具有导热界面材料的逆变器及应用其的混合动力车制造技术

技术编号:15159124 阅读:65 留言:0更新日期:2017-04-12 09:09
提供了一种包括混合功率控制单元(HPCU)的混合动力车。HPCU包括:功率模块,其内部布置有芯片,各芯片在工作时产生热量;冷却器,冷却功率模块发出的热量;芯片焊接界面材料(SIM),接合芯片与功率模块而形成内部接合层;以及冷却器焊接界面材料(SIM),接合功率模块与冷却器而形成外部接合层。因此,实现了冷却性能的改善和成本的降低,而不会发生当使用低导热率的TIM时导致的涂布厚度不均匀和抽出现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及逆变器,且更具体地,涉及一种具有能够通过冷却器与功率模块之间的接合实现冷却性能改善和成本降低的导热界面材料的逆变器,和应用该逆变器的混合动力车。
技术介绍
一般地,安装在作为电动机驱动车辆的混合动力车或电动车上的混合功率控制单元(HPCU),用于升高输入电压以减小施加至系统的电流并改善电动机性能。特别地,HPCU是混合动力车和电动车的关键技术。通常,HPCU与作为核心部件并占大部分成本的绝缘栅双极晶体管(IGBT)和冷却器一起构造。特别地,IGBT称为功率模块,并且功率模块的半导体器件(芯片)在工作时由于其高内压和大电流而产生大量的热。因此,可减小半导体器件和二极管的额定电流以改善功率模块的冷却性能。此外,可减小芯片的尺寸。因此,可减少制造芯片的成本,并且功率模块可稳定地工作。例如,在HPCU
,除了冷却器和功率模块的单面或双面冷却方法以外,还需要改善功率模块的冷却性能的、与冷却器的形状或接合相关的技术。热界面材料(TIM)接合方法是冷却器接合技术的代表例。在TIM接合方法中,使用导热脂将冷却器接合至功率模块。示例性冷却方法包括使用导热脂将冷却器接合至功率模块的一个表面的单面冷却壳体型冷却方法。替代地,双面冷却模塑型冷却方法使用导热脂将冷却器接合至功率模块的两个表面。因此,由于导热脂介于功率模块与冷却器之间,功率模块的冷却性能通过导热脂的导热率得到改善。由此,HPCU具有改善的热性能,同时减少了功率模块的制造成本。然而,由于TIM接合方法应用于单面冷却壳体型冷却方法和双面冷却模塑型冷却方法两者,因此具有有限的性能特征。首先,由于TIM具有约0~5K/Wm的低导热率,并且HPCU(功率模块冷却器)具有约20~30%的热性能,因此HPCU的总体冷却性能低。第二,由于功率模块在工作期间重复的热收缩和膨胀,会发生消耗TIM的抽出现象,因此导致TIM的不足。第三,由于在冷却器与功率模块之间涂敷TIM困难,因此功率模块可能因为TIM厚度的偏差而具有不均匀的导热率。此外,功率模块可能由于部分高温而具有低可靠性。第四,TIM涂敷于功率模块的至少两个至四个表面的双面冷却模塑型冷却方法,具有与单面冷却壳体型冷却方法相同的有限特征。在本部分公开的上述信息仅仅为了加强对本专利技术背景的理解,因此其可能包含不构成本国内本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有导热界面材料的逆变器,能够实现混合动力车的冷却性能的改善和成本的降低。此外,本专利技术通过使用具有高导热率的SIM接合冷却器和功率模块,与使用具有低导热率的TIM相比,不会产生涂布厚度不均匀和抽出现象。特别地,可实现通过改善功率模块的冷却性能而降低HPCU的成本,并提高竞争力。根据本专利技术的一个方面,一种具有导热界面材料的逆变器可包括:功率模块,内部布置有芯片,各芯片在工作时产生热量;冷却器,构造为冷却功率模块发出的热量;芯片SIM,接合芯片与功率模块而形成内部焊料层;以及冷却器SIM,接合功率模块与冷却器而形成外部焊料层。芯片SIM可具有高于冷却器SIM的熔化温度。功率模块可以是其中冷却器通过冷却器SIM接合至功率模块的第一表面的单面冷却功率模块。单面冷却功率模块可包括通过芯片SIM接合至芯片的第一DBC板,与第一DBC板结合使得冷却器通过冷却器SIM接合至第一DBC板的露出的外表面的壳体,以及占据(例如,填充)壳体的内部空间的填料。填料可以是凝胶。在第一DBC板的露出的外表面与冷却器之间可布置底板。冷却器SIM可用于接合第一DBC板的露出的外表面与底板,并可接合底板与冷却器。功率模块可以是其中冷却器通过冷却器SIM接合至功率模块的两个表面的双面冷却功率模块。双面冷却功率模块可包括:第一和第二DBC板,形成彼此相对的空间;以及填料模塑体,填充第一和第二DBC板之间的空间。芯片可通过芯片SIM分别接合至第一和第二DBC板的相对的表面。冷却器可通过冷却器SIM分别接合至第一和第二DBC板的露出的外表面。填料模塑体可以是环氧模塑料(EMC)。在第一和第二DBC板之间可布置间隔件,其相对的表面可通过芯片SIM接合至芯片。芯片SIM可用于接合芯片与间隔件,并可接合间隔件与第二DBC板。根据本专利技术的另一示例性实施例,一种混合动力车可包括:内燃机;电动发电机,构造为在被电驱动的同时发电;电池,构造为在被充电的同时供电;以及包括单面冷却功率模块的HPCU。单面冷却功率模块可具有第一DBC板,通过芯片SIM接合至第一和第二芯片;壳体,与第一DBC板结合使得第一冷却器通过冷却器SIM接合至第一DBC板的露出的外表面;以及填料,占据壳体的内部空间。根据本专利技术的示例性实施例,一种混合动力车可包括:内燃机;电动发电机,构造为在被电驱动的同时发电;电池,构造为在被充电的同时供电;以及HPCU。HPCU可包括双面冷却功率模块,其具有第一和第二DBC板,形成彼此相对的空间;以及填料模塑体,占据第一和第二DBC板之间的空间。第一和第二芯片可通过芯片SIM分别接合至第一和第二DBC板的相对的表面。此外,第一和第二冷却器可通过冷却器SIM分别接合至第一和第二DBC板的露出的外表面。附图说明根据以下结合附图进行的详细说明,本专利技术的上述和其他目的、特征和优点将得以更清楚地理解,其中:图1是示出根据本专利技术的第一示例性实施例的具有导热界面材料的单面冷却壳体型逆变器的示例性视图;图2是示出根据本专利技术的第二示例性实施例的具有导热界面材料的双面冷却模塑型逆变器的示例性视图;图3A是示出应用根据本专利技术的示例性实施例的具有导热界面材料的逆变器的混合动力车的示例的示例性视图;并且图3B至图3C是示出根据本专利技术的示例性实施例的HPCU的示例性视图。具体实施方式现在将详细参照本专利技术的各种示例性实施例,其示例将在以下参照附图更详细地说明。然而,本专利技术可以不同形式实施,而不应解释为限制于本文所述的实施例。相反,本专利技术意在不仅覆盖这些示例性实施例,而且覆盖可包括在所附权利要求限定的本专利技术的思想和范围内的各种替代形式、改型、等价形式和其他实施例。在整个说明书中,在本专利技术的所有附图和示例性实施例中,相同的附图标记表示相同的部件。本文所使用的术语仅用于说明特定实施例的目的,而非意在限制本专利技术。如本文所使用的,单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也包括复数形式,除非上文中另外清楚表明。还将理解的是,词语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时,指定所述特征、整体、步骤、操作、元素和/或部件的存在,但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、部件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的,词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。例如,为了使本专利技术的说明清晰,无关的部件未示出,为且为了清楚起见,层和区域的厚度被夸大。此外,当表述一层在另一层或基板“上”时,该层可直接位于另一层或基板上,或者两者之间可布置有第三层。应当理解的是,本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它类似术语包括一般的机动车辆,例如包括运动型多功能车辆SUV)、公共汽车、卡车、多种商用车辆在内的乘用车辆,包括多种艇和船在内的水运工具,航空器等等,并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种具有导热界面材料的逆变器,包括:功率模块,内部布置有芯片,各芯片构造为在工作时产生热量;冷却器,构造为冷却所述功率模块发出的热量;芯片焊接界面材料(SIM),接合所述芯片与所述功率模块而形成内部接合层;以及冷却器焊接界面材料(SIM),接合所述功率模块与所述冷却器而形成外部接合层。

【技术特征摘要】
2015.10.01 KR 10-2015-01385401.一种具有导热界面材料的逆变器,包括:功率模块,内部布置有芯片,各芯片构造为在工作时产生热量;冷却器,构造为冷却所述功率模块发出的热量;芯片焊接界面材料(SIM),接合所述芯片与所述功率模块而形成内部接合层;以及冷却器焊接界面材料(SIM),接合所述功率模块与所述冷却器而形成外部接合层。2.根据权利要求1所述的逆变器,其中,所述芯片SIM具有高于所述冷却器SIM的熔化温度。3.根据权利要求1所述的逆变器,其中,所述功率模块是所述冷却器通过所述冷却器SIM接合至所述功率模块的一个表面的单面冷却功率模块。4.根据权利要求3所述的逆变器,其中,所述单面冷却功率模块包括:通过所述芯片SIM接合至所述芯片的第一直接敷铜(DBC)板;与所述第一DBC板结合的壳体,其中所述冷却器通过所述冷却器SIM接合至所述第一DBC板的露出的外表面;以及填充所述壳体的内部空间的填料。5.根据权利要求4所述的逆变器,其中,所述填料是凝胶。6.根据权利要求4所述的逆变器,其中,在所述第一DBC板的露出的外表面与所述冷却器之间布置底板,并且所述冷却器SIM用于接合所述第一DBC板的露出的外表面与所述底板,以及接合所述底板与所述冷却器。7.根据权利要求1所述的逆变器,其中,所述功率模块是冷却器通过所述冷却器SIM接合至所述功率模块的两个表面的双面冷却功率模块。8.根据权利要求7所述的逆变器,其中,所述双面冷却功率模块包括:第一和第二DBC板,彼此相对布置在两者之间形成空间,以及填料模塑体,填充所述第一和第二DBC板之间的空间,其中所述芯片通过所述芯片SIM分别接合至所...

【专利技术属性】
技术研发人员:李贤求G·安德里亚斯
申请(专利权)人:现代自动车株式会社起亚自动车株式会社英飞凌科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:韩国;KR

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