[發明專利]一種結構緊湊且寄生電感低的功率模塊

有效

• 申請號: 201811588595.1
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109860160B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 楊陽;牛利剛;王玉林;滕鶴松
• 申請（專利權）人: 揚州國揚電子有限公司
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07;H01L23/48;H01L23/498
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

本發明公開了一種結構緊湊且寄生電感低的功率模塊，包括至少一個單元；單元包括正電極、負電極、輸出電極、底板和設于底板上的一個或兩個絕緣基板。本發明的輸出電極連接下橋臂銅層，能夠減小回路電阻和寄生電感，能夠使得功率模塊更加緊湊。本發明中，正、負電極離上橋臂銅層和下橋臂銅層都很近，不需要狹長的上橋臂銅層，并且上橋臂芯片單元不工作時電流也無需借助其表面的鍵合線流過，因此本發明能夠縮短電流路徑，從而減小回路電阻和寄生電感。

技術領域

本發明涉及電力電子功率模塊，特別是涉及一種結構緊湊且寄生電感低的功率模塊。

背景技術

功率模塊是電力電子器件如金屬氧化物半導體(功率MOS管)、絕緣柵型場效應晶體管(IGBT)、快恢復二極管(FRD)按一定的功能組合封裝成的電力開關模塊，其主要用于電動汽車、光伏發電、風力發電、工業變頻等各種場合下的功率轉換。

現有電力電子功率模塊的寄生電感、回路電阻偏大，在開關工作時造成過沖電壓較大、損耗增加，影響了轉換效率的提升，限制了在高開關頻率場合的應用。碳化硅(SiC)金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)與硅絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)相比，具有更低的開關損耗，更快的開關速度。此時高速開關過程對寄生參數非常敏感，容易激發高頻振蕩和過沖，給器件和電力電子裝置的高效、安全運行帶來不利影響。現有封裝存在的寄生電感造成SiC器件無法高頻工作，難以充分發揮SiC器件的優越性能。

圖1為現有技術中申請號為201810077894.2的專利申請的技術方案。在該技術方案中，功率模塊包括功率端子、信號端子、絕緣基板、芯片部分、塑料外殼、功率基板，省略了芯片部分表面的鍵合鋁線。該功率模塊有三個相同的功率單元組成三相橋功率模塊，每個功率單元中的正電極在塑料外殼內部分為兩路，分別與絕緣基板左右兩側的狹長的上橋臂銅層相連，上橋臂銅層上設置有上橋臂芯片單元；負電極與負電極銅層相連，絕緣基板上還設有下橋臂銅層，下橋臂銅層上設置有下橋臂芯片單元。上橋臂芯片單元表面鍵合有鋁線，鋁線一端與輸出電極銅層相連，另一端與下橋臂銅層相連。但是這種方案存在以下缺點：(1)上橋臂銅層需要借助兩側狹長的銅層與正電極相連，因此電阻、寄生電感偏大；(2)下橋臂芯片單元工作需要借助上橋臂芯片單元表面鍵合的細長鍵合鋁線，進一步增加了電阻。電阻和寄生電感的增大，造成了損耗的增加，影響了轉換效率的提高。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種結構緊湊且寄生電感低的功率模塊，能夠解決現有技術中存在的“上橋臂銅層需要借助兩側狹長的銅層與正電極相連”以及“下橋臂芯片單元工作需要借助上橋臂芯片單元表面鍵合的細長鍵合鋁線”這兩個問題。

技術方案：本發明所述的結構緊湊且寄生電感低的功率模塊，包括至少一個單元；單元包括正電極、負電極、輸出電極、底板和設于底板上的一個或兩個絕緣基板；絕緣基板只有一個時，絕緣基板頂部的銅層包括分離的上橋臂銅層和下橋臂銅層；絕緣基板有兩個時，一個絕緣基板頂部的銅層作為上橋臂銅層，另一個絕緣基板頂部的銅層作為下橋臂銅層；上橋臂銅層上設有上橋臂芯片單元，下橋臂銅層上設有下橋臂芯片單元，正電極與上橋臂芯片單元電連接，負電極與下橋臂芯片單元電連接，正電極中用于連接外電源的部分和負電極中用于連接外電源的部分均位于功率模塊的靠近上橋臂芯片單元的一側，輸出電極中用于連接外電源的部分位于功率模塊的靠近下橋臂芯片單元的一側；正電極至少有部分位于上橋臂銅層與下橋臂銅層之間，或者正電極至少有部分位于上橋臂銅層與下橋臂銅層之間的上方，或者正電極中用于連接上橋臂芯片單元的部分與上橋臂銅層中最靠近下橋臂銅層的三分之一區域接觸；負電極至少有部分位于上橋臂銅層與下橋臂銅層之間，或者負電極至少有部分位于上橋臂銅層與下橋臂銅層之間的上方，或者負電極中用于連接下橋臂芯片單元的部分位于上橋臂銅層中最靠近下橋臂銅層的三分之一區域內；輸出電極連接下橋臂銅層。

進一步，正電極的一部分與負電極的一部分平行設置。這樣能夠進一步降低功率模塊的寄生電感。