功率模块及电机控制器

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，尤其是涉及一种功率模块及电机控制器。

背景技术

功率模块是新能源汽车电机控制器的核心部件之一，对电机控制器的工作电压、功率密度、效率、成本等性能具有重要影响。

为改善其散热效果，目前主要有在单面散热的基础上，研究直接冷却的散热方式，其是在陶瓷基板下安装带有Pin-fin散热结构的散热板，冷却水直接流过散热板，此种方式非常成熟，是目前新能源汽车电机控制器中应用最为广泛的封装形式。

目前冷却功率模块散热器设计的散热效果有限，并且冷却功率模块散热器的设计和安装相对复杂。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种功率模块，芯片的热量可从各个方向散出，可以进一步增大散热面积的效果。

根据本发明实施例的功率模块，包括：壳体，所述壳体内形成有容纳腔，所述容纳腔内设有芯片；第一导热导电组件和第二导热导电组件，所述第一导热导电组件和所述第二导热导电组件均安装于所述容纳腔内且分别连接于所述芯片沿第一方向的两侧，所述第一导热导电组件与所述壳体的内壁沿第一方向和第二方向均贴合相连和/或所述第二导热导电组件与所述壳体的内壁沿第一方向和第二方向均贴合相连，所述第一方向与所述第二方向相交。

根据本发明实施例的功率模块，第一导热导电组件可以沿着壳体的不同方向传递热量，同时第二导热导电组件也可以沿着壳体的不同方向传递热量，这样芯片就可以沿着第一导热导电组件朝向壳体的不同方向传递热量，同时也能沿着第二导热导电组件朝向壳体内壁的不同方向传递热量，此时芯片的热量可沿着更多的方向传递给壳体，并且通过壳体传递给外界，从而进一步提高了芯片的热量传递效果，提高散热效果。

根据本发明实施例的功率模块，所述第一导热导电组件包括第一基板和连接件，所述第一基板位于所述连接件背离所述芯片的一侧，所述芯片与所述连接件和所述连接件与所述第一基板之间均设有第一内烧结层，所述第一基板外设有与所述壳体的内壁相连的第一外烧结层。

根据本发明实施例的功率模块，所述第一外烧结层包括第一主导热部和两个第一侧导热部，所述第一主导热部沿第二方向延伸，所述第一侧导热部位于所述第一主导热部的端部且沿第一方向延伸，所述第一基板分别通过所述第一主导热部和所述第一侧导热部与所述壳体的内壁相连。

根据本发明实施例的功率模块，所述连接件为多个，所述芯片为多个且与多个所述连接件一一对应地相连。

根据本发明实施例的功率模块，所述第二导热导电组件包括第二基板，所述芯片与所述第二基板之间均设有第二内烧结层，所述第二基板外设有与所述壳体的内壁相连的第二外烧结层。

根据本发明实施例的功率模块，所述第二外烧结层包括第二主导热部和两个第二侧导热部，所述第二主导热部沿第二方向延伸，所述第二侧导热部位于所述第二主导热部的端部且沿第一方向延伸，所述第二基板分别通过所述第二主导热部和所述第二侧导热部与所述壳体的内壁相连。

根据本发明实施例的功率模块，所述壳体设有多个散热凸起，多个所述散热凸起间隔开分布于所述壳体的外周壁。

根据本发明实施例的功率模块，多个所述散热凸起呈两组分布，且分别位于所述壳体沿所述第一方向相互背离的两个外侧壁。

根据本发明实施例的功率模块，其特征在于，所述第一导热导电组件连接有第一电极，所述第二导热导电组件连接有第二电极，所述第一电极和所述第二电极均延伸至所述壳体外；所述壳体沿第二方向相互背离的两侧中，一侧设有用于连接电机控制器的电气接口的控制端子、温度传感器端子、直流输入端子，且另一侧设有交流输出端子。

本发明实施例还提供了一种电机控制器，包括散热结构和上述的功率模块，所述散热结构设有安装腔，所述散热结构的内壁设有多个插接槽，所述功率模块插接至所述安装腔内且所述功率模块设有与所述插接槽插接的散热凸起。

根据发明实施例的电机控制器，包括上述的功率模块，所述的电机控制器相比现有技术和功率模块相对现有技术所具有的优势相同，同时，功率模块可插入到电机控制器中，安装方便。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

本发明设计了一种功率模块及电机控制器，功率模块的外壳几乎全部为导热金属材料，热量可从各个方向散出；壳体上有散热凸起，进一步增大散热面积，也便于功率模块插入式安装；第一栅极控制端子，第二栅极控制端子，第一温度传感器端子，第二温度传感器端子，功率正母线端子，功率负母线端子位于功率模块的一侧，交流输出端子位于功率模块的另一侧，功率模块可插入到电机控制器中，安装方便；通过壳体将内部的功率芯片包成了独立的腔体，便于电机控制器的EMC设计；功率模块可方便地进行并联或串联，以适配各种电压和电流等级的电机控制器，简化了电机控制器的结构设计，缩短了电机控制器的开发周期。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例功率模块的内部示意图；

图2是本发明实施例功率模块的表示散热方向的结构示意图；

图3是本发明实施例功率模块的立体结构示意图；

图4是本发明实施例功率模块与散热结构连接的结构示意图；

附图标记：

功率模块100，第一栅极控制端子101，第二栅极控制端子102，第一温度传感器端子103，第二温度传感器端子104，功率正母线端子105，功率负母线端子106，交流输出端子107，

散热结构200，插接槽201，

壳体1，散热凸起11，连接件2，第一内烧结层3，第一外烧结层4，第一主导热部41，第一侧导热部42，芯片5，第二内烧结层6，第二基板7，第三铜层71，第二陶瓷层72，第四铜层73，第二外烧结层8，第二主导热部81，第二侧导热部82，第一基板9，第一铜层91，第一陶瓷层92，第二铜层93，第一电极12，第二电极13。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的功率模块100，第一导热导电组件可沿壳体1的内侧不同方向传递热量，同时第二导热导电组件也可沿着壳体1的不同方向传递热量，芯片5即可沿着第一导热导电组件朝向壳体1的不同方向传递热量，同时也能沿着第二导热导电组件朝向壳体1内壁的不同方向传递热量，此时芯片5的热量沿更多的方向传递给壳体1，并且通过壳体1传递给外界，从而进一步提高了芯片5的热量传递效果，提高散热效果。

如图1-图4所示，根据本发明实施例的功率模块100，包括：壳体1、第一导热导电组件和第二导热导电组件；

其中，壳体1内形成有容纳腔，容纳腔内设有芯片5；壳体1选用导热金属材料，如铝制材料，可以迅速将热量从内部传导到外部表面，提高散热效率。功率模块100的芯片5是功率模块100内部最核心的部分，通常是针对特定的电路设计的，其功能各有不同，且芯片5在工作的过程中会产生热量，芯片5在工作的过程中可将热量传递给壳体1，并且通过壳体1将热量传递给外界。

具体的，功率模块100的壳体1内还包括第一导热导电组件和第二导热导电组件，第一导热导电组件和第二导热导电组件均安装于容纳腔内且分别连接于芯片5沿第一方向的两侧，其中，第一方向即为图1和图2的上下方向，也就是说，当芯片5放置在容纳腔内时，芯片5的两侧均设有安装空间，且芯片5的两侧分别用于安装第一导热导电组件和第二导热导电组件，其中第一导热导电组件和第二导热导电组件既能将芯片5夹紧并且支撑于壳体1的安装腔内，且能实现导电和导热的效果。

进一步的，第一导热导电组件与壳体1的内壁沿第一方向和第二方向均贴合相连和/或第二导热导电组件与壳体1的内壁沿第一方向和第二方向均贴合相连，第一方向与第二方向相交。也就是说，第一导热导电组件与壳体1的内壁沿着第一方向和第二方向均贴合时，那么芯片5所产生的热量可通过第一方向和第二方向传递给壳体1，并且通过壳体1传递给外界，此时，芯片5可通过第一导热导电组件的至少两个方向将热量传递给壳体1；同样的，芯片5的热量还可通过第二导热导电组件的至少两个方向将热量传递给壳体1。

当第一导热导电组件与壳体1的内壁沿第一方向和第二方向均贴合相连且第二导热导电组件与壳体1的内壁沿第一方向和第二方向均贴合相连时，此时芯片5的热量首先通过芯片5的两侧分别传递给第一导热导电组件和第二导热导电组件，并且通过第一导热导电组件传递给壳体1的至少两个方向且通过第二导热导电组件的至少两个方向传递给壳体1。

而当第一导热导电组件与壳体1的内壁沿第一方向和第二方向均贴合相连或第二导热导电组件与壳体1的内壁沿第一方向和第二方向均贴合相连时，此时芯片5的热量首先通过芯片5的两侧分别传递给第一导热导电组件或者第二导热导电组件，并且主要通过第一导热导电组件或者第二导热导电组件的至少两个方向传递给壳体1，也能使得芯片5通过多方向传递热量。

由此，本发明实施例将芯片5设置在壳体1的容纳腔内，并且芯片5的两侧各设置第一导热导电组件和第二导热导电组件，且壳体1为导热金属材料，既能将芯片5支撑并安装在壳体1内，也能实现芯片5的热量从多个方向传递给壳体1，并且通过壳体1朝向外界散热，实现了进一步增大散热面积的效果。

在一些实施例中，第一导热导电组件包括第一基板9和连接件2，第一基板9位于连接件2背离芯片5的一侧，芯片5与连接件2和连接件2与第一基板9之间均设有第一内烧结层3，第一基板9外设有与壳体1的内壁相连的第一外烧结层4。

也就是说，第一导热导电组件的第一基板9和连接件2位于芯片5的同一侧，芯片5的热量通过第一内烧结层3传递给连接件2，连接件2的热量通过另外的第一内烧结层3传递给第一基板9，第一基板9的热量进而通过第一外烧结层4传递给壳体1。

也就是说，芯片5的一侧靠近壳体1依次设有第一内烧结层3、连接件2、第一内烧结层3、第一基板9和第一外烧结层4，使得芯片5的热量依次通过第一内烧结层3传递给连接件2，并且再通过连接件2传递给另外一层的第一内烧结层3，进而传递给第一基板9及第一外烧结层4，并在壳体1的第一方向和第二方向得到有效的传递。

进一步的，第一基板9由壳体1到靠近芯片5的方向上依次包括第一铜层91、第一陶瓷层92和第二铜层93，第一陶瓷层92作为绝缘的作用，而第一铜层91用于导热，第二铜层93用于导热和导电，连接件2作为连接支撑、导电和导热的作用，连接件2可为银箔、铜箔等材料，第一内烧结层3可选用纳米银、纳米铜等材料，具备导电导热的功能，也就是说芯片5与第一陶瓷层92之间的区域能够导电并导热，第一陶瓷层92到壳体1之间的区域能够导热。

通过这种设计，既能实现将芯片5的热量通过第二铜层93、第一陶瓷层92及第一铜层91和第一外烧结层4传递给壳体1的多个方向达到有效散热的效果，同时还能够保证芯片5自身与连接件2、第二铜层93的导电功能，实现功率模块100的用电功能，并通过第一陶瓷层92绝缘，防止漏电。

在一些实施例中，第一外烧结层4包括第一主导热部41和两个第一侧导热部42，第一主导热部41沿第二方向延伸，第一侧导热部42位于第一主导热部41的端部且沿第一方向延伸，第一基板9分别通过第一主导热部41和第一侧导热部42与壳体1的内壁相连。

参照图1和图2所示，其中第一主导热部41沿着第二方向延伸，此时第二方向即为图示中的左右方向，第一侧导热部42的端部沿着第一方向延伸，第一方向即为图1和图2中的上下方向，芯片5的热量传递给第一基板9后，通过第一基板9分别传递给第一主导热部41和两个第一侧导热部42，即可实现芯片5的热量通过两个第一侧导热部42传递给壳体1，同时通过第一主导热部41传递给壳体1，实现多个方向的传递，提高散热效果。其中，图2和图4的剪头指的是热量传递的方向。

在一些实施例中，连接件2为多个，芯片5为多个且与多个连接件2一一对应地相连。

具体的，连接件2可以为两个、三个等，当连接件2为两个时，此时芯片5为两个，每个连接件2和对应的芯片5连接，达到每个芯片5产生的热量均能通过各自对应的连接件2传递给第一基板9，从而使得芯片5的热量传递效果更好，同时多个连接件2也能增强与第一基板9的受力面积，具有较好的支撑效果。

在一些实施例中，第二导热导电组件包括第二基板7，芯片5与第二基板7之间均设有第二内烧结层6，第二基板7外设有与壳体1的内壁相连的第二外烧结层8。

具体的，第二基板7与芯片5之间的第二内烧结层6，能够导电和导热，第二基板7与壳体1内壁相连的第二外烧结层8能够导热，芯片5的热量通过第二内烧结层6传递给第二基板7，并且通过第二外烧结层8传递给壳体1的不同方向，以实现较好的散热。

也就是说，第二导热导电组件包括芯片5一侧的第二内烧结层6、第二基板7和第二外烧结层8，通过第二导热导电组件实现芯片5的热量朝向背离第一导热导电组件侧传递，并且传递给壳体1的不同方向。

进一步的，第二基板7由靠近芯片5的一侧到靠近壳体1的一侧依次包括第三铜层71、第二陶瓷层72和第四铜层73，第三铜层71和芯片5之间能够导电和导热，第二陶瓷层72能够绝缘和导热，同样实现了芯片5与第二陶瓷层72之间的区域导电导热的效果，实现芯片5的用电功能，同时又能通过第二陶瓷层72绝缘从而防止露电，并能通过第四铜层73和第二外烧结层8实现导热，并传递给壳体1的不同方向。

在一些实施例中，第二外烧结层8包括第二主导热部81和两个第二侧导热部82，第二主导热部81沿第二方向延伸，第二侧导热部82位于第二主导热部81的端部且沿第一方向延伸，第二基板7分别通过第二主导热部81和第二侧导热部82与壳体1的内壁相连。

进一步的，参照图1和图2所示，第二外烧结层8的第二主导热部81沿着第二方向延伸，第二方向即为图示的左右方向，第二侧导热部82的端部沿着第一方向延伸，第一方向即为图1和图2的上下方向，芯片5的热量传递给第二主导热部81和两个第二侧导热部82，实现芯片5的热量通过背离第一导热导电组件侧传递给壳体1的不同方向。

由此，结合芯片5与第一导热导电组件的热量传递，芯片5的热量能够朝向图1和图2中的上下左右四个方向传递，提高了散热效果。

在一些实施例中，壳体1设有多个散热凸起11，多个散热凸起11间隔开分布于壳体1的外周壁。

具体的，散热凸起11连接于壳体1的外部，散热凸起11的形状可以为方形、圆形或者三角形等形状，本发明实施例的散热凸起11的形状为方形，通过多个散热凸起11的设置增加了壳体1外部与外界环境的接触面积，即增加热量散发的表面积，实现壳体1内部的热量通过多个散热凸起11有效的散热。

在一些实施例中，多个散热凸起11呈两组分布，且分别位于壳体1沿第一方向相互背离的两个外侧壁。

此时，容纳腔内芯片5的热量可以通过不同的方向散出，如图1和图2所示，散热凸起11分布在壳体1外的两侧，热量从芯片5朝向壳体1传递时，较多的热量传递给芯片5的上下方向，通过在上下方向设置多个散热凸起11，可以将芯片5表面的热量有效的散出。

进一步的，每个散热凸起11沿着壳体1垂直于第一方向的方向延伸，参照图3所示，使得散热凸起11的表面与外界环境接触的面积增大，进一步增强了芯片5的散热效果。

在一些实施例中，第一导热导电组件连接有第一电极12，第二导热导电组件连接有第二电极13，第一电极12和第二电极13均延伸至壳体1外；

壳体1沿第二方向相互背离的两侧中，一侧设有用于连接电机控制器的电气接口的控制端子、温度传感器端子、直流输入端子，且另一侧设有交流输出端子107。

具体的，第一电极12和第二电极13用于吸收和释放电流，如芯片5与第一内烧结层3、连接件2及第一基板9的第二铜层93之间导电，第一电极12和第二铜层93连接，芯片5可以与第一电极12实现导电导热，可将芯片5的控制和功率端子进一步连接至第一电极12，同样的，芯片5还可以与第二电极13实现导电，可将芯片5的功率端子进一步连接至第二电极13，即芯片5可以实现与第一电极12和第二电极13同时导电，完成功率模块100与使用功率模块100的电传递。

将第一电极12和第二电极13延伸至壳体1外，且与芯片5电连接，可方便地进行功率模块100的并联或串联，以适配各种电压和电流等级的电机控制器，简化了电机控制器的结构设计，缩短了电机控制器的开发周期。

进一步的，壳体1沿第二方向相互背离的两侧中，参照图3所示，控制端子包括：第一栅极控制端子101、第二栅极控制端子102；第一栅极控制端子101和第二栅极控制端子102是控制器件的开关，如第一栅极控制端子101为控制信号的正极，第二栅极控制端子102为控制信号的负极。

另外，温度传感器端子包括第一温度传感器端子103和第二温度传感器端子104，其中，第一温度传感器端子103为温度传感器端子NTC+，第二温度传感器端子104为温度传感器端子NTC-，直流输入端子包括功率正母线端子105和功率负母线端子106。

将控制端子、温度传感器端子、直流输入端子插入到电机控制器对应接口内，如图3所示的箭头方向即为功率模块100插入电机控制器的方向，使得功率模块100和电机控制器建立电气连接，控制端子、温度传感器端子、直流输入端子和交流输出端子107位于不同侧，可以方便功率模块100与其他结构的电连接，且不会产生互相干扰。

本发明实施例还公开了一种电机控制器，包括散热结构200和上述的功率模块100，散热结构200设有安装腔，散热结构200的内壁设有多个插接槽201，功率模块100插接至安装腔内且功率模块100设有与插接槽201插接的散热凸起11。

也就是说，将功率模块100插接入散热结构200内时，功率模块100的多个散热凸起11与散热结构200内壁的多个插接槽201一一对应配合连接，这样在保证连接紧固的同时也方便连接，同时功率模块100的散热凸起11也能达到有效散热，由此，散热结构200与功率模块100的配合既能方便二者的安装又能增强功率模块100的散热效果。

在实际使用时，先将功率模块100装入散热结构200内，再将散热结构200装入电机控制器中并与电机控制器建立电连接，且通过壳体1将内部的芯片5包成了独立的容纳腔，便于电机控制器的EMC设计，防止功率模块100对电机控制器的EMC设计进行干扰。

1、在本发明的描述中，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。

2、在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

3、在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

4、在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

5、在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。