一种模块散热装置的制作方法

1.本发明涉及智能功率模块技术领域，尤其涉及一种模块散热装置。


背景技术：

2.智能功率模块(ipm)，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品。应用于变频电机伺服驱动，广泛用于家电变频控制中。智能功率模块把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内至有过电压、过电流和过热等故障检测电路。传统的智能功率模块一般采用高压驱动ic驱动igbt，一般有一颗6路三相全桥驱动，已广泛应用于工控、家电等领域。
3.在传统的智能功率模块中，为提高模块散热能力，塑封采用半包封设计，背面采用裸漏金属基板的方式。然而，随着应用场景的升级，对模块开关频率和高集成化提出更高的要求，模块散热性能也提出了更高的需求，并且在模块受热击穿失效时，容易导致基板与塑封料之间分层，内部器件瞬间失效时，产生的火花从模块一侧喷出，导致模块周围的器件受损失效，或引起火灾。
4.因此，现有的模块散热装置集成麻烦，散热性能差，安全性低，适用范围小。


技术实现要素：

5.针对以上相关技术的不足，本发明提出一种散热效果好，结构强度高，安装方便的模块散热装置。
6.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种模块散热装置，包括：基板、由所述基板凹陷形成的凹槽、固定于所述凹槽内的功率模块、固定设置在所述功率模块上的塑封件、连接在所述功率模块一侧的多个引脚以及散热结构，所述塑封件配合设置在所述凹槽内；所述散热结构设置在所述凹槽的内壁上，所述散热结构位于所述多个引脚的一侧为开口结构。
7.优选的，所述功率模块包括电路基板、叠设在所述电路基板上的绝缘层、设置在所述绝缘层上的电路布线、设置在所述电路布线上的驱动芯片和散热铜块、间隔设置在所述散热铜块上的三极晶体管和快速恢复二极管、以及多个导线，所述电路布线分别通过多个所述导线与所述驱动芯片、所述三极晶体管及所述快恢复二极管连接。
8.优选的，所述散热结构上设有凹凸结构，所述凹凸结构包裹所述塑封件设置。
9.优选的，所述凹凸结构为至少两个内壁凹陷结构或凸起结构。
10.优选的，所述散热结构为多个散热片。
11.优选的，所述基板上还相对设置有安装孔，用于通过螺丝穿过所述安装孔形成固定。
12.优选的，所述塑封件为通过传递模方式使用热硬性树脂模制、使用注入模方式模制或热塑性树脂模制。
13.优选的，所述驱动芯片包括驱动ic芯片、第一上桥三极晶体管、第二上桥三极晶体
管、第三上桥三极晶体管、第一下桥三极晶体管、第二下桥三极晶体管、第三下桥三极晶体管、第一上桥电阻、第二上桥电阻、第三上桥电阻、第一下桥电阻、第二下桥电阻、第三下桥电阻、以及多个自举二极管；
14.所述第一上桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第一上桥电阻的第二端连接所述第一上桥三极晶体管的基极，所述第二上桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第二上桥电阻的第二端连接所述第二上桥三极晶体管的基极，所述第三上桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第三上桥电阻的第二端连接所述第三上桥三极晶体管的基极，所述第一上桥三极晶体管的集电极分别与所述第二上桥三极晶体管、所述第三上桥三极晶体管的集电极；
15.所述第一下桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第一下桥电阻的第二端连接所述第一下桥三极晶体管的基极，所述第二下桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第二下桥电阻的第二端连接所述第二下桥三极晶体管的基极，所述第三下桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第三下桥电阻的第二端连接所述第三下桥三极晶体管的基极，所述第一下桥三极晶体管的集电极分别与所述第二下桥三极晶体管、所述第三下桥三极晶体管的集电极；所述第一上桥三极晶体管的发射极与所述第一下桥三极晶体管的集电极，所述第二上桥三极晶体管的发射极与所述第二下桥三极晶体管的集电极，所述第三上桥三极晶体管的发射极与所述第三下桥三极晶体管的集电极；所述多个自举二极管设置在所述驱动ic芯片内，所述多个自举二极管的正极连接供电电压，所述多个自举二极管的负极连接所述驱动ic芯片的vb端。
16.优选的，所述多个自举二极管包括第一自举二极管、第二自举二极管和第三自举二极管，所述第一自举二极管的正极、所述第二自举二极管的正极和所述第三自举二极管的正极均连接所述供电电压；所述vb端包括vb1端、vb2端和vb3端，所述第一自举二极管的负极、所述第二自举二极管的负极和第三自举二极管的负极分别连接所述vb1端、所述vb2端和所述vb3端。
17.与相关技术相比，本发明通过在基板上设置凹槽用于安装功率模块，在功率模块上设置塑封件用于形成密封，在所述功率模块一侧设置的多个引脚用于连接外部电源；所述塑封件配合设置在所述凹槽内；所述散热结构设置在所述凹槽的内壁上，所述散热结构位于所述多个引脚的一侧为开口结构。这样在模块基板的非出引脚的一面处，设计散热结构，并在塑封与散热结构接触面，设计凹凸结构，增强基板与塑封料的结合强度。此设计一方面增加了模块的散热能力，增强了塑封料与基板的结合强度，还可有效避免模块失效时喷射出火花，以及安装孔采用金属孔，增加了模块安装螺丝的强度。在模块基板的非出引脚的一面处，设计散热结构，并在塑封与散热结构接触面，设计凹凸结构，增强基板与塑封料的结合强度。此设计一方面增加了模块的散热能力，增强了塑封料与基板的结合强度，还可有效避免模块失效时喷射出火花，以及安装孔采用金属孔，增加了模块安装螺丝的强度。
附图说明
18.下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：
19.图1为本发明模块散热装置的结构示意图；
20.图2为本发明模块散热装置的内部结构示意图；
21.图3为本发明模块散热装置的局部放大图；
22.图4为本发明功率模块的结构俯视图；
23.图5为图4x-x’线的剖视图；
24.图6为本发明驱动芯片的电路原理图。
具体实施方式
25.下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
26.在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。
27.实施例一
28.如图1-5所示，本发明提供一种模块散热装置，包括：基板1、由所述基板1凹陷形成的凹槽7、固定于所述凹槽7内的功率模块3、固定设置在所述功率模块3上的塑封件301、连接在所述功率模块3一侧的多个引脚5以及散热结构2，所述塑封件301配合设置在所述凹槽7内；所述散热结构2设置在所述凹槽7的内壁上，所述散热结构2位于所述多个引脚5的一侧为开口结构。这样在模块基板1的非出引脚5的一面处，设计散热结构2，并在塑封与散热结构2接触面，设计凹凸结构6，增强基板1与塑封件301的结合强度。此设计一方面增加了模块的散热能力，增强了塑封件301与基板1的结合强度，还可有效避免模块失效时喷射出火花，以及安装孔4采用金属孔，增加了模块安装螺丝的强度。在模块基板1的非出引脚5的一面处，设计散热结构2，并在塑封与散热结构2接触面，设计凹凸结构6，增强基板1与塑封件301的结合强度。此设计一方面增加了模块的散热能力，增强了塑封件301与基板1的结合强度，还可有效避免模块失效时喷射出火花，以及安装孔4采用金属孔，增加了模块安装螺丝的强度。
29.在本实施例中，所述功率模块3包括电路基板307、叠设在所述电路基板307上的绝缘层306、设置在所述绝缘层306上的电路布线305、设置在所述电路布线305上的驱动芯片303和散热铜块308、间隔设置在所述散热铜块308上的三极晶体管302和快速恢复二极管309、以及多个导线304，所述电路布线305分别通过多个所述导线304与所述驱动芯片303、所述三极晶体管302及所述快恢复二极管309连接。
30.在本实施例中，所述散热结构2上设有凹凸结构6，所述凹凸结构6包裹所述塑封件301设置。通过在凹槽7的内壁设计成凹凸不平结构，内壁的凹或凸结构需至少有2个以上，便于加强塑封件301与基板1的结合强度。
31.在本实施例中，所述凹凸结构6为至少两个内壁凹陷结构或凸起结构。便于加强塑封件301与基板1的结合强度。
32.在本实施例中，所述散热结构2为多个散热片。结构强度高，散热效果好。
33.在本实施例中，所述基板1上还相对设置有安装孔4，用于通过螺丝穿过所述安装孔4形成固定。该安装孔4表层是金属材质，增大了安装孔4的扭力；由于模块被金属层半包
围设计，模块在失控炸裂过程产生火花时，可阻挡火花四处飞溅。
34.在本实施例中，所述塑封件301为通过传递模方式使用热硬性树脂模制、使用注入模方式模制或热塑性树脂模制。
35.具体的，通过在电路基板307的表面上形成由绝缘层306、电路布线305，逆变模块单元三极晶体管302、散热铜块308、驱动芯片303、导线304构成的电路的电路基板307，和密封该电路且至少完全覆盖电路基板307上表面所述所有元素的塑封件301。
36.电路基板307是由1100、5052等材质的铝构成的矩形板材。所述电路元件302、304被固定在所述电路布线305上构成规定的电路。另外，也可以通过由铜等制成的散热器将功率元件等发热量大的元件固定在所述电路基板307上。在此，面朝上安装的有源元件等通过导线304与电路布线305连接。
37.所述导线304可以是铝线、金线或铜线，通过邦定使各所述电路元件302、304之间、各所述电路布线305之间、所述电路元件三极晶体管302、导线304与所述电路布线305之间建立电连接关系。所述绝缘层306覆盖所述电路基板307至少一个表面形成，并在环氧树脂等树脂材料内高浓度填充氧化铝、碳化硅铝等填料提高热导率，为了提高热导率，填料可采用角形，为了规避填料损坏所述三极晶体管302、导线304表面的风险，调料可采用球形或者角形与球形混合型。
38.所述散热铜块308用于在上下两面通过焊料分别焊接三极晶体管302、快速恢复二极管309，和电路基板307。
39.所述塑封件301可通过传递模方式使用热硬性树脂模制也可使用注入模方式使用热塑性树脂模制。在此，所述塑封件301完全密封所述电路基板307具有所述电路布线305的一面的所有元素，对于致密性要求高的智能功率模块，所述电路基板307不具有所述电路布线305的一面一般也进行密封处理，对于散热性要求高的智能功率模块，也可以利用所述密封塑封件301只密封所述电路基板307具有元素的一面，另一面露出。
40.在本实施例中，如图1-6所示，所述驱动芯片303包括驱动ic芯片002、第一上桥三极晶体管102、第二上桥三极晶体管103、第三上桥三极晶体管104、第一下桥三极晶体管105、第二下桥三极晶体管106、第三下桥三极晶体管107、第一上桥电阻108、第二上桥电阻109、第三上桥电阻110、第一下桥电阻111、第二下桥电阻112、第三下桥电阻113、以及多个自举二极管8。
41.所述第一上桥电阻108的第一端连接所述驱动ic芯片002，所述第一上桥电阻108的第二端连接所述第一上桥三极晶体管102的基极，所述第二上桥电阻109的第一端连接所述驱动ic芯片002，所述第二上桥电阻109的第二端连接所述第二上桥三极晶体管103的基极，所述第三上桥电阻110的第一端连接所述驱动ic芯片002，所述第三上桥电阻110的第二端连接所述第三上桥三极晶体管104的基极，所述第一上桥三极晶体管102的集电极分别与所述第二上桥三极晶体管103、所述第三上桥三极晶体管104的集电极；
42.所述第一下桥电阻111的第一端连接所述驱动ic芯片002，所述第一下桥电阻111的第二端连接所述第一下桥三极晶体管105的基极，所述第二下桥电阻112的第一端连接所述驱动ic芯片002，所述第二下桥电阻112的第二端连接所述第二下桥三极晶体管106的基极，所述第三下桥电阻113的第一端连接所述驱动ic芯片002，所述第三下桥电阻113的第二端连接所述第三下桥三极晶体管107的基极，所述第一下桥三极晶体管105的集电极分别与
所述第二下桥三极晶体管106、所述第三下桥三极晶体管107的集电极；所述第一上桥三极晶体管102的发射极与所述第一下桥三极晶体管105的集电极，所述第二上桥三极晶体管103的发射极与所述第二下桥三极晶体管106的集电极，所述第三上桥三极晶体管104的发射极与所述第三下桥三极晶体管107的集电极；所述多个自举二极管设置在所述驱动ic芯片002内，所述多个自举二极管8的正极连接供电电压，所述多个自举二极管8的负极连接所述驱动ic芯片002的vb端。
43.本实施例中，所述多个自举二极管8包括第一自举二极管801、第二自举二极管802和第三自举二极管803，所述第一自举二极管801的正极、所述第二自举二极管802的正极和所述第三自举二极管803的正极均连接所述供电电压vdd；所述vb端包括vb1端、vb2端和vb3端，所述第一自举二极管801的负极、所述第二自举二极管802的负极和第三自举二极管803的负极分别连接所述vb1端、所述vb2端和所述vb3端。
44.具体的，功率模块3的vdd引脚通过驱动ic芯片002的vdd端口连接驱动ic芯片002内部的电源电路，给驱动ic芯片002提供工作电源。功率模块3的hin1引脚通过驱动ic芯片002的hin1端口连接驱动ic芯片002内部的第一高侧驱动电路，并通过驱动ic芯片002的ho1端口输出控制信号，以决定第一商桥三极晶体管102的通断。功率模块3的hin2引脚通过驱动ic芯片002的hin2端口连接驱动ic芯片002内部的第二高侧驱动电路，并通过驱动ic芯片002的ho2端口输出控制信号，以决定第第二上桥三极晶体管103的通断；功率模块3的hin3引脚通过驱动ic芯片002的hin3端口连接驱动ic芯片002内部的第三高侧驱动电路，并通过驱动ic芯片002的ho3端口输出控制信号，以决定第三上桥三极晶体管104的通断；功率模块3的lin1引脚通过驱动ic芯片002的lin1端口连接驱动ic芯片002内部的第一低侧驱动电路，并通过驱动ic芯片002的lo1端口输出控制信号，以决定第一下桥三极晶体管105的通断；功率模块3的lin2引脚通过驱动ic芯片002的lin2端口连接驱动ic芯片002内部的第二低侧驱动电路，并通过驱动ic芯片002的lo2端口输出控制信号，以决定第二下桥三极晶体管106的通断；功率模块3的lin3引脚通过驱动ic芯片002的lin3端口连接驱动ic芯片002内部的第三低侧驱动电路，并通过驱动ic芯片002的lo3端口输出控制信号，以决定第三下桥三极晶体管107的通断。所述三极晶体管为igbt晶体管、逆导型igbt晶体管或mosfet晶体管中的一种。
45.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种模块散热装置，其特征在于，包括：基板、由所述基板凹陷形成的凹槽、固定于所述凹槽内的功率模块、固定设置在所述功率模块上的塑封件、连接在所述功率模块一侧的多个引脚以及散热结构，所述塑封件配合设置在所述凹槽内；所述散热结构设置在所述凹槽的内壁上，所述散热结构位于所述多个引脚的一侧为开口结构。2.如权利要求1所述的模块散热装置，其特征在于，所述功率模块包括电路基板、叠设在所述电路基板上的绝缘层、设置在所述绝缘层上的电路布线、设置在所述电路布线上的驱动芯片和散热铜块、间隔设置在所述散热铜块上的三极晶体管和快速恢复二极管、以及多个导线，所述电路布线分别通过多个所述导线与所述驱动芯片、所述三极晶体管及所述快恢复二极管连接。3.如权利要求1所述的模块散热装置，其特征在于，所述散热结构上设有凹凸结构，所述凹凸结构包裹所述塑封件设置。4.如权利要求3所述的模块散热装置，其特征在于，所述凹凸结构为至少两个内壁凹陷结构或凸起结构。5.如权利要求4所述的模块散热装置，其特征在于，所述散热结构为多个散热片。6.如权利要求1所述的模块散热装置，其特征在于，所述基板上还相对设置有安装孔，用于通过螺丝穿过所述安装孔形成固定。7.如权利要求1所述的模块散热装置，其特征在于，所述塑封件为通过传递模方式使用热硬性树脂模制、使用注入模方式模制或热塑性树脂模制。8.如权利要求2所述的模块散热装置，其特征在于，所述驱动芯片包括驱动ic芯片、第一上桥三极晶体管、第二上桥三极晶体管、第三上桥三极晶体管、第一下桥三极晶体管、第二下桥三极晶体管、第三下桥三极晶体管、第一上桥电阻、第二上桥电阻、第三上桥电阻、第一下桥电阻、第二下桥电阻、第三下桥电阻、以及多个自举二极管；所述第一上桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第一上桥电阻的第二端连接所述第一上桥三极晶体管的基极，所述第二上桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第二上桥电阻的第二端连接所述第二上桥三极晶体管的基极，所述第三上桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第三上桥电阻的第二端连接所述第三上桥三极晶体管的基极，所述第一上桥三极晶体管的集电极分别与所述第二上桥三极晶体管、所述第三上桥三极晶体管的集电极；所述第一下桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第一下桥电阻的第二端连接所述第一下桥三极晶体管的基极，所述第二下桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第二下桥电阻的第二端连接所述第二下桥三极晶体管的基极，所述第三下桥电阻的第一端连接所述驱动ic芯片，所述第三下桥电阻的第二端连接所述第三下桥三极晶体管的基极，所述第一下桥三极晶体管的集电极分别与所述第二下桥三极晶体管、所述第三下桥三极晶体管的集电极；所述第一上桥三极晶体管的发射极与所述第一下桥三极晶体管的集电极，所述第二上桥三极晶体管的发射极与所述第二下桥三极晶体管的集电极，所述第三上桥三极晶体管的发射极与所述第三下桥三极晶体管的集电极；所述多个自举二极管设置在所述驱动ic芯片内，所述多个自举二极管的正极连接供电电压，所述多个自举二极管的负极连接所述驱动ic芯片的vb端。9.如权利要求8所述的模块散热装置，其特征在于，所述多个自举二极管包括第一自举
二极管、第二自举二极管和第三自举二极管，所述第一自举二极管的正极、所述第二自举二极管的正极和所述第三自举二极管的正极均连接所述供电电压；所述vb端包括vb1端、vb2端和vb3端，所述第一自举二极管的负极、所述第二自举二极管的负极和第三自举二极管的负极分别连接所述vb1端、所述vb2端和所述vb3端。

技术总结
本发明提供了一种模块散热装置及使用方法，包括：基板、由基板凹陷形成的凹槽、固定于凹槽内的功率模块、固定设置在功率模块上的塑封件、连接在功率模块一侧的多个引脚以及散热结构，塑封件配合设置在凹槽内；散热结构设置在凹槽的内壁上，散热结构位于多个引脚的一侧为开口结构；通过在基板上设置凹槽用于安装功率模块，在功率模块上设置塑封件用于形成密封，塑封件配合设置在凹槽内；散热结构设置在凹槽的内壁上，散热结构位于多个引脚的一侧为开口结构。这样在模块基板的非出引脚的一面处，设计散热结构，并在塑封与散热结构接触面，设计凹凸结构，增强基板与塑封料的结合强度。本发明的模块散热装置散热效果好，结构强度高，安装方便。安装方便。安装方便。


技术研发人员：冯宇翔 左安超
受保护的技术使用者：广东汇芯半导体有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/8/13