[发明专利]一种多支路交错排布的双面散热功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体模块，尤其是一种多支路交错排布的双面散热功率模块。

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。现有电力电子功率模块封装体积大，重量重，不符合电力电子模块高功率密度、轻量化的要求，而且现有功率模块的寄生电感往往也比较大，造成较高的过冲电压，不仅增加了损耗，而且容易造成芯片过压击穿，还限制了在高开关频率场合的应用。另外，随着应用端功率密度的不断升级，现有功率模块的封装结构已经阻碍了功率密度的进一步提升，必须开发出更加有效的散热结构才能满足功率密度日益增长的需求。

近些年大家逐渐意识到了功率模块寄生电感对高频化应用的限制，纷纷对如何降低功率模块的寄生电感展开研究，但聚焦的重点普遍放在功率模块内部，而对露出在功率模块外部的功率端子形状及位置研究极少。现有双面散热功率模块的正、负极功率端子往往采用并排引出结构，此结构的换流回路较大，寄生电感很难进一步降低；而且通过大量仿真、测试，验证了正、负极功率端子的组合形式对功率模块的寄生电感影响较大。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种体积小、重量轻、寄生电感小的双面散热功率模块。

技术方案：一种多支路交错排布的双面散热功率模块，包括正极功率端子、负极功率端子和输出功率端子，所述正极功率端子和负极功率端子各连接一个金属绝缘基板，两个金属绝缘基板叠层设置，与正极功率端子相连的金属绝缘基板上设有芯片，芯片通过烧结的金属块与其对面的金属绝缘基板相连，与负极功率端子相连的金属绝缘基板还与输出功率端子相连，所述芯片包括多个上半桥开关芯片和下半桥开关芯片；多个上半桥开关芯片与下半桥开关芯片彼此交错排布，每个下半桥开关芯片均烧结在一个独立的下半桥金属层上，所有的上半桥开关芯片共同烧结在一个上半桥金属层上，上半桥金属层与正极功率端子相连。

进一步的，所述上半桥金属层为齿形结构，一个上半桥开关芯片分布在一个齿内，下半桥金属层设置在齿的侧部。

进一步的，所述正极功率端子与负极功率端子叠层设置。

进一步的，所述正极功率端子与负极功率端子的连接孔为同轴孔。

进一步的，所述与正极功率端子相连的金属绝缘基板上还设有上半桥发射极 /源极金属层、下半桥发射极/源极金属层、与上半桥开关芯片的门极相连的上半桥门极金属层、以及与下半桥开关芯片的门极相连的下半桥门极金属层；上半桥门极金属层还连接有上半桥驱动端子，下半桥门极金属层还连接有下半桥驱动端子，上半桥发射极/源极金属层以及下半桥发射极/源极金属层均通过烧结的金属块与其各自对面的金属绝缘基板相连。

进一步的，所述与正极功率端子相连的金属绝缘基板上还设有下半桥门极过渡金属层，部分下半桥开关芯片的门极通过键合线连接至下半桥门极过渡金属层，下半桥门极过渡金属层再通过键合线连接至下半桥门极金属层；所述上半桥开关芯片的门极与上半桥门极金属层也通过键合线相连。

进一步的，所述与正极功率端子相连的金属绝缘基板上还设有第一输出金属层，第一输出金属层通过烧结的金属块与其对面的输出功率端子所烧结的金属层相连，第一输出金属层上还连接有采样端子；所述上半桥金属层上也连接有采样端子。

进一步的，所述与负极功率端子相连的金属绝缘基板上设有与输出功率端子烧结的第二输出金属层以及与负极功率端子烧结的负极端子金属层，所述第二输出金属层与负极端子金属层呈齿形交错排布。

进一步的，还包括上半桥二极管芯片和下半桥二极管芯片，所述上半桥二极管芯片与上半桥开关芯片成对设置，下半桥二极管芯片与下半桥开关芯片成对设置，成对设置的两个芯片所烧结的金属层相同。

进一步的，所述两个金属绝缘基板的外侧均设有散热装置。

有益效果：本发明通过将两个金属绝缘叠层设置，并且令多个上半桥开关芯片与下半桥开关芯片彼此交错排布，搭配功率模块内部的金属层、金属块烧结设计，把模块换流回路由一个回路变成多个回路并联，大大降低了模块的寄生电感；并且正极、负极功率端子叠层设置容易与外部母排连接；尽量增大了金属层面积，有效降低了模块的引线电阻，同时达到了降低寄生电感的目的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3、图4是实施例1的底部金属绝缘基板示意图；