[发明专利]一种结构紧凑且寄生电感低的功率模块

说明书

本发明公开了一种结构紧凑且寄生电感低的功率模块，包括至少一个单元；单元包括正电极、负电极、输出电极、底板和设于底板上的一个或两个绝缘基板。本发明的输出电极连接下桥臂铜层，能够减小回路电阻和寄生电感，能够使得功率模块更加紧凑。本发明中，正、负电极离上桥臂铜层和下桥臂铜层都很近，不需要狭长的上桥臂铜层，并且上桥臂芯片单元不工作时电流也无需借助其表面的键合线流过，因此本发明能够缩短电流路径，从而减小回路电阻和寄生电感。

技术领域

本发明涉及电力电子功率模块，特别是涉及一种结构紧凑且寄生电感低的功率模块。

背景技术

功率模块是电力电子器件如金属氧化物半导体(功率MOS管)、绝缘栅型场效应晶体管(IGBT)、快恢复二极管(FRD)按一定的功能组合封装成的电力开关模块，其主要用于电动汽车、光伏发电、风力发电、工业变频等各种场合下的功率转换。

现有电力电子功率模块的寄生电感、回路电阻偏大，在开关工作时造成过冲电压较大、损耗增加，影响了转换效率的提升，限制了在高开关频率场合的应用。碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)与硅绝缘栅双极型晶体管(IGBT)相比，具有更低的开关损耗，更快的开关速度。此时高速开关过程对寄生参数非常敏感，容易激发高频振荡和过冲，给器件和电力电子装置的高效、安全运行带来不利影响。现有封装存在的寄生电感造成SiC器件无法高频工作，难以充分发挥SiC器件的优越性能。

图1为现有技术中申请号为201810077894.2的专利申请的技术方案。在该技术方案中，功率模块包括功率端子、信号端子、绝缘基板、芯片部分、塑料外壳、功率基板，省略了芯片部分表面的键合铝线。该功率模块有三个相同的功率单元组成三相桥功率模块，每个功率单元中的正电极在塑料外壳内部分为两路，分别与绝缘基板左右两侧的狭长的上桥臂铜层相连，上桥臂铜层上设置有上桥臂芯片单元；负电极与负电极铜层相连，绝缘基板上还设有下桥臂铜层，下桥臂铜层上设置有下桥臂芯片单元。上桥臂芯片单元表面键合有铝线，铝线一端与输出电极铜层相连，另一端与下桥臂铜层相连。但是这种方案存在以下缺点：(1)上桥臂铜层需要借助两侧狭长的铜层与正电极相连，因此电阻、寄生电感偏大；(2)下桥臂芯片单元工作需要借助上桥臂芯片单元表面键合的细长键合铝线，进一步增加了电阻。电阻和寄生电感的增大，造成了损耗的增加，影响了转换效率的提高。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种结构紧凑且寄生电感低的功率模块，能够解决现有技术中存在的“上桥臂铜层需要借助两侧狭长的铜层与正电极相连”以及“下桥臂芯片单元工作需要借助上桥臂芯片单元表面键合的细长键合铝线”这两个问题。

技术方案：本发明所述的结构紧凑且寄生电感低的功率模块，包括至少一个单元；单元包括正电极、负电极、输出电极、底板和设于底板上的一个或两个绝缘基板；绝缘基板只有一个时，绝缘基板顶部的铜层包括分离的上桥臂铜层和下桥臂铜层；绝缘基板有两个时，一个绝缘基板顶部的铜层作为上桥臂铜层，另一个绝缘基板顶部的铜层作为下桥臂铜层；上桥臂铜层上设有上桥臂芯片单元，下桥臂铜层上设有下桥臂芯片单元，正电极与上桥臂芯片单元电连接，负电极与下桥臂芯片单元电连接，正电极中用于连接外电源的部分和负电极中用于连接外电源的部分均位于功率模块的靠近上桥臂芯片单元的一侧，输出电极中用于连接外电源的部分位于功率模块的靠近下桥臂芯片单元的一侧；正电极至少有部分位于上桥臂铜层与下桥臂铜层之间，或者正电极至少有部分位于上桥臂铜层与下桥臂铜层之间的上方，或者正电极中用于连接上桥臂芯片单元的部分与上桥臂铜层中最靠近下桥臂铜层的三分之一区域接触；负电极至少有部分位于上桥臂铜层与下桥臂铜层之间，或者负电极至少有部分位于上桥臂铜层与下桥臂铜层之间的上方，或者负电极中用于连接下桥臂芯片单元的部分位于上桥臂铜层中最靠近下桥臂铜层的三分之一区域内；输出电极连接下桥臂铜层。

进一步，正电极的一部分与负电极的一部分平行设置。这样能够进一步降低功率模块的寄生电感。