[發(fā)明專利]一種脈沖功率開關(guān)電路封裝結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410233875.6
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104051442A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁琳;常文光
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01L25/00
• 分類號: H01L25/00;H01L25/16;H01L23/488;H03K17/56
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成封裝技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種脈沖功率開關(guān)電路封裝結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于低電感脈沖電源裝置。

背景技術(shù)

脈沖功率技術(shù)是一種將功率密度小的能量進行壓縮存儲后，在極短的時間內(nèi)以高功率釋放的技術(shù)。其始于1962年，經(jīng)過數(shù)十年的蓬勃發(fā)展，已經(jīng)成為一項重要的工程應(yīng)用技術(shù)，在軍事和工業(yè)上有著重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。對于一個脈沖功率系統(tǒng)而言，核心包括電路拓撲、絕緣和開關(guān)三大技術(shù)。

常見的半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)有脈沖晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管(Gate?Turn-off?Thyristor,GTO)、絕緣柵雙極晶體管(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor,IGBT)、功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor?Field-Effect?Transistor,MOSFET)、反向開關(guān)晶體管(Reversely?Switched?Dynistor,RSD)等。

高通態(tài)電流上升率(di/dt)在脈沖功率技術(shù)中的應(yīng)用很多，例如準分子激光器、電磁軌道炮等。它們對于電壓的要求不高，但對電流的要求比較苛刻，理想的電流一般為梯形脈沖電流，其峰值要求幾百kA至MA，峰值上升時間短(一般為微秒級別)，峰值持續(xù)時間達到毫秒量級。一般而言，半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)都需要在電路中增加緩沖電路以防止di/dt過高導(dǎo)致器件損壞。

傳統(tǒng)的脈沖功率電路一般是使用導(dǎo)線或者銅排等連接各個分立器件，各個器件的連接通過螺栓，連接處的金屬接觸依靠擠壓力保持，所帶來的雜散參數(shù)較大且難以計算。另外，隨著對脈沖功率電路中的di/dt、最高電壓、重復(fù)頻率等的等級要求越來越高，寄生參數(shù)所帶來的影響越來越大，電路的分析和計算也變得相當(dāng)復(fù)雜，還會帶來一些難以預(yù)計的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種脈沖功率開關(guān)電路封裝結(jié)構(gòu)，將多個外圍器件與半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)封裝在一起形成一個整體模塊，體積小，功能完善，降低了雜散參數(shù)并簡化了外圍電路，采用新型封裝工藝，增強了功率器件的穩(wěn)定性，降低了成本。對比傳統(tǒng)的放電回路，本發(fā)明的脈沖功率開關(guān)電路達到的di/dt量級能提升至原來的兩倍。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種脈沖功率開關(guān)電路封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括第一銅箔、半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)芯片、電容、第二銅箔、銅柱、磁開關(guān)和第三銅箔；所述電容的一端焊接所述第三銅箔，另一端焊接所述銅柱的一端，所述銅柱與所述電容的中心軸垂直，所述銅柱的另一端穿過所述磁開關(guān)的中心焊接至所述第二銅箔的一端，所述第二銅箔與所述電容的中心軸平行，其另一端靠近所述電容的一面焊接所述半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)芯片的陽極，所述半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)芯片的陰極焊接所述第一銅箔。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種脈沖功率開關(guān)電路封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)芯片、電容、磁開關(guān)、第一DBC銅層塊、第二DBC銅層塊和第三DBC銅層塊；所述第二DBC銅層塊穿過所述磁開關(guān)的中心，所述電容的兩端分別焊接在所述第一DBC銅層塊和所述第二DBC銅層塊上，所述半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)芯片的陽極焊接在所述第二DBC銅層塊上，其陰極通過銅箔焊接在所述第三DBC銅層塊上，所述磁開關(guān)位于所述半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)芯片和所述電容之間。

優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)芯片為門極可關(guān)斷晶閘管或反向開關(guān)晶體管。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

1、將半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)與電容器、磁開關(guān)等回路器件集成封裝在一起，通過合理設(shè)計各元件的結(jié)構(gòu)和位置關(guān)系，使各元件之間的連接關(guān)系更穩(wěn)固，連線長度最小，封裝結(jié)構(gòu)更緊湊，從而使雜散參數(shù)的分布也得到優(yōu)化和降低，提升了其di/dt等特性，使回路在低電壓情況下獲得比傳統(tǒng)回路更加高的電流上升率。

2、采用回流焊接工藝與銅箔進行鍵合，減少了傳統(tǒng)半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)采用鋁線鍵合技術(shù)帶來的電流分配不均，雜散電感過大等問題。

3、通過集成封裝，減小了整個裝置的體積，簡化了電路連接方式，降低了使用者使用半導(dǎo)體脈沖功率開關(guān)的難度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1的脈沖功率開關(guān)電路封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例1的脈沖功率開關(guān)電路封裝結(jié)構(gòu)的立體圖；

圖3是本發(fā)明實施例2的脈沖功率開關(guān)電路封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例2的脈沖功率開關(guān)電路封裝結(jié)構(gòu)的立體圖；