[实用新型]一种智能功率模块的功率封装结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种最优化的智能功率模块(IPM)功率封装结构，特别涉及利用最优化的电路实现功率部分器件的低寄生电感、最小化的线路互感效应，并同时在模块内封装入吸收电容以发挥该电容的最大功能。 

背景技术

智能功率模块，即IPM(Intelligent Power Module)，不仅把功率开关器件IGBT和驱动电路集成在一起，而且还具有欠电压、过电流和过热等故障检测、保护功能，并可将错误信号输出至CPU。因此在系统发生负载事故或使用不当情况下，也可以保证IPM自身不受损坏。IPM以其高可靠性、低损耗、低开发成本正赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源。它是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电力电子器件。 

IPM发展至今，其体积在缩小，芯片损耗正在逐步减小，功能越来越完善。但与传统分立模块相比，IPM大多采用专用驱动芯片配以合适门极电阻一体式封装入模块之中。驱动芯片的固有触发工作特性及一体化封装的门极电阻无法随意改变，因此IPM无法实现软关断功能。这使得IPM实际工作时，尤其在大电流甚至短路条件下关断时，器件两端承受较高的电压过冲。现有封装结构中，在实际电路结构上寄生电感较大，未实现较好的低寄生电感情况下，即使IPM模块拥有自保护功能，但由于软关断无法实现，所以真正短路或过载条件下，功率器件关断时电压过冲过高，在恶劣情况下仍然会使得功率侧超压，导致器件失效。 

上述的IGBT在关断时，由于线路寄生电感的存在，其集电极C与发射极E之间需要承受一个电压过冲，其值为母线直流电压Vdc与寄生电感两端由于电流变化率产生的瞬间电压Vsp之和： 

Vrm＝Vdc+Vsp 

显然，降低寄生电感值，可以有效的抑制相同电流变化率的条件下所带来的电压过冲：Vsp＝Ls×di/dt 

引线框直接焊接的形式，另一方面也使得功率器件的散热更为优异。通过引线框这一侧，功率器件将工作过程中的一部分热量传导至外部连接PCB，使得功率器件实现多维化散热。 

功率器件所生产的热量，通过底板与引线框分别散热： 

Ptot＝Pu+Pd 

Pu为通过引线框散热之能能量，Pd为通过底板散热之能量。当引线框散热而总的耗散能量恒定情况下，Pd可以有效降低。由热阻公式可以看到：Tj＝Pd/Rth+Tc 

在相同的散热条件下，模块运行最高结温可以有效降低，进而使得模块工作更安全，也延长了模块的有效工作寿命。 

发明内容

本实用新型的目的是设计出一种最优化的智能功率模块的功率封装结构。 

本实用新型要解决的是现有IPM模块无法实现软关断功能，在实际工作时，尤其是在大电流、甚至短路条件下关断时，器件两端承受较高的电压过冲，导致器件失效的问题。本实用新型针对MOSFET型和IGBT型IPM模块功率封装进行了最优化的设计。 

本实用新型的技术方案是：包括基板，最优化的电路拓扑布局，功率器件和吸收电容，功率器件安装于基板上，吸收电容封装于电路拓扑布局最靠近功率器件的P端和N端。 

基板上还包括驱动芯片、保护和控制电路芯片。引线框直接焊接在功率器件上，以有效降低封装线路寄生电感。 

基板上安装的功率器件是P型MOSFET器件和N型MOSFET器件，P型MOSFET器件、N型MOSFET器件与输出侧连接电路连接，在P型MOSFET器件直接焊接有上桥臂源极连接引线框，电路中为直流侧负极P，在N型MOSFET器件上直接焊接有下桥臂源极连接引线框，电路中为直流侧正极N，上桥臂源极连接引线框与下桥臂源极引线框为平行设置；吸收电容内置于最靠近P型MOSFET器件的P端和N型MOSFET器件的N端，且直接焊接在上桥臂源极连接引线框和下桥臂源极连接引线框的的表面，使得吸收电容引脚位置最靠近P型MOSFET器件、N型MOSFET器件。 

基板上安装的功率器件或者是IGB器件，包括上管IGBT器件和下管IGBT器件，上管IGBT门极与引线框焊接连接，单相下管IGBT门极直接焊接于底层电路，上管IGBT集电极在电路中作为P极，下管IGBT发射极在电路中作为N极，P极、N极自基板上引出，为相互平行走线；吸收电容内置且直接焊接在最靠近上管IGBT器件和下管IGBT器件上，使吸收电容引脚位置靠近上管IGBT器件和下管IGBT器件。