[发明专利]用于电源模块双面冷却的金属块

说明书

一种用于将直流电转换为交流电的电源模块，所述电源模块包括：半导体开关电路器件；主基板，所述开关电路器件实体地且电气地耦接至所述主基板；至少一个副基板，所述半导体开关电路器件实体地且电气地耦接至所述至少一个副基板，使得所述半导体开关电路器件形成于所述主基板和所述至少一个副基板之间；至少一个热质体，其连接至所述至少一个副基板的相应的副基板；以及至少部分地围绕所述电源模块布置的盖，所述盖包括暴露出所述基板的底面的开口。

相关申请的交叉引用

本申请要求申请号：14/978，669，于2015年12月22日递交的美国专利申请的优先权，该美国专利申请通过引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于将高压直流电(DC)转换为高压交流电(AC)的电源模块，例如，但并非限于，混合动力车辆和纯电动车辆中使用的电源模块。

背景技术

在过去，用于混合动力或电动汽车的电源模块经常在电子器件的单面提供冷却，如电源端的金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，绝缘栅双极晶体管(IGBT)或其它组件。由于这些电源模块在散热器上的放置，所述器件的引线框端子可以接近于所述散热器。此外，过去的电源模块通常与电源模块器件的一个或多个面使用引线接合。引线接合的使用产生了装配时间多和固定器件成本高的问题，以及引起电压过冲的高寄生电感问题。更进一步，由于重复的电力循环，引线接合可以导致故障。

然而，在实践中，由于构成电源模块的各组件的机械容差，双面冷却难以实现。这样的具有双面冷却的模块可以包括两片直接键合铜(DBC)基板，每片基板均由两层铜和一层陶瓷组成，每片基板均具有厚度容差，两层焊料和一功率半导体器件夹在两个DBC基板层之间。电源模块厚度所需求的容差使得提供散热存在困难，特别是，当每个器件均具有它们自己的厚度和平整度容差时，如果试图对两个相邻的器件进行散热，将更加困难。

发明内容

本发明的示例性实施例提供了一种具有良好导热性的热质体，其被添加到电源模块中以提高双面冷却。这些和其他特征提供了一种改善了瞬态热性能及降低了热阻抗(底面冷却)的电源模块。

根据本发明的一个方法方面，一种用于将直流电转换为交流电的电源模块，所述电源模块包括：半导体开关电路器件；主基板，所述开关电路器件实体地且电气地耦接至所述主基板；至少一个副基板，所述半导体开关电路器件实体地且电气地耦接至所述至少一个副基板，使得所述半导体开关电路器件形成于所述主基板和所述至少一个副基板之间，以及盖。所述盖包括暴露出暴露于所述基板底面的开口。所述半导体开关电路器件通过钎焊或烧结连接，耦接至所述基板和所述副基板。热质体，也添加到每个所述至少一个副基板之上。热质体也可以利用导热层附接至对应的每个所述至少一个副基板的上表面。热质体也可以利用多种其他方法附接至所述至少一个副基板的上表面，例如导热粘合剂，钎焊，烧结，或层压箔。

在特别的实施例中，所述盖设置在所述电源模块的上面，包括至少一个盖孔，所述至少盖孔暴露出连接至对相应的副基板的热质体的顶面。所述盖也可以包括多个盖孔，每个盖孔均暴露出附接至应对的副基板的相应的热质体的顶面。

根据本发明的另一方面，所述半导体开关电路器件包括至少一个开关电路，所述至少一个开关电路包括绝缘栅双极晶体管和二极管。所述基板和/或副基板可以包括陶瓷层，所述陶瓷层具有顶面和底面，第一铜层耦接至所述陶瓷层的所述顶面，第二铜层耦接至所述陶瓷层的所述底面。另一种选择，所述基板和/或副基板可以包括铜层，氧化铝层和铝板，所述氧化铝层形成在所述铝基板上，所述铜层涂覆在所述氧化铝层上。热质体因此附接至副基板的第一铜层的上面。

根据本发明的其他方面，所述半导体开关电路器件的每个开关电路实体地且电气地偶接至所述基板和对应的副基板，使得多个开关电路实体地且电气地耦接至基板和对应的副基板。