[实用新型]一种绝缘基板结构及使用该基板的功率模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及功率半导体模块，尤其涉及一种绝缘基板结构及使用该基板的功率模块。

背景技术

全球能源危机与气候变暖的威胁让人们在追求经济发展的同时越来越重视节能减排、低碳发展。随着绿色环保在国际上的确立与推进，功率半导体的发展、应用前景更加广阔。

当前功率模块的功率等级不断提高，尽管现在功率器件的电流、电压等级不断提升，但单个功率器件仍然无法满足大功率变流器的需求，于是功率模块内部器件的并联成为一种必然选择，而并联的多个器件的均流问题也随之凸显。现有的功率模块所有半桥结构共同连接两个直流输入端子，并且由于功率器件在功率模块内部的位置布局不同，往往造成多个并联器件的寄生参数不一致。功率模块在工作时，寄生参数不同会引起并联器件通过的电流不一致，通过电流较大的芯片可能会出现过流烧毁失效，即使没有造成过流烧毁，此芯片损耗也会比较大、发热比较严重，长期如此功率模块的可靠性也会受到影响。

实用新型内容

实用新型目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本实用新型旨在提供一种改善并联芯片均流性的绝缘基板结构及使用该基板的功率模块，均衡并联芯片的寄生参数，提高功率模块的可靠性。

技术方案：一种绝缘基板结构，包括陶瓷绝缘层以及形成于该陶瓷绝缘层上的金属层，所述金属层包括上桥臂金属层和下桥臂金属层，上桥臂金属层上设有上桥臂芯片单元，下桥臂金属层上设有下桥臂芯片单元，下桥臂金属层包括接线区，上桥臂芯片单元与接线区通过邦定线相连，下桥臂金属层在接线区与下桥臂芯片单元之间设有绝缘的均衡槽。

进一步的，所述均衡槽起始于靠近直流输入端子的下桥臂金属层的边缘，向远离直流输入端子的方向延伸。

进一步的，所述均衡槽的延伸方向与邦定线的邦定方向垂直。

进一步的，所述下桥臂芯片单元包括多个并联的功率器件，所述均衡槽最短延伸至与第一个功率器件的顶部平齐，最长延伸至与最后一个功率器件的顶部平齐。

进一步的，所述均衡槽为单段绝缘槽或者多段绝缘槽。

进一步的，所述上桥臂芯片单元的材料为Si、SiC和GaN中的一种或多种，下桥臂芯片单元的材料为Si、SiC和GaN中的一种或多种。

进一步的，所述上桥臂芯片单元的芯片类型为IGBT、MOSFET和FRD中的一种或多种，下桥臂芯片单元的芯片类型为IGBT、MOSFET和FRD中的一种或多种。

一种功率模块，使用上述任一种绝缘基板结构。

进一步的，包括直流输入端子、输出端子和多个并联的半桥结构，半桥结构包括绝缘基板和绝缘基板上的芯片集合，每个半桥结构分别连接两个直流输入端子和一个输出端子，至少一个绝缘基板的下桥臂金属层在接线区与下桥臂芯片单元之间设有绝缘的均衡槽。

进一步的，包括顺序排列的三个半桥结构，每个半桥结构包括一个绝缘基板，位于中间的一个绝缘基板其下桥臂金属层在接线区与下桥臂芯片单元之间设有绝缘的均衡槽。

进一步的，包括横向排列的三个半桥结构，每个半桥结构包括纵向排列的两个绝缘基板，靠近直流输入端子的一行三个绝缘基板其下桥臂金属层在接线区与下桥臂芯片单元之间均设有绝缘的均衡槽。

进一步的，包括两个半桥结构，每个半桥结构包括一个绝缘基板，每个绝缘基板其下桥臂金属层在接线区与下桥臂芯片单元之间均设有绝缘的均衡槽。

有益效果：本实用新型在绝缘基板上设有均衡槽，能够保护靠近直流输入端子的功率器件，降低器件因过载而烧毁的风险；此外，本实用新型的功率模块使半桥结构直流输入端彼此独立，减少了输入电阻，便于滤波器的安装。本实用新型采用每个半桥结构分别连接两个直流输入端子和一个输出端子的结构，避免了现有的功率模块所有半桥结构共同连接两个直流输入端子，保护了靠近直流输入端子的功率器件，解决了距离直流输入端子较远的半桥结构的输入电阻偏大以及无法单独安装滤波电容的问题。本实用新型均衡了并联器件的寄生参数，尤其是寄生电感及回路电阻，从而达到均流的效果，降低器件因过载而烧毁的风险，提高了功率模块的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型绝缘基板的结构示意图；

图2(a)、图2(b)、图2(c)是三种不同的绝缘基板结构示意图；

图3是不同的绝缘基板提取到的寄生电感对比图；

图4是MOSFET三相桥功率模块示意图；

图5是三相桥MOSFET功率模块电气结构拓扑图；

图6是MOSFET功率模块示意图；

图7是实施例3的电气结构拓扑图；