用于双面冷却模块的电流检测和垫块一体式电流传感器

1.本发明涉及一种电流传感器，具体涉及一种用于双面冷却模块的电流检测和垫块一体式电流传感器。


背景技术：

2.双面冷却模块具有低寄生电感，高散热效率的优点，成为车用功率模块的发展趋势。为对双面冷却模块内部的半导体芯片进行有效的保护，需对内部芯片进行实时准确的电流检测。
3.目前市面上常用的与模块集成的电流检测装置，例如霍尔电流传感器和电流互感器，以感知电力设备的输出电流，然而，这两种类型的电流传感器都有笨重和笨重的磁性芯，很难集成到双面冷却模块中。分流电阻器是集成在siipms中最流行的电流传感器之一，但是，由于寄生电感和皮肤效应，其带宽通常不能达到碳化硅、氮化镓器件的要求。
4.因此，急需找到一种电流检测装置，可以集成到双面冷却模块内部，并可以满足碳化硅等器件高带宽电流检测的要求。
5.罗氏线圈具有体积小，不需要磁芯的优点。但目前已有的罗氏线圈传感器通常以橡胶等软材料为骨架，这会造成测量位置和测量角度不固定的问题，同时也会造成线圈内外径不能精确控制的问题。也有一些研究用pcb作为骨架，pcb的自动布线可使得内外径精确控制，但同样不能避免安装过程中测量位置和测量角度不固定的问题。且这些骨架均耐温较低，无发满足高温环境中的应用。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于双面冷却模块的电流检测和垫块一体式电流传感器，该传感器能够有效解决安装过程中测量位置和测量角度不固定的问题，同时能够满足高温环境中应用。
7.为达到上述目的，本发明所述的用于双面冷却模块的电流检测和垫块一体式电流传感器包括以aln陶瓷为骨架的罗氏线圈，所述罗氏线圈包括顶层、中层、底层及中间垫块，中间垫块为cu-mo-cu合金结构。
8.所述罗氏线圈通过在aln陶瓷上覆铜及打孔得到。
9.顶层还包括第一输出信号引出端、第二输出信号引出端、顶层圆形通孔及顶部鱼骨图案铜线；中间层包括中间层接地回路及中层圆形通孔；底层包括底部布线以及底层圆形通孔；顶部鱼骨图案铜线、中间层接地回路及底部布线通过圆形通孔相连接；
10.第一输出信号引出端及第二输出信号引出端与顶部鱼骨图案铜线相连接，第一输出信号引出端及第二输出信号引出端接外部采样电阻的两端，通过后接积分电路对被测电流信号进行还原。
11.中间垫块包括自上到下依次分布的第一cu层、mo层及第二cu层，以形成cu-mo-cu合金结构。
12.陶瓷骨架与中间垫块之间通过低温共烧或烧结银焊接相连。
13.本发明具有以下有益效果：
14.本发明所述的用于双面冷却模块的电流检测和垫块一体式电流传感器在具体操作时，以aln陶瓷为骨架的所述罗氏线圈，所述罗氏线圈包括顶层、中间层及底层，陶瓷骨架罗氏线圈的中间设有垫块，垫块及罗氏线圈的位置固定，避免因安装导致的位置误差及角度误差影响电流检测精度，有效解决安装过程中测量位置和测量角度不固定的问题。同时中间垫块采用cu-mo-cu结构，满足在高温环境中应用，同时电流检测带宽较高，满足高频半导体芯片的电流检测需要，mo层与陶瓷材料及半导体芯片材料的热膨胀系数相匹配，可忽略热机械应力的影响，cu层又增大了中间垫块的导热效率，可以集成于双面冷却模块中，提高模块的集成度，提高模块功率密度。另外，本发明增大了中间垫块与dbc、半导体芯片的接触面积，以缓解热机械应力。
附图说明
15.图1为顶层结构示意图；
16.图2为中间层的结构示意图；
17.图3为底层的结构示意图；
18.图4为中间垫块106的结构示意图。
19.其中，101为aln陶瓷、102为顶层圆形通孔、103为顶部鱼骨图案铜线、104为第一输出信号引出端、105为第二输出信号引出端、106为中间垫块、107为中层圆形通孔、108为中间层接地回路、109为底层圆形通孔、110为底部布线、111为第一cu层、112为mo层、113为第二cu层。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
21.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
22.参考图1、图2、图3及图4，本发明所述的用于双面冷却模块的电流检测和垫块一体式电流传感器包括以aln陶瓷100为骨架的所述罗氏线圈，所述罗氏线圈包括顶层、中层及底层，所述罗氏线圈通过在aln陶瓷100上覆铜及打孔实现；
23.顶层包括第一输出信号引出端104、第二输出信号引出端105、顶层圆形通孔102、顶部鱼骨图案铜线103；
24.中间层包括中间层接地回路108及中层圆形通孔107；
25.底层包括底部布线110以及底层圆形通孔109；
26.罗氏线圈的中心，即陶瓷的中间为中间垫块106，包括第一cu层111、mo层112、第二cu层113。
27.顶部鱼骨图案铜线103能够很大程度的减小电磁干扰对电流检测精度的影响，顶部鱼骨图案铜线103、中间层接地回路108及底部布线110通过底层圆形通孔109、中层圆形通孔107及顶层圆形通孔102相连接，顶层圆形通孔102与中间层圆形通孔107和底层圆形通孔109相对应，对应位置上为同一孔洞。
28.第一输出信号引出端104及第二输出信号引出端105与顶部鱼骨图案铜线103相连接，第一输出信号引出端104及第二输出信号引出端105接外部采样电阻的两端，通过后接积分电路对被测电流信号进行还原。
29.中间垫块106充当传导电流的作用，中间垫块106包括自上到下依次分布的第一cu层111、mo层112及第二cu层113，以形成cu-mo-cu合金结构，其中，mo材料与陶瓷材料及半导体芯片材料的热膨胀系数相匹配，可忽略热机械应力的影响，cu层能够增大中间垫块106的导热效率。
30.陶瓷骨架101与中间垫块106之间通过低温共烧或烧结银等高温焊料焊接相连，形成电流检测和垫块一体式电流传感器，使得传感器具有电流检测的功能，又能够实现电流传导的作用，以减小电流检测装置的体积，提高模块的集成度，同时，增大中间垫块106的受力面积，缓解双面模块中芯片的热机械应力。
31.本发明具有带宽高、体积小、耐高温、集成度高以及可复用性强的特点，非常适合用于双面冷却模块中，也非常适合用于sic等高频、高压、耐高温器件的电流检测中。