电力模块

技术领域

本公开涉及一种电力模块。更具体地，本公开涉及一种如下的电力模块：基板与芯片电连接以配置电路，并能够对电路进行冷却，并且减小了基板的尺寸，使电力模块小型化，并确保基板的高温耐久性。

背景技术

作为混合动力车辆和电动车辆的核心组件之一的电力转换装置(例如，逆变器)是环保车辆的主要组件，目前正在进行大量的技术开发。对作为电力转换装置的核心组件且成本占比最大的电力模块的开发是环保汽车领域的一项关键技术。

在双面冷却电力模块的情况下，为了配置电路需要对包括上基板和下基板的绝缘基板进行电连接。在这种情况下，使用间隔件来电连接上基板和下基板。

也就是说，双面冷却电力模块设置有用于电绝缘和机械保护的绝缘基板。另外，为了对绝缘基板以外的内部组件进行绝缘和机械保护，还采用了成型工艺。

然而，在电力模块的情况下，使用的是高电压，因此需要绝缘距离以防止组件之间的短路。这种绝缘距离包括构成电力模块的绝缘基板与电力引线之间的距离，存在的问题是，为了确保绝缘距离，电力模块的整体尺寸不可避免地增大。另外，当电力模块的整体尺寸增大时，不利于封装，并且随着绝缘基板尺寸的增大，由于高温热量产生绝缘基板的变形，因此存在根据耐久性问题产生不利影响的问题。

前述内容仅旨在帮助理解本公开的背景，并且不应被视为承认它们对应于本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

因此，考虑相关技术中出现的上述问题实施本公开，本公开旨在提供一种如下的电力模块：基板与芯片电连接以配置电路，并能够对电路进行冷却，并且减小了基板的尺寸，使电力模块的小型化，并确保基板的高温耐久性。

为了实现上述目的，根据本公开，可以提供一种电力模块，包括：芯片；电力引线，电连接到芯片；以及至少一个基板，至少一个基板中的每一个分别包括接合到绝缘层的外侧部的外金属层和接合到绝缘层的内侧部的内金属层，绝缘层设置在外金属层与内金属层之间。外金属层和内金属层具有不同的周长，使得外金属层和内金属层具有非对称结构。

至少一个基板可以包括上基板和下基板，其中上基板设置在位于芯片的上部，并且可以包括第一绝缘层以及分别接合到第一绝缘层的上表面和下表面的第一外金属层和第一内金属层，并且下基板设置在芯片的下部，并且可以包括第二绝缘层以及分别接合到第二绝缘层的上表面与下表面的第二外金属层与第二内金属层。

电力模块可以进一步包括将芯片、电力引线、上基板和下基板一体成型的模具部件，其中，电力引线可以连接到第一内金属层或第二内金属层，并且所述电力引线的一部分可以延伸到模具部件外部。

外金属层可以具有比内金属层小的周长。

内金属层包括用于提供与芯片的电连接关系的图案，使得外金属层的周长可以设置为小于内金属层的周长。

基于内金属层的图案，外金属层的周长可以设置为小于内金属层的周长，使得外金属层和内金属层具有相同的体积比。

外金属层可以设置为具有比内金属层更小的厚度，以便具有与内金属层相同的体积比。

外金属层的周长和厚度可以基于外金属层和电力引线之间的绝缘距离来调整。

外金属层可以被配置为通过将外金属层的宽度和长度减少相同的长度，使其具有与内金属层相同的体积比。

外金属层可以具有小于内金属层的周长，其中芯片和内金属层的图案被设置为全部包括在外金属层的区域内。

如上所述，具有上述结构的电力模块中，在构成基板的外金属层、绝缘层和内金属层中，使外金属层和内金属层构成非对称结构，从而防止基板与电力引线之间的短路，在实现电力模块小型化的同时保证基板的高温耐久性。

附图说明

在结合附图时，本公开的上述和其它目的、特征和其它优点将从以下具体实施方式中得到更清楚的理解，其中：

图1是示出根据本公开的电力模块的示图；

图2是示出绝缘距离的示图；

图3是示出根据传统电力模块的上基板和下基板的示图；

图4是示出根据本公开的电力模块的上基板和下基板的示图；

图5是示出根据本公开的电力模块的芯片与基板的示图；并且

图6是示出根据本公开的电力模块的外金属层和内金属层的示图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例，其中将参照附图详细描述本文所公开的实施例，其中，相同或相似的元件分配相同的附图标记，而不考虑附图标记，并且将省略关于其的重复描述。

以下描述中使用的组件的后缀“模块”和“部件”只是考虑到编写说明书的方便而给出或混合使用，并且“模块”和“部件”本身不具有独特的含义或作用。

在描述本说明书中公开的实施例时，当确定相关已知技术的详细描述可能混淆本说明书中公开的实施例的主旨时，将省略其详细描述。另外，附图只是为了便于理解本说明书中公开的实施例，其中本文公开的技术精神不受附图限制，而是应理解为包括本公开的精神和范围内的所有变化方案、等效方案或替代方案。

包括诸如第一、第二等的序数的术语可用于描述各个元件，但元件不限于这些术语。上述术语仅用于将一个元件与另一元件区分开来的目的。

当元件被称为“连接”或“联接”到另一元件时，它可以直接连接或联接到另一元件，但应理解的是中间可以存在其他元件。另一方面，当涉及特定元件“直接连接”或“直接联接”到另一元件时，应该理解为中间不存在其他元件。

除非上下文另有明确指示，否则单数表达包括复数表达。

在本申请中，诸如“包括”或“具有”的术语旨在指定存在本说明书中描述的特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合，但应当理解的是，这并不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合。

下文中，下面将参照附图描述根据本公开的示例性实施例的电力模块。

图1是示出根据本公开的电力模块的示图，图2是示出绝缘距离的示图，图3是示出根据传统电力模块的上基板和下基板的示图，图4是示出根据本公开的电力模块的上基板和下基板的示图，图5是示出根据本公开的电力模块的芯片与基板的示图，并且图6是示出根据本公开的电力模块的外金属层和内金属层的示图。

如图1所示，根据本公开的电力模块包括：芯片100；电力引线200，电连接到芯片100；以及一对基板300，每个基板分别包括以绝缘层为中心接合到外侧部的一个外金属层320和接合到内侧部的一个内金属层330，并且由于外金属层320和内金属层330的周长被设置为彼此不同，因而每个外金属层320和内金属层330被设置为彼此不对称。在本公开中，在构成基板300的绝缘层310、外金属层320和内金属层330之中，外金属层320和内金属层330通过设置不同的周长而设置为非对称结构，由此电力模块的整体尺寸被减小。特别地，在外金属层320的情况下，其周长被设置为小于内金属层330的周长，因此确保了外金属层320与包括电力引线200的部件之间的绝缘距离D。因此，可以减小由于电力模块的一体成型而提供的整体尺寸，同时防止部件之间的短路。

详细地，基板300包括分别设置在芯片100上部和下部的上基板300a和下基板300b。此处，上基板300a设置在芯片100上部，并且包括：第一绝缘层310a；以及第一外金属层320a和第一内金属层330a，分别接合到第一绝缘层310a的上表面和下表面。类似地，下基板300b设置在芯片100下部，并且包括：第二绝缘层310b；以及第二外金属层320b和第二内金属层330b，分别接合到第二绝缘层310b的上表面和下表面。

另外，电力模块进一步包括将芯片100、电力引线200、上基板300a和下基板300b一体成型的模具部件400，其中电力引线200连接到第一内金属层330a或第二内金属层330b，并且电力引线200的一部分可以延伸到模具部件400的外部。

此外，电力模块可以进一步包括间隔件S，间隔件S设置为将上基板300a和下基板300b之间的芯片100间隔开，并且连接在上基板300a的第一内金属层330a与下基板300b的第二内金属层330b之间。间隔件S的特征在于，其确保上基板300a和下基板300b之间的空间，从而减少电力模块在操作期间的发热。

在本公开的电力模块中，可以配置多个芯片100，并且也可以配置多个电力引线200来传输电信号。另外，在本公开的电力模块中，可以应用一种结构，即，配置有用于冷却电力模块的操作期间在芯片100中产生的热量的冷却通道(未示出)，并且通过冷却通道(未示出)冷却传递到上基板300a和下基板300b的热量。

这样，根据本公开的电力模块通过将芯片100、上基板300a、下基板300b和电力引线200一体成型的模具部件400一体地提供，其中与芯片100隔开设置的电力引线200连接到上基板300a的第一内金属层330a或下基板300b的第二内金属层330b。此处，电力引线200用于向芯片100传输电信号或从芯片100接收电信号，并且不同时连接到上基板300a和下基板300b，而是可以通过设置在上基板300a和下基板300b之间的间隔件S连接。

这种电力引线200延伸到模具部件400的外部以用于其他电力模块或供应电源。

然而，由于电力模块使用高电压，因此组件之间的绝缘是必不可少的。因此，基板300和电力引线200之间需要绝缘距离D，模具部件400在基板300和电力引线200之间的位置用作绝缘体。也就是说，电力模块中暴露在模制部件400的外部的部件满足所需的绝缘距离D以确保绝缘性能，但是当各部件之间未确保绝缘距离D时，可能发生短路，导致电力模块损坏。参照图2，绝缘距离D分为空间距离D1和爬电距离(creepage distance)D2，空间距离D1和爬电距离D2根据构成电力模块的每个部件的电气规格来设置，由此可以确定绝缘距离D。

然而，如图3所示，为了确保绝缘距离D，需要增加电力模块的整体尺寸。即，在相关技术中，外金属层32和内金属层33相同地设置在绝缘层31周围。在这种情况下，在内金属层33上设置用于电路配置的图案，因此与外金属层32相比，内金属层33由于该图案而由更小体积制成。因此，当电力模块产生高温热量时，外金属层32由于体积较大而比内金属层33发生更大的膨胀，从而导致由于应力反复发生而损坏的问题，例如变形、弯曲等。

因此，传统电力模块的缺点在于，整体尺寸增加，并且由于外金属层32和内金属层33之间的体积差异而耐久性降低。

因此，根据本公开的电力模块提供了构成基板300的外金属层320和内金属层330的周长是不同的，从而最小化其整体尺寸并解决了热变形的问题。

为了更详细地描述根据本公开的电力模块，如图4所示，基板300设置为外金属层320具有比内金属层330更小的周长。通过这种方式，在构成基板300的外金属层320和内金属层330中，外金属层320的周长设置得更小，由此，即使在暴露于模制部件400外部的外金属层320与电力引线200之间的隔开距离被确保与绝缘距离D一样多，也能够减小模制部件400的整体尺寸。

也就是说，由于在基板300的内金属层330上设置有用于提供与芯片100的电连接关系的图案P，因此外金属层320的周长被设置为小于内金属层330的周长。

由于在内金属层330上设置了图案P，因此外金属层320和内金属层330存在体积差异，从而产生热膨胀差异。因此，当电力模块内部产生高温时，会促进外侧的基板300的弯曲变形。在本公开中，外金属层320的周长被设置为小于内金属层330的周长，从而消除了外金属层320和内金属层330之间的体积差异。

特别地，由于外金属层320和内金属层330被设置为具有相同的体积比，考虑到内金属层330的图案P，外金属层320的周长被设置得较小。也就是说，外金属层320的周长被设置为小于内金属层330的周长，其中外金属层320的周长被设置为较小以达到体积比变得相同的程度。因此，外金属层320和内金属层330的体积比可以设置在相同的范围内。

另外，外金属层320被设置为具有比其上设置有图案P的内金属层330的周长更小的周长，使得即使在暴露于模制部件400外部的外金属层320和电力引线200之间的隔开距离被确保为与绝缘距离D一样多，也能够减小模具部件400的整体尺寸。

另一方面，考虑到内金属层，外金属层320可以设置为具有更小的厚度，从而具有与内金属层330相同的体积比。通过这种方式，当外金属层320和内金属层330的体积比被设置为相同时，不仅周长可以一起调整，而且厚度也可以一起调整，以匹配外金属层320和内金属层330的体积比，同时，可以将外金属层320的尺寸最小化，并且可以确保外金属层320的耐久性。

另外，外金属层320的周长和厚度基于外金属层320与电力引线200之间的绝缘距离D进行调整。此处，绝缘距离D可以在设计外金属层320与电力引线200之间的距离时确定，并且基于外金属层320与电力引线200之间的绝缘距离D来调整外金属层320的周长和厚度，由此可以将外金属层320和内金属层330的体积比设置在相同的范围内。此处，外金属层320的周长可以在确保外金属层320和电力引线200之间的绝缘距离D的范围内尽可能形成为最小，并且可以增加外金属层320的厚度以进一步减小周长，由此可以减小模具部件400的整体尺寸。

另一方面，通过将周长的每一侧减少相同的长度，可以将外金属层320设置为具有与内金属层330相同的体积比。

也就是说，在外金属层320中，宽度和长度都减少了相同的长度，由此由电力模块内部产生的高温热量引起的应力不会集中在任何一个地方。在当外金属层320的周长减小时外金属层320的周长的任意一侧不均匀地减小的情况下，应力会集中在相应部分，并且耐久性会降低。因此，外金属层320的周长减少相同的长度以确保外金属层320的耐久性。

另一方面，如图5至图6所示，外金属层320的周长小于内金属层330的周长，其中芯片100和内金属层330的图案P均设置在内金属层330的区域内。也就是说，芯片100和图案P被配置在内金属层330的区域内，该区域与外金属层320的区域相同。在本公开中，由于外金属层320的面积减小，因此需要考虑芯片100和内金属层的图案P。

因此，外金属层320的周长可以被设置为小于内金属层330的周长。也就是说，作为示例，参照图6，外金属层320的宽度L1和长度L2分别小于内金属层330的宽度L3和长度L4。因此，外金属层320的周长被设置为小于内金属层330的周长。此处，通过将芯片100和内金属层330的图案P设置成包括在与外金属层320的区域内，从而保证了芯片100的安装稳定性，并且即使在减小外金属层320的面积时，也确保了电力模块的可靠性。

具有上述结构的电力模块中，在构成基板的外金属层、绝缘层和内金属层中，外金属层和内金属层具有非对称结构，从而防止基板与电力引线之间的短路，确保基板的高温耐久性，并且实现电力模块小型化。

虽然本公开已经针对特定实施例进行了说明和描述，但是对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离由所附权利要求书提供的本公开的技术精神的情况下，可以对本公开进行各种改进和改变。