一种功率模组及功率设备的制作方法

本申请涉及电子电力领域，尤其涉及到一种功率模组及功率设备。

背景技术：

1、功率模组是将功率电器件按一定的功能组合后再塑封或灌封成一个整体的功能模块，广泛应用于伺服电机、变频器、逆变器等设备中。考虑到功率模组的高散热和绝缘要求，功率模组中通常选用具有耐高温、耐腐蚀、高热导率、高机械强度、不易劣化等显著性优势的覆金属层陶瓷基板作为电器件的载体。电器件一般通过回流焊工艺固定在陶瓷基板的金属层表面，回流焊工艺需要利用外部高温热源加热焊料，由于功率模组内部不同材料的弹性模量和热膨胀系数的差异，在焊接完成后至功率模组冷却到室温期间，陶瓷基板的表面金属层会对陶瓷基片施加一定的作用力，当陶瓷基片受到的应力超过其强度阈值时就会发生开裂，进而导致功率模组绝缘耐压失效。

技术实现思路

1、本申请提供了一种功率模组及功率设备，以降低功率模组的陶瓷基板开裂的风险，提高功率模组的结构强度。

2、第一方面，本申请提供了一种功率模组，该功率模组包括第一基板和一个或多个芯片，第一基板包括陶瓷基片、第一金属层及第二金属层，第一金属层和第二金属层分别固定设置在陶瓷基片的相对的两侧表面。第一金属层在陶瓷基片的表面的投影位于陶瓷基片的轮廓范围内，也即陶瓷基片的边缘超出第一金属层的边缘，从而使第一金属层的边缘与陶瓷基片的边缘之间形成第一沟槽。另外，第一金属层还可以设置有第二沟槽，第二沟槽可用于将第一金属层分隔为多个线路区，芯片即可设置于第一金属层的线路区内。第一沟槽和第二沟槽中的至少一个沟槽内可填充有填充材料，该填充材料的填充厚度小于或等于第一金属层的厚度，以减小填充材料溢出到线路区的风险，提高后续芯片等电器件在线路区内的安装可靠性。利用填充材料可以有效均衡第一金属层和陶瓷基片的热膨胀量，从而缓解高温工艺过程中所导致的陶瓷基片的应力过大的问题，降低陶瓷基片的开裂风险，提高功率模组的结构强度。

3、在一些实施方案中，第二沟槽可以通过刻蚀工艺形成。第二沟槽的可以呈直线型、曲线型、折线形等等。另外，第二沟槽可以位于第一金属层的内侧区域，或者，第二沟槽也可以延伸至第一金属层的边缘，第二沟槽与第一沟槽相互连通。

4、在一些实施方案中，填充材料在常温下的弹性模量小于30gpa，所述填充材料的热膨胀系数小于200ppm/k。通过在第一沟槽和/或第二沟槽内填充弹性模量和热膨胀系数满足上述要求的填充材料，可以进一步缓解回流焊过程中由于高温所导致的陶瓷基片应力过大的问题，降低陶瓷基片开裂的风险。

5、在一些实施方案中，填充材料在陶瓷基片的表面的投影可以完全覆盖第一沟槽在陶瓷基片的表面的投影，也即第一沟槽内的填充材料围绕第一金属层的边缘呈环形设置，从而在第一基板的边缘区域形成连续的应力缓冲区，减小陶瓷基片开裂的风险。

6、在一些实施方案中，填充材料在陶瓷基片的表面的投影覆盖第一沟槽在陶瓷基片的表面的投影的部分区域。示例性的，填充材料覆盖第一沟槽的任意一侧、两侧或三侧，或者填充材料在第一沟槽内呈分段设置，这样既可以在一定程度上缓解陶瓷基片应力过大的问题，也能够节省填充材料的用量，降低功率模组的制作成本。

7、在一些实施方案中，填充材料在陶瓷基片的表面的投影可以完全覆盖第二沟槽在陶瓷基片的表面的投影，以增加第一基板内侧区域所形成的应力缓冲区的覆盖范围，有助于进一步降低陶瓷基片开裂的风险。

8、在一些实施方案中，填充材料在陶瓷基片的表面的投影覆盖第二沟槽在陶瓷基片的表面的投影的部分区域。示例性的，填充材料覆盖第二沟槽靠近第一金属层的边缘的部分区域，或者填充材料覆盖第二沟槽靠近第一金属层的中心区域的部分，或者填充材料在第二沟槽内呈分段设置。这种设计也可以在一定程度上缓解陶瓷基片应力过大的问题，并有助于降低功率模组的制作成本。

9、在一些实施方案中，填充材料可以为高分子材料。示例性的，填充材料可以为环氧树脂、聚酰亚胺或胶水。

10、在一些实施方案中，功率模组还可以包括第二基板，第二基板可用于承载第一基板，且第二基板与第一基板的第二金属层接触。芯片工作时产生的热量可以通过第一基板传递给第二基板，并通过第二基板向外界散发，以此实现对芯片的散热。

11、在一些实施方案中，功率模组还包括外壳、填充胶和多个引脚，其中，外壳与第二基板连接，且外壳与第二基板承载有第一基板的一侧形成用于容纳第一基板和芯片腔体，外壳包括多个通孔，填充胶填充于腔体内，以对第一基板、芯片以及各个引脚的至少部分进行包裹。多个引脚的一端与第一金属层电连接，多个引脚的另一端分别通过多个通孔暴露于腔体外部，以便于各个引脚能够与外部器件进行电连接，进而实现功率模组与外部器件的电连接。

12、在一些实施方案中，功率模组还包括封装体和多个引脚，多个引脚的一端与第一金属层电连接，多个引脚的另一端朝向远离第一金属层的方向延伸；封装体用于包括芯片、第一基板的至少部分以及各个引脚的至少部分，且封装体暴露出多个引脚的另一端，以便于各个引脚能够与外部器件进行电连接，进而实现功率模组与外部器件的电连接。

13、第二方面，本申请还提供了一种功率设备，该功率设备可包括电路板以及前述第一方面任一实施方案中的功率模组，功率模组与电路板电连接，从而利用电路板为功率模组提供电流或电压输入与输出以及供电等功能。

技术特征：

1.一种功率模组，其特征在于，包括第一基板和一个或多个芯片，所述第一基板包括陶瓷基片、第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层分别设置于所述陶瓷基片的两侧表面，其中：

2.如权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述填充材料在常温下的弹性模量小于30gpa，所述填充材料的热膨胀系数小于200ppm/k。

3.如权利要求1或2所述的功率模组，其特征在于，所述填充材料在所述陶瓷基片的表面的投影完全覆盖所述第一沟槽在所述陶瓷基片的表面的投影。

4.如权利要求1或2所述的功率模组，其特征在于，所述填充材料在所述陶瓷基片的表面的投影覆盖所述第一沟槽在所述陶瓷基片的表面的投影的部分区域。

5.如权利要求1-4任一项所述的功率模组，其特征在于，所述填充材料在所述陶瓷基片的表面的投影完全覆盖所述第二沟槽在所述陶瓷基片的表面的投影。

6.如权利要求1-4任一项所述的功率模组，其特征在于，所述填充材料在所述陶瓷基片的表面的投影覆盖所述第二沟槽在所述陶瓷基片的表面的投影的部分区域。

7.如权利要求1-6任一项所述的功率模组，其特征在于，所述填充材料为环氧树脂、聚酰亚胺或胶水。

8.如权利要求1-7任一项所述的功率模组，其特征在于，所述功率模组还包括第二基板，所述第二基板用于承载所述第一基板，且所述第二基板与所述第二金属层接触。

9.如权利要求8所述的功率模组，其特征在于，所述功率模组还包括外壳、填充胶和多个引脚，所述外壳与所述第二基板连接，且所述外壳与所述第二基板承载有所述第一基板的一侧形成用于容纳所述第一基板和所述芯片的腔体，所述外壳包括多个通孔，所述填充胶填充于所述腔体内；

10.如权利要求1-8任一项所述的功率模组，其特征在于，所述功率模组还包括封装体和多个引脚，多个所述引脚的一端与所述第一金属层电连接，多个所述引脚的另一端朝向远离所述第一金属层的方向延伸；

11.一种功率设备，其特征在于，包括电路板以及如权利要求1-10任一项所述的功率模组，所述功率模组与所述电路板电连接。

技术总结本技术公开了一种功率模组及功率设备，以降低功率模组的陶瓷基板开裂的风险，提高功率模组的结构强度。功率模组包括第一基板和一个或多个芯片，第一基板包括陶瓷基片、第一金属层和第二金属层，第一金属层和第二金属层分别设置于陶瓷基片的两侧表面。第一金属层在陶瓷基片的表面的投影位于陶瓷基片的表面的轮廓范围内，且第一金属层的边缘与陶瓷基片的边缘之间形成第一沟槽；第一金属层包括第二沟槽，第二沟槽用于将第一金属层分隔为多个线路区；第一沟槽和第二沟槽中的至少一个沟槽内具有填充材料，填充材料的填充厚度小于或等于第一金属层的厚度；芯片固定于第一金属层的线路区内。技术研发人员：刘玉敏,高瑞瑞,乔云飞,陈光涛受保护的技术使用者：华为数字能源技术有限公司技术研发日：20231031技术公布日：2024/7/25