功率模块安装结构和电力电子装置的制作方法

1.本实用新型总地涉及功率模块领域，具体而言涉及一种功率模块安装结构和电力电子装置。


背景技术：

2.功率模块(例如igbt，即绝缘栅双极晶体管)在通电流工作过程中，功率模块中为其供电的芯片会不停地开通和关断，在此过程中芯片的温度会不断上升，从而影响功率模块的过电流能力。
3.为解决因芯片温度上升而影响功率模块过电流能力的问题，需要为功率模块散热提供冷却方案。现有方案通常将功率模块固定在可以提供水冷循环的散热器上，用螺钉将功率模块与散热器固定在一起，散热器连接冷却管道，通过水冷实现为功率模块散热的效果。
4.现有的技术是在功率模块的外框上下两端制作安装孔结构，再将耐磨耐压的固定压环镶嵌在功率模块的外框上，通过螺钉将其与散热器拧紧固定在一起。由于功率模块内部封装零部件很多，因此该方案制作难度大，且制作成本高。另外，由于在功率模块的外框上下两端制作安装定位孔，会使得功率模块整体长度增加，电流从输入端子到输出端子之间的距离增加，电感变大，影响功率模块的过电流能力。
5.因此，鉴于上述技术问题的存在，有必要提出一种新的功率模块安装结构和电力电子装置。


技术实现要素：

6.在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
7.针对现有技术的不足，本实用新型一方面提供了一种功率模块安装结构，包括：散热部件，所述散热部件的安装面上的两侧分别设置有至少一个第一安装孔；位于所述散热部件的安装面上的至少一个功率模块，所述功率模块具有彼此相对的第一侧边和第二侧边、以及彼此相对的第三侧边和第四侧边，其中所述第一侧边和第二侧边上分别设置有输入端子和输出端子，所述至少一个第一安装孔分别位于所述第三侧边和所述第四侧边外侧的所述散热部件的安装面上；以及部分位于所述功率模块上部的压接部件，所述压接部件具有与所述第一安装孔对应设置的第二安装孔，以及与所述第一安装孔和所述第二安装孔配合使用的连接部件，所述压接部件通过所述连接部件将所述功率模块固定安装在所述散热部件的安装面上。
8.在一个实施例中，所述压接部件包括至少两个压接条，所述至少两个压接条仅覆盖所述功率模块的第三侧边和第四侧边，或者仅覆盖所述功率模块的第一侧边和第二侧
边，所述至少两个压接条分别具有与所述第一安装孔对应设置的第二安装孔。
9.在一个实施例中，所述功率模块安装结构包括一个功率模块，所述压接部件包括两个压接条，所述两个压接条分别通过所述连接部件将所述功率模块的第三侧边与第四侧边固定安装在所述散热部件的安装面上，从而将所述功率模块固定安装在所述散热部件的安装面上。
10.在一个实施例中，所述功率模块安装结构包括至少两个并排设置的所述功率模块，至少两个并排设置的所述功率模块中的一个功率模块的第三侧边或第四侧边与另一个功率模块的第四侧边或第三侧边邻接设置，所述压接部件包括多个压接条，所述多个压接条中的部分压接条通过所述连接部件将邻接设置的一个功率模块的第三侧边或第四侧边与另一个功率模块的第四侧边或第三侧边一起固定安装在所述散热部件的安装面上，从而将至少两个并排设置的所述功率模块固定安装在所述散热部件的安装面上。
11.在一个实施例中，所述功率模块安装结构包括至少两个并排设置的所述功率模块，至少两个并排设置的所述功率模块中的一个功率模块的第三侧边或第四侧边与另一个功率模块的第四侧边或第三侧边邻接设置，所述压接部件包括两个压接条，所述两个压接条分别通过所述连接部件将至少两个并排设置的所述功率模块的第一侧边一起固定安装在所述散热部件的安装面上，以及将至少两个并排设置的所述功率模块的第二侧边一起固定安装在所述散热部件的安装面上，从而将所述功率模块固定安装在所述散热部件的安装面上。
12.在一个实施例中，所述压接部件包括压接板，所述压接板覆盖所述功率模块的整个表面，其两端具有与所述第一安装孔对应设置的第二安装孔。
13.在一个实施例中，所述功率模块安装结构包括至少两个并排设置的所述功率模块，至少两个并排设置的所述功率模块中的一个功率模块的第三侧边或第四侧边与另一个功率模块的第四侧边或第三侧边邻接设置，所述压接板覆盖至少两个并排设置的所述功率模块的整个表面，并且在所述压接板的两端处通过所述连接部件将至少两个并排设置的所述功率模块一起固定安装在所述散热部件的安装面上。
14.在一个实施例中，所述散热部件的安装面上与相邻设置的两个功率模块的邻接位置相对应的位置处还设有至少一个第一安装孔，所述压接板上设置有与所述第一安装孔对应设置的第二安装孔，通过所述连接部件将所述功率模块进一步固定安装在所述散热部件的安装面上。
15.在一个实施例中，所述压接板上还设置有至少一个窗口，每个窗口与所述功率模块的模块本体相对设置。
16.在一个实施例中，所述功率模块上不设置压环或安装孔。
17.在一个实施例中，所述第三侧边和所述第四侧边外侧的所述散热部件的安装面上的两侧分别设置有至少两个所述第一安装孔。
18.在一个实施例中，所述散热部件包括散热器以及与其相连的冷却管道，所述冷却管道中设置有冷却液体，所述连接部件包括螺栓或螺钉。
19.在一个实施例中，所述功率模块包括igbt模块。
20.本实用新型的另一方面提供了一种电机驱动控制器，包括如上所述的功率模块安装结构。
21.本实用新型的又一方面提供了一种新能源汽车，包括如上所述的功率模块安装结构。
22.本实用新型的再一方面提供了一种电力电子装置，包括如上所述的功率模块安装结构。
23.本实用新型的功率模块安装结构和电力电子装置，采用压接安装方式，无需在功率模块的外框上制作安装孔和压环，优化了功率模块的安装方式，零部件少、制作成本低，并且使得功率模块从输入端子到输出端子的距离近、电感小，提高了输出电流能力。
附图说明
24.本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。
25.附图中：
26.图1示出了现有的示例功率模块的结构示意图；
27.图2示出了图1的功率模块安装结构的结构示意图；
28.图3示出了根据本实用新型一个实施例的功率模块的结构示意图；
29.图4示出了根据本实用新型一个实施例的功率模块安装结构的结构示意图；
30.图5示出了根据本实用新型另一实施例的功率模块安装结构的结构示意图；
31.图6示出了根据本实用新型又一实施例的功率模块安装结构的结构示意图；
32.图7示出了根据本实用新型再一实施例的功率模块安装结构的结构示意图；
33.图8示出了根据本实用新型再一实施例的功率模块安装结构的结构示意图；以及
34.图9示出了根据本实用新型再一实施例的功率模块安装结构的结构示意图。
具体实施方式
35.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
36.应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
37.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
38.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
39.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
40.为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本实用新型提出的技术方案。本实用新型的优选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。
41.为了优化功率模块安装结构，本实用新型提供一种功率模块安装结构，包括：散热部件，所述散热部件的安装面上的两侧分别设置有至少一个第一安装孔；位于所述散热部件的安装面上的至少一个功率模块，所述功率模块具有彼此相对的第一侧边和第二侧边、以及彼此相对的第三侧边和第四侧边，其中所述第一侧边和第二侧边上分别设置有输入端子和输出端子，所述至少一个第一安装孔分别位于所述第三侧边和所述第四侧边外侧的所述散热部件的安装面上；以及部分位于所述功率模块上部的压接部件，所述压接部件具有与所述第一安装孔对应设置的第二安装孔，以及与所述第一安装孔和所述第二安装孔配合使用的连接部件，所述压接部件通过所述连接部件将所述功率模块固定安装在所述散热部件的安装面上。
42.本实用新型的功率模块安装结构，采用压接安装方式，无需在功率模块的外框上制作安装孔和压环，优化了功率模块的安装方式，零部件少、制作成本低，并且使得功率模块从输入端子到输出端子的距离近、电感小，提高了输出电流能力。
43.为了便于理解，下面首先结合图1和图2简要描述现有的功率模块及其安装结构。其中，图1示出了现有的示例功率模块100的结构示意图，图2示出了图1的功率模块安装结构200的结构示意图。
44.参见图1，图1的功率模块100可以包括壳体110、输入端子120、输出端子130和盖板140。其中，壳体110内容纳各种芯片，用于实现各种功能；盖板140与壳体110相配合，以密封壳体110中的芯片；输入端子120和输出端子130分别设置于壳体外侧相对的两个侧边上，分别用于输入信号和输出信号。其中，壳体110上输入端子120和输出端子130所在的两个侧边上还分别设置有一安装孔150以及与安装孔相配合的压环160。
45.参见图2，功率模块安装结构200包括功率模块100、散热部件210和连接部件220。其中，散热部件210的安装面上的两侧分别设置有与安装孔150对应设置的一安装孔(图中不可见)。其中，当将功率模块100置于散热部件210的安装面上时，连接部件220通过安装孔
150、压环160和散热部件上的安装孔将功率模块100固定安装在散热部件210的安装面上。
46.可见，功率模块安装结构200需要在其外框上制作安装孔，需要占用较大的空间，使得模块整体长度增长，体积变大，并且电流从输入端子到输出端子的距离增长，电感变大，影响模块过电流能力，并且需要制作盖板等部件，零部件多，制作成本高。
47.下面，参考图3
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图9对本实用新型的功率模块安装结构做详细说明。图3示出了根据本实用新型一个实施例的功率模块的结构示意图；图4示出了根据本实用新型一个实施例的功率模块安装结构的结构示意图；图5示出了根据本实用新型另一实施例的功率模块安装结构的结构示意图；图6示出了根据本实用新型又一实施例的功率模块安装结构的结构示意图；图7
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图9示出了根据本实用新型再一实施例的功率模块安装结构的结构示意图。应注意，图3
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图9中的结构仅是示例性的，在此基础上，本领域技术人员可根据实际需要进行适当的改进、变形或细化，所有改进、变形或细化均落入本实用新型的范围内。
48.如图3所示，本实用新型的功率模块300可以包括一体成型的模块本体310、输入端子320和输出端子330。其中，模块本体310内容纳有各种芯片，用于实现各种功能；输入端子320和输出端子330分别设置于模块本体外侧相对的两个侧边上，分别用于输入信号和输出信号。应理解，图3仅仅是示例性的，图中也可以330为输入端子，320为输出端子。
49.示例性地，功率模块300可以包括三个输入端子320和一个输出端子330，其中三个输入端子320分别用于输入不同的输入信号，例如时钟(clk)信号、使能(en)信号、电压信号等，并且对输入端子的数目不作限定。
50.如图4所示，功率模块安装结构400可以包括散热部件410、至少一个功率模块420和压接部件430。图4示出了包括一个功率模块的情况。
51.其中，功率模块420位于散热部件410的安装面上，其具有彼此相对的第一侧边421和第二侧边422、以及彼此相对的第三侧边423和第四侧边424。其中，第一侧边421和第二侧边422上分别设置有输入端子425和输出端子426。
52.示例性地，功率模块420可以为本领域公知的任何功率模块，例如智能功率模块，高功率模块等，本实用新型对此不作限定。示例性地，功率模块420可以为本领域公知的任何类型的功率模块，例如，电源模块、二极管模块、三极管模块等，本实用新型对此不作限定。示例性地，功率模块420为igbt(绝缘栅双极晶体管)模块。
53.示例性地，功率模块420可以包括三个输入端子425和一个输出端子426，其中三个输入端子425分别用于输入不同的输入信号，例如时钟(clk)信号、使能(en)信号、电压信号等。示例性地，图4中也可以425为输出端子，426为输入端子，并且对输入端子的数目不作限定。
54.其中，功率模块420上不设置压环或安装孔，优化了功率模块的安装方式，使得功率模块从输入端子到输出端子的距离近、电感小，提高了输出电流能力。
55.示例性地，功率模块420为一体塑封成型，无需盖板等额外的封装部件。
56.其中，散热部件410可以包括散热器(图中不可见)以及与其相连的冷却管道。其中，散热器可以为本领域公知的结构形状，例如波浪形、回字形等，本实用新型对此不作限定。其中，冷却管道中设置有冷却液体，例如，水等。冷却管道可以包括进液管412和出液管413，冷却液体从进液管412进入散热器，流经散热器后，从出液管413流出，以对功率模块420进行循环散热。
57.示例性地，散热部件410的安装面上的两侧分别设置有至少一个第一安装孔(图中不可见)。示例性地，第一安装孔邻近散热部件410的两个相对的侧边设置。
58.示例性地，散热部件410的安装面上邻近两个相对的侧边处分别设置有至少两个第一安装孔，即邻近每个侧边处分别设置至少两个安装孔，以增加连接的稳健性。
59.示例性地，散热部件410的第一安装孔分别位于第三侧边423和第四侧边424外侧的散热部件的安装面上，即与输入端子和输出端子位于不同的侧边处，以便于固定功率模块420。
60.其中，压接部件430部分位于功率模块420的上部，具有第二安装孔431以及连接部件432，其中各个第二安装孔431分别与各个第一安装孔对应设置，连接部件432与第一安装孔和第二安装孔431配合使用，从而压接部件430通过连接部件432将功率模块420固定安装在散热部件410的安装面上。
61.示例性地，连接部件432可以包括螺栓或螺钉，还可以包括其他本领域公知的连接部件，本实用新型对此不作限定。
62.示例性地，压接部件430可以包括至少两个压接条，至少两个压接条仅覆盖功率模块420的第三侧边423和第四侧边424，分别压接在功率模块420的第三侧边423和第四侧边424上；或者至少两个压接条仅覆盖功率模块420的第一侧边421和第二侧边422，分别压接在功率模块420的第一侧边421和第二侧边422上。其中，每个压接条都具有与第一安装孔对应设置的第二安装孔431。示例性地，每个压接条分别具有至少两个第二安装孔431，以增加连接的稳健性。
63.图4中示出了功率模块安装结构400包括一个功率模块420的情况，此时压接部件430包括两个压接条，两个压接条分别通过连接部件432将功率模块420的第三侧边与第四侧边固定安装在散热部件410的安装面上，从而将功率模块420固定安装在散热部件410的安装面上。
64.参见图5，此时功率模块安装结构400包括至少两个(图中示出为3个)并排设置的功率模块420。其中，至少两个并排设置的功率模块420中的各个功率模块串联设置，即一个功率模块的第三侧边或第四侧边与另一个功率模块的第四侧边或第三侧边邻接设置。此时，压接部件430可以包括多个压接条，其中多个压接条中的部分压接条，即位于相邻两个功率模块之间的压接条，通过连接部件432将邻接设置的一个功率模块的第三侧边或第四侧边与另一个功率模块的第四侧边或第三侧边一起固定安装在散热部件410的安装面上，从而将该至少两个并排设置的功率模块固定安装在散热部件410的安装面上。
65.参见图6，此时功率模块安装结构400包括至少两个(图中示出为3个)并排设置的功率模块420，功率模块420的设置方式与图5相同，不同之处在于：图6中压接部件430包括两个压接条，两个压接条分别通过连接部件432将至少两个并排设置的功率模块的第一侧边421一起固定安装在散热部件410的安装面上，以及将至少两个并排设置的功率模块的第二侧边422一起固定安装在散热部件410的安装面上，从而将功率模块420固定安装在散热部件410的安装面上。
66.示例性地，此时可以仅在两个压接条的两端设置第二安装孔，并在散热部件410的安装面上对应设置第一安装孔，通过连接部件将功率模块420固定安装在散热部件410的安装面上。
67.示例性地，除了在两个压接条的两端设置第二安装孔外，还可以在压接条上与两个功率模块邻接的位置相对的位置处设置第二安装孔，并在散热部件410的安装面上对应设置第一安装孔，通过连接部件将功率模块420进一步固定安装在散热部件410的安装面上。
68.示例性地，压接部件430可以包括压接板，该压接板覆盖功率模块420的整个表面，其两端具有与第一安装孔对应设置的第二安装孔。
69.参见图7，此时功率模块安装结构400包括至少两个(图中示出为3个)并排设置的功率模块420。其中，至少两个并排设置的功率模块420中的各个功率模块串联设置，即一个功率模块的第三侧边或第四侧边与另一个功率模块的第四侧边或第三侧边邻接设置。此时，压接部件430可以为压接板，该压接板覆盖该至少两个并排设置的功率模块的整个表面，并且在压接板的两端处通过连接部件432将该至少两个并排设置的功率模块一起固定安装在散热部件410的安装面上。
70.参见图8，此时功率模块安装结构400包括至少两个(图中示出为3个)并排设置的功率模块420，功率模块420的设置方式与图7相同，不同之处在于：散热部件410的安装面上与相邻设置的两个功率模块的邻接位置相对应的位置处设有至少一个第一安装孔，压接板上设置有与该第一安装孔对应设置的第二安装孔，通过连接部件432将功率模块420进一步固定安装在散热部件410的安装面上。
71.示例性地，该压接板上还可以设置有至少一个窗口，每个窗口与各个功率模块的模块本体相对设置，以便于功率模块散热。本领域技术人员应理解，虽然未示出，但其他图中的压接板也可以设置有上述至少一个窗口，本实用新型对此不作限定。
72.参见图9，功率模块安装结构400还可以包括驱动部件440，用于驱动功率模块420。其中，驱动部件440位于功率模块420和压接部件430上，其包括至少两个第三安装孔442，此时压接部件430和/或功率模块420上可以包括与第三安装孔442对应设置的第四安装孔(图中未示出)，连接部件与第三安装孔和第四安装孔配合使用，以将驱动部件440固定安装在压接部件430和/或功率模块420上。
73.应理解，虽然图中未示出，但是应理解，在功率模块安装结构包括一个功率模块的情况下，压接部件也可以为压接板，本实用新型对此不作限定。
74.上述实施例的功率模块安装结构，采用压接安装方式，无需在功率模块的外框上制作安装孔和压环，优化了功率模块的安装方式，零部件少、制作成本低，并且使得功率模块从输入端子到输出端子的距离近、电感小，提高了输出电流能力。
75.在本实用新型的另一实施例中，提供了一种电机驱动控制器，其包括如上实施例所述的功率模块安装结构。
76.由于电机驱动控制器中的功率模块安装结构采用压接安装方式，无需在功率模块的外框上制作安装孔和压环，因此该电机驱动控制器同样具有上述优点。
77.该电机驱动控制器可以包括本领域公知的任何类型和型号的电机驱动控制器，本实用新型对此不作限定。
78.在本实用新型的又一实施例中，提供了一种新能源汽车，其包括如上实施例所述的功率模块安装结构。
79.由于新能源汽车中的功率模块安装结构采用压接安装方式，无需在功率模块的外
框上制作安装孔和压环，因此该新能源汽车同样具有上述优点。
80.除上述功率模块安装结构之外，该新能源汽车还可以包括本领域公知的其他装置，例如变速器、制动装置、转向装置等，为了简洁，在此不再赘述。
81.在本实用新型的再一实施例中，提供了一种电力电子装置，其包括如上实施例所述的功率模块安装结构。
82.由于电力电子装置中的功率模块安装结构采用压接安装方式，无需在功率模块的外框上制作安装孔和压环，因此该电力电子装置同样具有上述优点。
83.该电力电子装置可以包括本领域公知的任何类型的电力电子装置，例如变频器、ups(不间断电源)、电磁炉、电焊机等任何电力电子产品或装置，也可以是上述电力电子装置的中间产品，例如：具有该功率模块安装结构的电机驱动控制器等。
84.本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。