[發明專利]極低寄生電感脈沖形成單模塊封裝結構和堆疊封裝結構

有效

• 申請號: 202110262198.0
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113163578B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 余亮;馬劍豪;姚陳果;董守龍;王麗麗;譙雪
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H05K1/02
• 分類號: H05K1/02;H05K1/14;H03K17/687
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

本發明公開極低寄生電感脈沖形成單模塊封裝結構和堆疊封裝結構。極低寄生電感脈沖形成單模塊封裝結構包括上PCB板和下PCB板。極低寄生電感脈沖形成單模塊封裝結構的堆疊封裝結構包括n個極低寄生電感脈沖形成單模塊封裝結構；本發明提出了可用于Marx發生器的單模塊3D母線結構和基于3D母線和互感相消原理的3D母線堆疊結構，可進一步降低Marx發生器功率回路寄生電感。

技術領域

本發明涉及脈沖領域，具體是極低寄生電感脈沖形成單模塊封裝結構和堆疊封裝結構。

背景技術

SiC MOSFET由于其優異的動態特性已經廣泛應用于脈沖發生器研制，使用SiCMOSFET的Marx發生器具有模塊化、靈活調節和經濟可靠的優勢。

基于SiC MOSFET的Marx發生器中，SiC MOSFET的高開關速度直接提升了Marx發生器的動態水平，然而它的優點卻受到電流環路和寄生電感的限制，不僅會引起開關誤動作以及對驅動電路的電磁干擾，而且會在直接導致關斷過渡過程的超調電壓，進而縮短SiCMOSFET使用壽命導致開關失效。因此，控制SiC MOSFET功率電流環路和寄生電感對使用SiCMOSFET的Marx脈沖發生器具有重要意義。

在大功率集成變換器應用中，通過改變半導體器件布局以及堆疊順序實現混合封裝結構的功率模塊-3D層疊母線。這種結構通過互感相消原理，使模塊具有低寄生電感、抑制電壓超調、抑制電磁干擾和降低開關損耗的優點，在5.5kW單相逆變器中實現了單模塊寄生電感小于1.7nH，電壓超調降低了約55％。現有技術提出采用低電感PCB封裝來滿足納秒脈沖發生器對快速電壓上升和下降時間的要求。但直接采用裸片與PCB焊接，不僅增加了工藝難度和生產成本也沒有提出模塊疊加解決方案。

發明內容

本發明的目的是提供極低寄生電感脈沖形成單模塊封裝結構，包括上PCB板和下PCB板。

所述上PCB板的頂層為柵極驅動回路布置層；

所述上PCB板的底層、下PCB板頂層、下PCB板底層為功率回路布置層；

所述上PCB板和下PCB板通過MOSFET管M1連接；

其中，上PCB板頂層和上PCB板底層之間無直接電氣連接，下PCB板頂層和下PCB板底層通過過孔連接。

記下PCB板頂層一端為A端，另一端為B端；下PCB板頂層一端為A'端，另一端為B'端；

所述下PCB板底層的A'連接二極管D的陽極，下PCB板頂層的A端連接二極管D的陰極。

下PCB板頂層的B端和下PCB板底層的B'端通過過孔連接。

所述上PCB板的底層與下PCB板的頂層通過直接焊接方式連接；

所述上PCB板的頂層布置有柵極驅動電路、開關柵極和開關開爾文源極。

所述下PCB板的頂層布置有開關漏極電路、開關源極電路和接地引腳；

所述下PCB板的底層連接儲能電容的兩端。

電流在上PCB板和下PCB板之間形成方向相反的互感抵消回路。

所述上PCB板的底層與下PCB板的頂層之間的空隙中填充有導電介質；所述上PCB板的底層與下PCB板的頂層電氣連接。

基于所述極低寄生電感脈沖形成單模塊封裝結構的堆疊封裝結構，包括n個極低寄生電感脈沖形成單模塊封裝結構。n≥2。n為正整數。

第i-1個極低寄生電感脈沖形成單模塊封裝結構和第i個極低寄生電感脈沖形成單模塊封裝結構通過連接柱連接。i＝1,2，…，n。