或液冷散热器
。2.
如权利要求1所述的功率模块的三维封装结构，其特征在于，所述功率模块的数量至少为三个，将各所述功率模块沿所述功率芯片层的外侧至内侧方向的任意相对两个侧面两两互连，围绕成中心对称且为正棱柱的三维封装结构
。3.
如权利要求2所述的功率模块的三维封装结构，其特征在于，所述功率芯片层靠近所述三维封装结构中心的一侧为所述功率芯片层的内侧，所述功率芯片层远离所述三维封装结构中心的一侧为所述功率芯片层的外侧
。4.
如权利要求2所述的功率模块的三维封装结构，其特征在于，所述第一基板包括从外至内依次堆叠的第一铜基板和第一覆铜陶瓷基板，所述第二基板包括从外至内依次堆叠的第二覆铜陶瓷基板和第二铜基板
。5.
如权利要求4所述的功率模块的三维封装结构，其特征在于，所述第一铜基板的厚度低于所述第二铜基板的厚度
。6.
如权利要求4所述的功率模块的三维封装结构，其特征在于，所述第一覆铜陶瓷基板和所述功率芯片层之间焊接有钼片
。7.
如权利要求4所述的功率模块的三维封装结构，其特征在于，所述第一覆铜陶瓷基板和所述功率芯片层之间
、
所述第二覆铜陶瓷基板和所述功率芯片层之间采用第一焊剂进行焊接；所述第一覆铜陶瓷基板和所述第一铜基板之间
、
所述第二覆铜陶瓷基板和所述第二铜基板之间采用第二焊剂进行焊接，所述第二焊剂的熔点低于所述第一焊剂的熔点
。8.
如权利要求7所述的功率模块的三维封装结构，其特征在于，所述功率模块的三维封装结构还包括外层连接铜块和内层连接铜块；其中，所述外层连接铜块用于将相邻两块所述第一铜基板焊接在一起，所述外层连接铜块固定于相邻两块所述第一铜基板边缘相交的边角区域，所述内层连接铜块用于将相邻两块所述第二铜基板焊接在一起，所述内层连接铜块固定于相邻两块所述第二铜基板边缘相交的边角区域
。9.
如权利要求8所述的功率模块的三维封装结构，其特征在于，所述外层连接铜块和所述第一铜基板之间
、
所述内层连接铜块和所述第二铜基板之间
、
所述第二散热器和所述第一基板之间采用第三焊剂进行焊接，所述第三焊剂的熔点低于所述第二焊剂的熔点
。10.
如权利要求4所述的功率模块的三维封装结构，其特征在于，在每一所述功率模块中，还包括设置于各所述功率模块同一侧面上的信号端子和功率端子，所述信号端子固定于所述第一覆铜陶瓷基板或所述第二覆铜陶瓷基板，所述功率端子的正极与负极错位连接所述第一覆铜陶瓷基板
、
所述第二覆铜陶瓷基板，以使所述功率端子的正极平行于所述功率端子的负极
。11.
如权利要求
10
所述的功率模块的三维封装结构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓，任真伟，
申请(专利权)人：重庆平创半导体研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：