[发明专利]混合动力汽车双面冷却平面高温逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车用高温逆变器。特别是涉及一种可以在超过175℃的结点温度 下可靠工作，去除第二套冷却循环系统，降低混合动力汽车的制造成本和维护成本的混 合动力汽车双面冷却平面高温逆变器。

背景技术

目前的混合动力汽车逆变器的结点温度要求不得高于150℃，通常使用125℃作为结点 温度，而混合动力汽车大功率逆变器中的电流可高达上百安培，必会产生大量的热量， 因此，必须在传统汽车中的环路液体冷却系统(散热器内介质温度高达105℃)的基础 上，在额外增加一套冷却循环系统，必然增加混合动力车的制造成本和长期的维修保养 成本。因此，混合动力汽车的发展急需一种新的汽车逆变器，使其可以在更高的温度(175 ℃)下长期可靠的工作，从而去除第二套冷却循环系统，降低混合动力汽车的制造成本。

显然，要求逆变器在175℃以上的结点温度下可靠工作，逆变器的整个封装系统必 须具有高的高温性能，并且要求能够将芯片产生的热量迅速疏导出去。当前汽车逆变器 的封装模块中的高压电极是用金属丝键合方法，因此热量只能从模块的单侧被导走，严 重限制了模块的热性能。近些年来，已经发展了几种不采用线连接而能提供双面冷却能 力的封装技术。International Rectifier Corp.(IR)用一个固体铜片代替连接电源与 引线框的引线框式键合。Vishay Siliconix公司发明了一种功率连接的专利技术，来代 替功率MOSFETs中传统的引线键合技术(用金属线将铜引线框与芯片直接连接)。通用 电气公司(GE)的研究者发明了用于封装功率器件的薄膜功率搭接技术，他们薄膜沉积 后进行电镀来进行芯片连接。Liang等人提出了与GE的功率搭接技术相似的嵌入式功率 技术。我们也曾提出了具有双面冷却能力的三维封装技术，如倒装焊、球栅阵列和旋涡 阵列连接技术。但是，上述的封装技术均是使用钎料合金来进行功率芯片的连接，而钎 料合金的高温性能限制了这些功率模块在高温下的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于新型无铅界面连接材料的低温烧结技 术，具有双面冷却能力和优良耐高温性能，可以在超过175℃的结点温度下可靠工作， 从而去除第二套冷却循环系统，降低混合动力汽车的制造成本和维护成本的混合动力汽 车双面冷却平面高温逆变器。

本发明所采用的技术方案是：一种混合动力汽车双面冷却平面高温逆变器，包括有 主动开关芯片和二极管芯片，所述的主动开关芯片和二极管芯片并排设置于上层覆铜陶 瓷基板和下层覆铜陶瓷基板之间，所述的主动开关芯片与上层覆铜陶瓷基板及下层覆铜 陶瓷基板之间的界面，以及二极管芯片与上层覆铜陶瓷基板及下层覆铜陶瓷基板之间的 界面均是通过烧结银接头而连接，所述的主动开关芯片、二极管芯片、上层覆铜陶瓷基 板和下层覆铜陶瓷基板之间的间隙填充有密封材料。

在所述的主动开关芯片和二极管芯片两者中相对薄的芯片下面设置金属垫片，使主 动开关芯片和二极管芯片两者高度相等。

所述的上层覆铜陶瓷基板和下层覆铜陶瓷基板均是表面镀镍/银的覆铜陶瓷基板。

所述的烧结银接头是采用纳米银膏在空气中，无压力或低压力下实现低温烧结，获 得的高密度的银烧结薄膜。

所述的密封材料为绝缘材料。

本发明的混合动力汽车双面冷却平面高温逆变器，在这种新型的混合动力汽车大功 率逆变器中，由于采用了具有双面冷却能力的平面功率模块设计，并且界面连接材料为 具有优良导热性能的高密度银烧结薄膜，因此逆变器具有优异的散热能力；并且银的熔 点很高，因此逆变器可在更高的结点温度下工作；又由于银烧结薄膜具有较低的弹性模 量，这有利于降低热循环下的热应力导致的疲劳失效，从而提高模块的可靠性。而且， 纳米银膏是无铅材料。因此，本发明可降低混合动力汽车的制造和维护成本，具有无铅 化，节能降耗且环保的特点，降低汽油等能源消耗，降低二氧化碳的排放，促进汽车工 业无铅化的发展。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1所构成的电路原理图。

其中：

1：主动开关芯片                   2：二极管芯片

3：上层覆铜陶瓷基板               4：下层覆铜陶瓷基板