[发明专利]功率端子以及利用所述功率端子的功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率端子以及功率模块，尤其是一种功率端子以及利用所述功率端子的功率模块，属于功率电力电子器件的技术领域。

背景技术

功率IGBT（绝缘栅双极晶体管）、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）模块是高效节能系统和工业自动化系统的核心部件，其广泛应用于逆变焊机、电动汽车控制器、可再生能源（太阳能和风能）等领域，是把电能从一种形式变换成另一种形式，满足用电设备的各种需要，以达到最佳利用电能的目的，在电能转换过程中对功率模块和电力电子系统永恒的要求是：轻薄化、高功率密度、价格便宜和使用安装方便等，这也是模块设计者长期追求的目标。

为了满足上述提到的轻薄化、高功率密度、价格便宜和安装使用方便等特点，功率模块设计的第一考虑要素就是设计何种形式的模块功率端子，这是由于功率端子决定着功率模块的电气连接方式和过电流能力，影响着功率模块的尺寸、布局和加工工艺，是功率模块内部寄生参数的主要影响因素，好的功率端子设计是功率模块整体性能是否达到设计目标的关键。

传统功率模块的功率端子引出方式主要有两种：一种是将功率端子通过注塑方式镶嵌入塑料壳体，再用铝线连接电路结构和功率端子；另一种为带螺母的功率端子，先将功率端子直接焊接于电路结构上，然后通过折弯的方式将伸出壳体的所述功率端子弯折成约90度，螺母放置于折弯后的功率端子下面。

如图1所示，为功率模块常见功率端子的引出形式，功率引出端子101通过注塑镶嵌入塑料壳体100上，塑料壳体100和底板102配合形成一密闭空间，在所述密闭空间内，用铝线104将电路结构103和功率引出端子101电连接。所述引出方式的缺陷在于：铝线104的过流能力与由铜制成的功率引出端子101差异较大，铝线104的阻值也比铜功率引出端子101要大，过多铝线104连接，会导致铝线104之间的电流不均匀，而电流不均容易导致电路结构103的局部过热，严重时会造成电路结构103以及铝线104的烧熔。同时，在铝线104内通过大电流会产生较高的电磁场，由于各铝线104之间的间隔小，由所述的高电磁场引起的强机械力在铝线104之间产生，从而影响铝线104焊接处的可靠性。

此外，多根铝线104之间还会产生自感和互感，这种寄生电感会增加瞬间电压Vovershoot，当瞬间电压Vovershoot和电源电压VDD之和大于功率模块能承受之电压时，会造成模块过电压击穿而失效。另外，这种镶嵌式端子增加了塑料壳体100的制造难度和成本，镶入的功率引出端子101会在塑料壳体100注塑过程中因为匹配间隙的问题导致表面有较多的塑料飞边和溢料产生，同时为使得塑料壳体100顺利脱模会在冲塑前后喷入适量的脱模剂等，加之运输和存储问题，都会造成这种镶嵌形式的污染和氧化现象，影响到后续的工艺加工难度和产品的可靠性。

如图2和图3所示，为功率模块常见功率端子的另一种引出形式，具体地，功率引出端子101直接焊接于电路结构103上，功率引出端子101伸出塑料壳体100部分通过折弯治具折成90度，在功率引出端子101下方预放入螺母105，以便于后续通过螺丝将功率引出端子101与外部引出端相连。所述引出方式的缺陷在于：功率引出端子101需要进行折弯工艺，但功率引出端子101的折弯力度和角度不易控制，折弯后的功率引出端子101很难成标准的90度角（见图3），使得折弯工艺要求较高，一方面功率引出端子101在折弯处可能会产生裂纹，因裂纹处的存在而造成局部电阻的增加的问题，另一方面折弯后的多个功率引出端子101很难在一个平面上，这会造成在应用过程中的电路板和个别功率引出端子101的接触不良而引起的接触电阻过大，进而造成局部的过热现象，也会影响到连接处的牢固性。并且这种方式焊接的功率引出端子101，如遇到装配匹配不好的情况，最易造成功率引出端子101受到塑料外壳100的限制，而导致功率引出端子101受到一个长期的应力，加之折弯过程中的应力，应用过程中拧紧螺丝的应力，严重时会造成焊点松动甚至脱落，影响到模块的长期可靠性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种功率端子以及利用所述功率端子的功率模块，其可以明显降低功率模块的整体高度，减少寄生参数，同时减少了功率模块的加工工序，达到提高功率模块性能和降低功率模块的加工成本的双重目的。

按照本发明提供的技术方案，所述功率端子，包括功率引出连接体以及与所述功率引出连接体采用螺纹联接的连接紧固体，所述连接紧固体与功率引出连接体紧固连接后，连接紧固体与功率引出连接体呈同轴分布。