[发明专利]极低寄生电感脉冲形成单模块封装结构和堆叠封装结构

说明书

本发明公开极低寄生电感脉冲形成单模块封装结构和堆叠封装结构。极低寄生电感脉冲形成单模块封装结构包括上PCB板和下PCB板。极低寄生电感脉冲形成单模块封装结构的堆叠封装结构包括n个极低寄生电感脉冲形成单模块封装结构；本发明提出了可用于Marx发生器的单模块3D母线结构和基于3D母线和互感相消原理的3D母线堆叠结构，可进一步降低Marx发生器功率回路寄生电感。

技术领域

本发明涉及脉冲领域，具体是极低寄生电感脉冲形成单模块封装结构和堆叠封装结构。

背景技术

SiC MOSFET由于其优异的动态特性已经广泛应用于脉冲发生器研制，使用SiCMOSFET的Marx发生器具有模块化、灵活调节和经济可靠的优势。

基于SiC MOSFET的Marx发生器中，SiC MOSFET的高开关速度直接提升了Marx发生器的动态水平，然而它的优点却受到电流环路和寄生电感的限制，不仅会引起开关误动作以及对驱动电路的电磁干扰，而且会在直接导致关断过渡过程的超调电压，进而缩短SiCMOSFET使用寿命导致开关失效。因此，控制SiC MOSFET功率电流环路和寄生电感对使用SiCMOSFET的Marx脉冲发生器具有重要意义。

在大功率集成变换器应用中，通过改变半导体器件布局以及堆叠顺序实现混合封装结构的功率模块-3D层叠母线。这种结构通过互感相消原理，使模块具有低寄生电感、抑制电压超调、抑制电磁干扰和降低开关损耗的优点，在5.5kW单相逆变器中实现了单模块寄生电感小于1.7nH，电压超调降低了约55％。现有技术提出采用低电感PCB封装来满足纳秒脉冲发生器对快速电压上升和下降时间的要求。但直接采用裸片与PCB焊接，不仅增加了工艺难度和生产成本也没有提出模块叠加解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供极低寄生电感脉冲形成单模块封装结构，包括上PCB板和下PCB板。

所述上PCB板的顶层为栅极驱动回路布置层；

所述上PCB板的底层、下PCB板顶层、下PCB板底层为功率回路布置层；

所述上PCB板和下PCB板通过MOSFET管M1连接；

其中，上PCB板顶层和上PCB板底层之间无直接电气连接，下PCB板顶层和下PCB板底层通过过孔连接。

记下PCB板顶层一端为A端，另一端为B端；下PCB板顶层一端为A'端，另一端为B'端；

所述下PCB板底层的A'连接二极管D的阳极，下PCB板顶层的A端连接二极管D的阴极。

下PCB板顶层的B端和下PCB板底层的B'端通过过孔连接。

所述上PCB板的底层与下PCB板的顶层通过直接焊接方式连接；

所述上PCB板的顶层布置有栅极驱动电路、开关栅极和开关开尔文源极。

所述下PCB板的顶层布置有开关漏极电路、开关源极电路和接地引脚；

所述下PCB板的底层连接储能电容的两端。

电流在上PCB板和下PCB板之间形成方向相反的互感抵消回路。

所述上PCB板的底层与下PCB板的顶层之间的空隙中填充有导电介质；所述上PCB板的底层与下PCB板的顶层电气连接。

基于所述极低寄生电感脉冲形成单模块封装结构的堆叠封装结构，包括n个极低寄生电感脉冲形成单模块封装结构。n≥2。n为正整数。

第i-1个极低寄生电感脉冲形成单模块封装结构和第i个极低寄生电感脉冲形成单模块封装结构通过连接柱连接。i＝1,2，…，n。