功率模组的制作方法

1.本实用新型涉及电子器件技术领域，特别涉及一种功率模组。


背景技术：

2.以绝缘栅双极型晶体管(insulate-gate bipolar transistor，igbt)构成的功率模组，广泛应用于家用电器、工业变频、电力传动、新能源汽车等领域中。并且，igbt功率模组也是逆变器和变换器系统的核心部件。
3.当igbt功率模组应用于汽车时，在昼夜温差较大的地区，汽车启动时功率模组易发生凝露现象，导致晶体管本身限制而出现一些不可控的问题，影响功率模组的性能。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的是提出一种功率模组，旨在防止晶体管组件出现凝露，提高功率模组的可靠性。
5.为实现上述目的，本实用新型提出一种功率模组，所述功率模组包括：
6.壳体，所述壳体设置有安装槽；
7.电路板，所述电路板盖合于所述安装槽的槽口处；
8.晶体管组件，所述晶体管组件通过灌封胶灌封于所述壳体的安装槽内，且所述晶体管组件与所述电路板电性连接；
9.输入端子，所述输入端子设置于所述壳体外，且所述输入端子与所述电路板电性连接；
10.输出端子，所述输出端子设置于所述壳体外，且所述输出端子与所述电路板电性连接。
11.可选地，所述壳体在背离所述安装槽的一侧设置有液冷腔，且所述壳体的表面开设有连通所述液冷腔的进液孔和出液孔。
12.可选地，所述壳体包括：
13.基座，所述基座的一侧开设有所述安装槽，所述基座在背离所述安装槽的一侧开设有液冷槽；
14.盖板，所述盖板盖合于所述液冷槽的槽口处，使所述液冷槽形成所述液冷腔，所述盖板上开设有所述进液孔和所述出液孔。
15.可选地，所述液冷槽的槽底和所述盖板之间设置有导流支架，所述导流支架将所述液冷腔分隔成弯曲延伸的液冷通道，所述进液孔和所述出液孔沿所述液冷通道的延伸方向间隔分布。
16.可选地，所述导流支架包括：
17.第一支架；
18.第二支架，所述第二支架与所述第一支架相对且间隔设置；
19.第三支架，所述第三支架连接于所述第一支架和所述第二支架之间；
20.其中，所述进液孔和所述出液孔分别位于所述第三支架的两侧。
21.可选地，所述液冷槽的槽底设置有多个散热件，所述散热件朝向所述盖板延伸，且多个所述散热件间隔分布。
22.可选地，所述功率模组还包括绝缘导热片，所述绝缘导热片贴设于所述安装槽的槽底，所述晶体管组件贴设于所述绝缘导热片上。
23.可选地，所述绝缘导热片朝向所述安装槽槽底的一侧表面涂覆有导热材料；和/或，
24.所述绝缘导热片背离所述安装槽槽底的一侧表面涂覆有导热材料。
25.可选地，所述功率模组还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述晶体管组件和/或所述进液孔和/或所述出液孔处，且所述温度传感器与所述电路板电性连接。
26.可选地，所述功率模组还包括连接板，所述连接板上设置有至少两个排针，所述电路板上设置有至少两个排母，所述至少两个排针与所述至少两个排母一一对应插接；
27.其中，所述温度传感器设置于所述连接板上。
28.可选地，所述晶体管组件包括至少两个晶体管单元，所述温度传感器与所述晶体管单元一一对应设置。
29.可选地，所述输入端子包括：
30.第一输入母排，所述第一输入母排与所述电路板电性连接；
31.第二输入母排，所述第二输入母排与所述电路板电性连接，所述第二输入母排与所述第一输入母排层叠设置；
32.第一输入绝缘层，所述第一输入绝缘层夹设于所述第一输入母排和所述第二输入母排之间；
33.和/或，
34.所述输出端子包括：
35.第一输出母排，所述第一输出母排与所述电路板电性连接；
36.第二输出母排，所述第二输出母排与所述电路板电性连接，所述第二输出母排与所述第一输出母排层叠设置；
37.第三输出母排，所述第三输出母排与所述电路板电性连接，所述第三输出母排与所述第二输出母排层叠设置，且所述第三输出母排与所述第一输出母排处于同层；
38.第一输出绝缘层，所述第一输出绝缘层夹设于所述第一输出母排/所述第三输出母排和所述第二输出母排之间。
39.可选地，所述功率模组还包括电容组件，所述电容组件设置于所述壳体内，且所述电容组件与所述电路板电性连接。
40.可选地，所述功率模组还包括第一紧固件，所述第一紧固件连接于所述电路板和所述壳体之间；和/或，
41.所述功率模组还包括第二紧固件，所述第二紧固件设置于所述壳体上，所述第二紧固件用于将所述功率模组固定于电子设备。
42.可选地，所述晶体管组件与所述电路板焊接；和/或，
43.所述输入端子、所述输出端子分别与所述电路板焊接；和/或，
44.所述电容组件与所述电路板焊接。
45.本实用新型技术方案中，通过在壳体上设置安装槽结构，可以在不借助工装等辅助件的情况下将晶体管组件灌封于壳体的安装槽内，完成对晶体管组件的密封封装，使晶体管组件与外界隔绝，杜绝了凝露出现的条件，即使在温差较大等恶劣环境中，晶体管组件也不会产生凝露现象，可防止晶体管组件因凝露影响而出现不可控问题，能够提高功率模组的可靠性，保证功率模组的正常运行，通过将电路板盖合于安装槽的槽口处，壳体围绕槽口的全周边能够对电路板进行有效支撑，使电路板受力均匀，保证电路板结构的稳定性。
附图说明
46.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
47.图1为本实用新型功率模组一实施例的结构示意图；
48.图2为图1功率模组移除电路板后的结构示意图；
49.图3为本实用新型功率模组的分解结构示意图；
50.图4为本实用新型功率模组的壳体的分解结构示意图；
51.图5为本实用新型功率模组的剖视结构示意图；
52.图6为本实用新型功率模组的壳体与输入端子和输出端子装配的结构示意图。
53.附图标号说明：
54.[0055][0056]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0057]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0058]
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0059]
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0060]
本实用新型提出一种功率模组100。
[0061]
在本实用新型实施例中，如图1至3所示，该功率模组100包括壳体10、电路板20、晶体管组件30、输入端子40以及输出端子50；壳体10设置有安装槽111；电路板20盖合于安装槽111的槽口处；晶体管组件30通过灌封胶灌封于壳体10的安装槽111内，且晶体管组件30与电路板20电性连接；输入端子40设置于壳体10外，且输入端子40与电路板20电性连接；输出端子50设置于壳体10外，且输出端子50与电路板20电性连接。
[0062]
具体地，电路板20上设置有直流/交流(direct current/alternating current，dc/ac)逆变电路。电路板20上的输入端子40包括两个连接头，输出端子50包括三个连接头。晶体管组件30可以为绝缘栅双极型晶体管(insulate-gate bipolar transistor，igbt)。另外，功率模组100还包括电容组件60，壳体10在安装槽111旁侧设置有安装框，电容组件60设置于安装框内，且电容组件60与电路板20电性连接。功率组件工作时，两相直流电从输入端子40输入到电路板20上，经过晶体管组件30、电容组件60等电子器件的转化作用后，逆变
为三相交流电，然后从输出端子50输出。因此，本实施例的功率模组100具有直流交流转化的功能。
[0063]
其中，灌封胶可为环氧树脂等密封胶。本实施例采用灌封工艺，将晶体管组件30通过密封胶灌封于壳体10的安装槽111内。由于在壳体10上设置安装槽111结构，使得可以在不借助工装等辅助件的情况下完成晶体管组件30的密封结构的制作。同时，通过对晶体管组件30进行密封封装，可使晶体管组件30与外界隔绝，杜绝了凝露出现的条件，即使在温差较大等恶劣环境中，晶体管组件30也不会产生凝露现象，可防止晶体管组件30因凝露影响而出现不可控问题，能够提高功率模组100的可靠性，保证功率模组100的正常运行。此外，电路板20盖合于安装槽111的槽口处，壳体10围绕槽口的全周边能够对电路板20进行有效支撑，使电路板20受力均匀，保证电路板20结构的稳定性。
[0064]
在一实施例中，请参阅图4至5，壳体10在背离安装槽111的一侧设置有液冷腔，且壳体10的表面开设有连通液冷腔的进液孔121和出液孔122。
[0065]
本实施例中，安装槽111和液冷腔沿壳体10的高度方向排布，也即安装槽111位于壳体10的上部，液冷腔位于壳体10的底部。通过进液孔121可向液冷腔内导入冷却液，而通过出液孔122可将冷却腔内的冷却液导出。冷却液可采用水、油或其他液体。当将温度较低的冷却液通过进液孔121引入到液冷腔内时，冷却液能够吸收晶体管组件30工作时产生的热量，吸热后变成高温的冷却液再从出液孔122引出。如此反复，可实现对晶体管组件30的散热，防止功率模组100工作时温度过高，以保证功率模组100的安全使用。而且，通过为功率模组100配置液冷结构，功率模组100所应用的功率设备的机箱无需设置液冷结构，可使功率模组100适用于更多不同尺寸规格的功率设备，使不同产品在结构上快速匹配和兼容，从而满足更多的使用需求。模组壳体10采用小模组结构可以做成平台产品，在面对不同客户需求时可以大大节省产品开发周期及验证过程。
[0066]
在一实施例中，请参阅图3至5，壳体10包括基座11和盖板12；基座11的一侧开设有安装槽111，基座11在背离安装槽111的一侧开设有液冷槽112；盖板12盖合于液冷槽112的槽口处，使液冷槽112形成液冷腔，盖板12上开设有进液孔121和出液孔122。
[0067]
本实施例中，壳体10由基座11和盖板12两部分组装而成。安装槽111和液冷槽112沿基座11的高度方向排布，且安装槽111的槽口和液冷槽112的槽口分别朝向基座11的上下两个相反的方向。盖板12盖合在液冷槽112的槽口处，使液冷槽112形成相对密闭的液冷腔。通过将壳体10拆分成基座11和盖板12两个部分，可方便在基座11内制作液冷槽112结构，降低生产难度。
[0068]
在一实施例中，请参阅图4至5，液冷槽112的槽底和盖板12之间设置有导流支架13，导流支架13将液冷腔分隔成弯曲延伸的液冷通道，进液孔121和出液孔122沿液冷通道的延伸方向间隔分布。
[0069]
本实施例中，导流支架13固定在液冷槽112的槽底，且导流支架13朝液冷槽112的槽口方向延伸。当盖板12盖合在液冷槽112的槽口处时，导流支架13与盖板12抵接。导流支架13将液冷腔分隔为迂回环绕的液冷通道，同时进液孔121和出液孔122分别位于液冷通道延伸方向的前后两端。如此设置，可使进入液冷腔内的冷却液顺着液冷通道流动，并覆盖安装槽111的整个区域，能够增加冷却液与安装槽111底部的接触面积，可提高冷却液的利用效率和吸热效率，从而提升散热效果。
[0070]
在一实施例中，请参阅图4至5，导流支架13包括第一支架131、第二支架132以及第三支架133；第一支架131沿液冷槽112的长度方向延伸；第二支架132沿液冷槽112的长度方向延伸，且第二支架132与第一支架131间隔设置；第三支架133连接于第一支架131和第二支架132之间；其中，进液孔121和出液孔122分别位于第三支架133的两侧。
[0071]
本实施例中，导流支架13整体大致呈“匚”字型结构。其中，第一支架131和第二支架132可沿液冷槽112的长度方向延伸，第三支架133与第一支架131和第二支架132的同一端连接，导流支架13在远离第三支架133的一端形成开口。如此，导流支架13将液冷腔分隔为位于导流支架13两外侧的第一液冷通道以及位于导流支架13内的第二液冷通道，且在导流支架13开口处两个第一液冷通道与第二液冷通道连通。其中，进液孔121和出液孔122分别位于导流支架13内侧和外侧。具体地，以进液孔121位于第三支架133外侧、出液孔122位于导第三支架133内侧为例，通过进液孔121进入到液冷腔内的冷却液被导流支架13分流，并顺着导流支架13两侧的第一液冷通道从液冷腔的前端流动到后端，汇聚后流入第二液冷通道，顺着第二液冷通道流动到出液孔122处，并最终从出液孔122流出。本技术方案通过液冷通道覆盖安装槽111的整个底部区域，可提高冷却液的利用效率和吸热效率，有利于对安装槽111内的晶体管组件30进行散热，提升散热效果。
[0072]
在一实施例中，请参阅图4至5，液冷槽112的槽底设置有多个散热件14，散热件14朝向盖板12延伸，且多个散热件14间隔分布。
[0073]
本实施例中，散热件14可为柱形结构。多个散热件14可沿液冷槽112的槽底均匀排布，以形成阵列结构。因为液冷槽112的槽底靠近安装槽111，通过在液冷槽112的槽底设置多个凸出的散热件14，在冷却液沿液冷通道流动时，散热件14能够增大与冷却液的接触面积，从而可提高吸热效率，提升散热效果。
[0074]
在一实施例中，请参阅图3，功率模组100还包括绝缘导热片31，绝缘导热片31贴设于安装槽111的槽底，晶体管组件30贴设于绝缘导热片31上。
[0075]
本实施例中，绝缘导热片31具体可为陶瓷垫片，陶瓷是绝缘材料中优异的导热材料。通过将晶体管组件30平铺在绝缘导热片31上，有利于将晶体管组件30工作产生的热量快速地传导到安装槽111的槽底，并通过液冷腔内的冷却液将热量快速地传递出去，从而提升散热效果。
[0076]
在一实施例中，绝缘导热片31朝向安装槽111槽底的一侧表面涂覆有导热材料；和/或，绝缘导热片31背离安装槽111槽底的一侧表面涂覆有导热材料。
[0077]
本实施例中，导热材料具体可为硅脂，硅脂具有优良的导热性能，通过在绝缘导热片31的两侧表面涂覆导热材料，可进一步提高绝缘导热片31的导热性能，以进一步加快对晶体管组件30的散热，从而提升散热效果。
[0078]
在一实施例中，请参阅图3，功率模组100还包括温度传感器70，温度传感器70设置于晶体管组件30和/或进液孔121和/或出液孔122处，且温度传感器70与电路板20电性连接。
[0079]
本实施例中，温度传感器70安装在壳体10的安装槽111内，并分别对应晶体管组件30、进液孔121处和出液孔122处的位置。如此，通过温度传感器70可采集到晶体管组件30的工作温度、进液孔121处的冷却液的起始温度以及出液孔122处的冷却液吸热后的温度。温度传感器70将采集到的温度信息发送到电路板20上，从而使电路板20上的控制系统可获取
功率模组100各处的实时温度，根据温度传感器70反馈的温度信息，电路板20可识别晶体管组件30的工作是否存在异常状况，以便对高温异常状况进行预警，及时切断电路，控制晶体管组件30停止工作，保障工作安全。
[0080]
在一实施例中，请参阅图3，功率模组100还包括连接板71，连接板71上设置有至少两个排针72，电路板20上设置有至少两个排母22，至少两个排针72与至少两个排母22一一对应插接；其中，温度传感器70设置于连接板71上。
[0081]
本实施例中，连接板71为导电板，连接板71上设置有至少两个电路连接通道，至少两个电路连接通道与至少两个排针72一一对应连接，如此，当至少两个排针72和至少两个排母22一一对应插接时，连接板71可将温度传感器70采集的温度信息通过至少两个传输路径传输至电路板20。可将其中一组传输路径作为主传输路径，其余传输路径作为备用传输路径，以防恶劣环境下出现信号不良等现象，确保功率模组100产品在运行过程中，即使主传输路径失效，仍能通过备用传输路径实现可靠运行，以提高功率模组100的可靠性，大大降低产品失效风险。
[0082]
在一实施例中，请参阅图3，晶体管组件30包括至少两个晶体管单元，温度传感器70与晶体管单元一一对应设置。
[0083]
具体地，以晶体管组件30包括三个晶体管单元为例，三个晶体管单元沿安装槽111的长度方向依次排布，对应地，连接板71沿安装槽111的长度方向延伸，且连接板71在对应三个晶体管单元的部位分别设置有凸部，每一凸部上分别设置有一个温度传感器70。三个温度传感器70分别对相应位置处的晶体管单元的工作温度进行检测。如此，可使电路板20上的控制系统实时了解每个晶体管单元的工作是否存在异常状况，以全面掌握晶体管组件30各个区域的工作情况。本产品采用三组回路igbt区域均布置温度采样，有效覆盖整个晶体管组件30布局区域，可使整个晶体管组件30布局区域温度可控。通过可靠、有效、准确地采集每个节点对应的温度值，可以为后期产品维护快速定位根因。
[0084]
在一实施例中，请参阅图6，输入端子40包括第一输入母排41、第二输入母排42以及第一输入绝缘层43；第一输入母排41与电路板20电性连接；第二输入母排42与电路板20电性连接，第二输入母排42与第一输入母排41层叠设置；第一输入绝缘层43夹设于第一输入母排41和第二输入母排42之间；和/或，输出端子50包括第一输出母排51、第二输出母排52、第三输出母排53以及第一输出绝缘层54；第一输出母排51与电路板20电性连接；第二输出母排52与电路板20电性连接，第二输出母排52与第一输出母排51层叠设置；第三输出母排53与电路板20电性连接，第三输出母排53与第二输出母排52层叠设置，且第三输出母排53与第一输出母排51处于同层；第一输出绝缘层54夹设于第一输出母排51/第三输出母排53和第二输出母排52之间。
[0085]
本实施例中，输入端子40包括两个连接头，用于两相直流输入，输出端子50包括三个连接头，用于三相交流输出。其中，输入端子40和输出端子50均为层叠的双母排结构。直流输入及交流输出均采用叠层母线方式连接，可以大大降低杂散电感对电路板20主驱的影响，同时，对于装配方面可节省较大空间，从而能够提高功率模组100的功率密度。
[0086]
另外，第一输入母排41背离第一输入绝缘层43的一侧设置有第二输入绝缘层44，且第二输入母排42背离第一输入绝缘层43的一侧设置有第三输入绝缘层45。也即第二输入绝缘层44、第一输入母排41、第一输入绝缘层43、第二输入母排42、第三输入绝缘层45依次
层叠设置。如此，可保证输入端子40的绝缘性，在输入端子40与功率模组100的壳体10和功率设备的机箱连接的情况下，即使功率模组100的壳体10和功率设备的机箱均为金属材质，也能够保证电信号的稳定传输。同样地，第一输出母排51背离第一输出绝缘层54的一侧设置有第二输出绝缘层55，且第二输出母排52背离第一输出绝缘层54的一侧设置有第三输出绝缘层56。也即第二输出绝缘层55、第一输出母排51、第一输出绝缘层54、第二输出母排52、第三输出绝缘层56依次层叠设置(第三输出母排53与第一输出母排51处于同层)。如此，可保证输出端子50的绝缘性，在输出端子50与功率模组100的壳体10和功率设备的机箱连接的情况下，即使功率模组100的壳体10和功率设备的机箱均为金属材质，也能够保证电信号的稳定传输。
[0087]
在一实施例中，请参阅图1至3，功率模组100还包括第一紧固件81，第一紧固件81连接于电路板20和壳体10之间。
[0088]
本实施例中，第一紧固件81具体可为螺栓，壳体10上设置有多个第一螺孔113，电路板20上设置有多个第一安装孔21，且第一安装孔21与第一螺孔113一一正对，通过第一紧固件81穿过第一安装孔21并与第一螺孔113螺接，可实现电路板20与壳体10之间的可拆卸连接，便于功率模组100的安装及维护。
[0089]
在一实施例中，请参阅图1至3，功率模组100还包括第二紧固件82，第二紧固件82设置于壳体10上，第二紧固件82用于将功率模组100固定于电子设备。
[0090]
本实施例中，第二紧固件82具体可为螺栓。壳体10上设置有安装架，安装架上设置有第二安装孔114，功率模组100所应用的功率设备的机箱上设置有第二螺孔，通过第二紧固件82穿过第二安装孔114并与第一螺孔113螺接，可实现功率模组100与功率设备之间的可拆卸连接，便于功率模组100的安装及维护。
[0091]
在一实施例中，请参阅图3和6，晶体管组件30与电路板20焊接；和/或，输入端子40、输出端子50分别与电路板20焊接；和/或，电容组件60与电路板20焊接。通过将各个电子器件与电路板20焊接，可减少螺钉使用，减少生产制造成本。
[0092]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。