絕緣柵雙極晶閘管模塊及電極功率端子的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種絕緣柵雙極晶閘管模塊及電極功率端子，其中，電極功率端子包括，第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極由一多層板構(gòu)成，所述多層板包括N層電極板，相鄰兩層電極板之間設(shè)置有絕緣板，其中，M層電極板之間通過(guò)至少一個(gè)第一通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接構(gòu)成所述第一電極，且各個(gè)所述第一通孔與除所述M層電極板以外的每一電極板均電氣絕緣，除所述M層電極板以外的至少一層電極板構(gòu)成所述第二電極。由于多層電極板之間通過(guò)第一通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接，可以實(shí)現(xiàn)多層電極板的相間排列，這樣能夠增大電極平行相對(duì)的面積，能夠減小寄生電感?；谠撾姌O功率端子的絕緣柵雙極晶閘管模塊產(chǎn)生的寄生電感也較低。
【專利說(shuō)明】絕緣柵雙極晶閘管模塊及電極功率端子
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種絕緣柵雙極晶閘管模塊及電極功率端子。
【背景技術(shù)】
[0002]在功率半導(dǎo)體模塊中，芯片的互連以及電極功率端子的引出，都會(huì)帶來(lái)一定量的寄生電感，這些寄生電感會(huì)對(duì)電路和器件造成負(fù)面影響。
[0003]通常，模塊內(nèi)部的寄生電感主要有襯板電路布局和電極功率端子的結(jié)構(gòu)決定。其中，由電極功率端子產(chǎn)生的寄生電感占主要部分。
[0004]目前，常規(guī)的電極功率端子如圖1所示，為兩平行的電極板01和02。為了減小電極功率端子的電感，目前大多通過(guò)使兩平行電極板01和02互相平行靠近減小兩平行電極板的距離。同時(shí)使得流經(jīng)兩平行電極板的電流方向相反，這樣使得兩平行電極板間產(chǎn)生互感,該產(chǎn)生的互感可以消弱各自的自感。由電極功率端子引入的寄生電感的公式Iraniinal =Icollect + Iemitter ^^terminal (其中，為集電極的自感，Iemitter為發(fā)射極的自感，Mterminal為兩電極的互感)可知，電極功率端子產(chǎn)生的互感越大，其產(chǎn)生的總寄生電感Itmninal越小。由于兩電極板相距越近，平行相對(duì)的面積越大，互感Mteminal越大，則總電感越小。但是，為了保證兩平行電極板的電氣絕緣，即使在兩平行電極板之間設(shè)置有高絕緣強(qiáng)度的絕緣材料，兩平行電極板的距離也需要滿足一定要求。這就使得由電極功率端子引入的電感較大。由于由電極功率端子引入的電感在模塊總寄生電感中占有相當(dāng)大的比例，因此，減小電極功率端子引入的寄生電感對(duì)減小模塊的寄生電感有顯著效果，因此，如何減小電極功率端子引入的寄生電感是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，一方面，本發(fā)明提供了一種新的電極功率端子，以能夠減小絕緣柵雙極晶閘管1吳塊的寄生電感，尤其是減小由于電極功率端子引入的寄生電感。
[0006]另一方面，本發(fā)明還提供了一種基于上述電極功率端子的低寄生電感的絕緣柵雙極晶閘管模塊。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0008]一種電極功率端子，至少包括，第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極由一多層板構(gòu)成，所述多層板包括N層電極板，相鄰兩層電極板之間設(shè)置有絕緣板，其中，M層電極板之間通過(guò)至少一個(gè)第一通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接構(gòu)成所述第一電極，且各個(gè)所述第一通孔與除所述M層電極板以外的每一電極板均電氣絕緣，除所述M層電極板以外的至少一層電極板構(gòu)成所述第二電極；
[0009]其中，M≥2，N≥3，N>M，M、N均為自然數(shù)。
[0010]較優(yōu)地，所述除所述M層電極板以外的電極板至少包括兩層，所述除所述M層電極板以外的至少一層電極板構(gòu)成所述電極功率端子的第二電極，具體為，除所述M層電極板以外的每一電極板通過(guò)至少一個(gè)第二通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接構(gòu)成所述第二電極，且所述第二通孔與所述M層電極板的每一電極板均電氣絕緣。
[0011]較優(yōu)地，還包括第三電極，所述除所述M層電極板以外的電極板至少包括兩層，所述除所述M層電極板以外的電極板包括第一部分和第二部分，其中，所述第一部分的電極板構(gòu)成所述第二電極，所述第二部分的電極板構(gòu)成所述第三電極。
[0012]較優(yōu)地，所述第一部分至少包括兩層電極板，所述第一部分的電極板通過(guò)至少一個(gè)第二通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接構(gòu)成所述第二電極。
[0013]較優(yōu)地，所述第二部分至少包括兩層電極板，所述第二部分的電極板通過(guò)至少一個(gè)第三通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接構(gòu)成所述第三電極。
[0014]一種絕緣柵雙極晶閘管模塊，包括，至少一個(gè)襯板，位于所述襯板之上的至少一個(gè)IGBT芯片、至少一個(gè)FRD芯片以及電極功率端子，所述電極功率端子采用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的電極功率端子，所述第一電極為集電極，所述第二電極為發(fā)射極；
[0015]所述IGBT芯片的集電極和所述FRD芯片的陰極與所述電極功率端子的集電極電氣連接，所述IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與所述電極功率端子的發(fā)射極電氣連接;
[0016]其中，至少一個(gè)IGBT芯片和/或至少一個(gè)FRD芯片到與其電氣連接的所述電極功率端子之間的電流路徑呈近似直線的路徑，在所述電極功率端子和所述襯板之間形成的至少一個(gè)電流環(huán)路垂直于所述襯板。
[0017]較優(yōu)地，在同一所述襯板上，所述電極功率端子位于所述襯板中心線上，所述襯板上設(shè)置有至少兩個(gè)IGBT芯片和至少兩個(gè)FRD芯片，所述IGBT芯片在所述襯板上的位置關(guān)于所述襯板的中心線軸對(duì)稱，和/或，所述FRD芯片在所述襯板上的位置關(guān)于所述襯板的中心線軸對(duì)稱。
[0018]較優(yōu)地，在同一所述襯板上，所述IGBT芯片和FRD芯片位于所述電極功率端子的同一側(cè)。
[0019]一種絕緣柵雙極晶閘管模塊，包括至少一個(gè)襯板，位于所述襯板之上的至少兩個(gè)IGBT芯片、至少兩個(gè)FRD芯片以及電極功率端子，所述電極功率端子采用權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的電極功率端子，所述第一電極為直流正電極，所述第二電極為交流輸出極，所述第三電極為直流負(fù)電極；
[0020]所述模塊電路為半橋電路，其中，至少一個(gè)IGBT芯片和至少一個(gè)FRD芯片組成上半橋臂，其它至少一個(gè)IGBT芯片和其它至少一個(gè)FRD芯片組成下半橋臂；
[0021]組成所述上半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與所述直流正電極電氣連接，組成所述上半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與所述電極功率端子的交流輸出極電氣連接；
[0022]組成所述下半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與所述電極功率端子的交流輸出極電氣連接，組成所述下半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與所述直流負(fù)電極電氣連接；
[0023]其中，至少一個(gè)IGBT芯片和/或至少一個(gè)FRD芯片到與其電氣連接的所述電極功率端子之間的電流路徑呈近似直線的路徑，在所述電極功率端子和所述襯板之間形成的至少一個(gè)電流環(huán)路垂直于所述襯板。[0024]較優(yōu)地，在同一所述襯板上設(shè)置有至少兩個(gè)IGBT芯片和至少兩個(gè)FRD芯片，所述電極功率端子位于所述襯板中心線上，所述IGBT芯片位于所述電極功率端子的兩側(cè)，和/或，所述FRD芯片位于所述電極功率端子的兩側(cè)。
[0025]較優(yōu)地，在同一所述襯板上，所述IGBT芯片和FRD芯片位于所述電極功率端子的同一側(cè)。
[0026]一種絕緣柵雙極晶閘管模塊，其特征在于，包括至少一個(gè)襯板、位于所述襯板之上的至少兩個(gè)IGBT芯片，至少兩個(gè)FRD芯片以及電極功率端子，所述襯板上還設(shè)置有交流輸出極，所述電極功率端子采用上述任一項(xiàng)所述的電極功率端子，所述第一電極為直流正電極，所述第二電極為直流負(fù)電極；
[0027]所述模塊電路為半橋電路，其中，至少一個(gè)IGBT芯片和至少一個(gè)FRD芯片組成上半橋臂，其它至少一個(gè)IGBT芯片和其它至少一個(gè)FRD芯片組成下半橋臂；
[0028]組成所述上半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與所述電極功率端子的直流正電極電氣連接，組成所述上半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與所述襯板上的交流輸出極電氣連接；
[0029]組成所述下半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與所述襯板上的交流輸出極電氣連接，組成所述下半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與所述電極功率端子的直流負(fù)電極電氣連接；
[0030]其中，至少一個(gè)IGBT芯片和/或至少一個(gè)FRD芯片到與其電氣連接的所述電極功率端子之間的電流路徑呈近似直線的路徑。
[0031]較優(yōu)地，在同一所述襯板上設(shè)置有至少兩個(gè)IGBT芯片和至少兩個(gè)FRD芯片，所述電極功率端子位于所述襯板中心線上，所述IGBT芯片在所述襯板上的位置關(guān)于所述襯板的中心線軸對(duì)稱，和/或，所述FRD芯片在所述襯板上的位置關(guān)于所述襯板的中心線軸對(duì)稱。
[0032]較優(yōu)地，在同一所述襯板上，所述IGBT芯片和FRD芯片位于所述電極功率端子的同一側(cè)。
[0033]一種絕緣柵雙極晶閘管模塊，所述模塊電路為三相逆變器電路，所述三相逆變器電路由上述任一項(xiàng)所述的三個(gè)半橋電路組成。
[0034]較優(yōu)地，每個(gè)所述半橋電路的上半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極連接在一起，每個(gè)所述半橋電路的下半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極連接在一起。
[0035]本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:
[0036]—方面,本發(fā)明實(shí)施例提供的電極功率端子，包括由一多層板構(gòu)成的第一電極和第二電極，該多層板包括多層電極板，且相鄰兩層電極板之間設(shè)置有絕緣板，該多層電極板中的至少兩層通過(guò)至少一個(gè)第一通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接構(gòu)成該電極功率端子的第一電極，其余的全部電極板或部分電極板構(gòu)成該電極功率端子的第二電極。由于相鄰電極板之間設(shè)置有絕緣板，所以兩電極層之間的距離即為絕緣板的厚度，在保證所需絕緣強(qiáng)度下，相較于現(xiàn)有技術(shù)中的兩電極功率端子的距離，本發(fā)明的電極功率端子縮小了其兩電極層之間的距離，電極層間距離的縮小有利于減小因功率端子給模塊引入的寄生電感。另外，由于多層電極板之間通過(guò)第一通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接，可以實(shí)現(xiàn)多層電極板的相間排列，這樣能夠增大電極平行相對(duì)的面積，能夠進(jìn)一步減小寄生電感。
[0037]另一方面，采用本發(fā)明實(shí)施例提供的電極功率端子，只需要在襯板上固定并焊接一個(gè)母排，能夠靈活地設(shè)計(jì)襯板結(jié)構(gòu)，能夠消除常規(guī)功率端子無(wú)法互連或互連復(fù)雜等問(wèn)題。而且，模塊的集電極、發(fā)射極可以集成于一塊母排上，簡(jiǎn)化了工裝及工藝過(guò)程。
[0038]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供的絕緣柵雙極晶閘管模塊，采用上述電極功率端子，其襯板上的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與電極功率端子的集電極電氣連接，IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與電極功率端子的發(fā)射極電氣連接，其中，至少一個(gè)IGBT芯片和/或至少一個(gè)FRD芯片到與其電氣連接的帶通孔的電極功率端子的集電極之間的電流路徑呈近似直線的路徑，這樣，能夠盡可能地縮短電流路徑。同時(shí)，電流從電極功率端子的集電極焊腳流入襯板覆銅層，然后流經(jīng)芯片，通過(guò)金屬鍵合線和覆銅層，從電極功率端子的發(fā)射極流出，如此所形成的電流環(huán)路與所述襯板所在的平面垂直，使得電流環(huán)路所圍的面積較小，有利于減小寄生電感。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039]為了更清楚地理解本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)電極功率端子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的一種電極功率端子的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的電極功率端子的圖2的A向視圖；
[0043]圖4是本發(fā)明實(shí)施例一的另一種電極功率端子的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖5是本發(fā)明實(shí)施例二的電極功率端子的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖6 (I)是現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)襯板布局俯視示意圖，圖6 (2)是圖6 (I)所示的常規(guī)襯板布局的電流環(huán)路示意圖；
[0046]圖7是本發(fā)明實(shí)施例三的第一種襯板布局不意圖；
[0047]圖8 (I)是本發(fā)明實(shí)施例三的模塊的第一種襯板電流環(huán)路示意圖；
[0048]圖8 (2)本發(fā)明實(shí)施例三的模塊的第一種襯板電流環(huán)路側(cè)視圖；
[0049]圖9是本發(fā)明實(shí)施例三的第二種襯板布局示意圖；
[0050]圖10是本發(fā)明實(shí)施例三的模塊電路示意圖；
[0051]圖11是本發(fā)明實(shí)施例四的襯板布局示意圖；
[0052]圖12是本發(fā)明實(shí)施例四的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖13是本發(fā)明實(shí)施例五的襯板布局示意圖；
[0054]圖14是本發(fā)明實(shí)施例六的襯板布局示意圖；
[0055]圖15 (I)和圖15 (2)是本發(fā)明實(shí)施例六的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0056]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0057]1、基板，2、襯板，3、子覆銅層，4、IGBT芯片，5、FRD芯片，6、金屬鍵合線，7、焊腳，
8、電極板，9、絕緣板，801、現(xiàn)有的電極功率端子的集電極、802、現(xiàn)有的電極功率端子的發(fā)射極、803、帶通孔的多層電極功率端子的集電極，804、帶通孔的多層電極功率端子的發(fā)射極，803c、集電極外與部連接部分，804e、發(fā)射極與外部連接部分，805、直流正電極，806、直流負(fù)電極，807、交流輸出極，9、絕緣板，910、第一通孔。
【具體實(shí)施方式】
[0058]以下將結(jié)合附圖所示的具體實(shí)施例方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0059]此外，在不同的實(shí)施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號(hào)或標(biāo)識(shí)，這些重復(fù)僅為了簡(jiǎn)單清楚地?cái)⑹霰景l(fā)明，不代表所討論的不同實(shí)施例及/或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。
[0060]本發(fā)明提供了電極功率 端子以及基于該功率端子的絕緣柵雙極晶閘管模塊兩方面的實(shí)施例。
[0061]首先介紹本發(fā)明實(shí)施例提供的絕緣柵雙極晶閘管模塊的電極功率端子的【具體實(shí)施方式】。
[0062]實(shí)施例一
[0063]如圖2和圖3所示，實(shí)施例一提供的電極功率端子為復(fù)合的兩電極功率端子，其包括，第一電極803、第二電極804,其中，第一電極803和第二電極804由一多層板結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0064]該多層板結(jié)構(gòu)包括N(N > 3，N為自然數(shù))層電極板8，且相鄰兩層電極板8之間間隔有絕緣板9。在該多層板結(jié)構(gòu)中，其中M (M3 2，M〈N，M為自然數(shù))層電極板之間通過(guò)至少一個(gè)第一通孔910實(shí)現(xiàn)電氣連接，使得該M層電極板構(gòu)成電極功率端子的第一電極803，且該第一通孔910周圍與剩余的(N-M)層電極板中的每一層電極板之間均有絕緣層隔開(kāi)實(shí)現(xiàn)電氣絕緣。剩余的(N-M)層電極板中的至少一層電極板構(gòu)成該電極功率端子的第二電極804。需要說(shuō)明的是，所述M層電極板可以是相互相鄰的電極板，也可以是不相鄰的。具體
地說(shuō)，設(shè)定多層板結(jié)構(gòu)按一個(gè)方向依次為第一電極板、第二電極板、......、第N電極板,那么
所述的M層電極板可以包括第一電極板、第二電極板、……、第M電極板等M層電極板，此
外。所述M層電極板也可以包括第一電極板、第三電極板、......、第M電極板、第N電極板
等M層電極板。
[0065]具體地說(shuō)，剩余的(N-M)層電極板中可以只有一層電極板作為該電極功率端子的第二電極804。此外，如果剩余的(N-M)層電極板中有至少兩層電極板的話，該(N-M)層電極板的每一層電極板還可以通過(guò)至少一個(gè)第二通孔(圖中未示出)實(shí)現(xiàn)電氣連接，使得剩余的(N-M)層電極板構(gòu)成的整體作為電極功率端子的第二電極804。需要說(shuō)明的是，該第二通孔與構(gòu)成第一電極803的M層電極板中的每一層電極板均通過(guò)絕緣層實(shí)現(xiàn)電極絕緣。
[0066]當(dāng)然也可以將剩余的(N-M)層電極板中部分電極板中的至少兩層電極板通過(guò)第二通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接，使其構(gòu)成電極功率端子的第二電極804，此時(shí)，該第二通孔與除構(gòu)成第二電極804的電極板以外的電極板電氣絕緣。
[0067]該電極功率端子還包括第一電極803與外部連接的部分803c、第二電極804與外部連接的部分804e。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖2或圖3所示，該第一電極803與外部連接的部分803c以及第二電極804與外部連接的部分804e可以從多層板結(jié)構(gòu)的頂部引出，并向上延伸。此外，如圖4所示，該第一電極803與外部連接的部分803c以及第二電極804與外部連接的部分804e還可以由多層板結(jié)構(gòu)的側(cè)面引出，并向上延伸。[0068]在保證一定機(jī)械強(qiáng)度的前提下，電極層(包括第一電極803和第二電極804)與外部連接的部分803c和804e可以設(shè)計(jì)成能夠滿足要求的任意厚度。
[0069]并且，第一電極803通過(guò)通孔與其外部連接部分803c電氣連接；第二電極804通過(guò)通孔與其外部連接部分804e電氣連接。第一電極803通過(guò)絕緣層與第二電極的外部連接部分804e絕緣,第二電極804通過(guò)絕緣層與第一電極與外部連接部分803c絕緣。
[0070]為了實(shí)現(xiàn)電極功率端子與絕緣柵雙極晶閘管模塊的電氣連接，該電極功率端子還包括從第一電極803和第二電極804向外延伸的多個(gè)焊腳7。實(shí)際上，由第一電極803向外延伸的第一焊腳和由第二電極804向外延伸的第二焊腳可以向任意方向延伸，但是為了與襯板上的芯片連接的方便，該第一焊腳和第二焊腳可以向多層板結(jié)構(gòu)的兩側(cè)延伸(如圖2和圖3所示)，也可以向多層板結(jié)構(gòu)的同一側(cè)延伸(如圖4所示)，進(jìn)一步地，該第一焊腳和第二焊腳可以分別形成關(guān)于多層板結(jié)構(gòu)的中心線呈軸對(duì)稱分布的結(jié)構(gòu)。
[0071]本發(fā)明實(shí)施例一提供的電極功率端子中，由于相鄰電極板之間設(shè)置有絕緣板，所以兩電極板之間的距離即為絕緣板的厚度，由于電極功率端子的第一電極803和第二電極804均由電極板組成，所以，第一電極803和第二電極804之間的距離為一層絕緣板9的厚度。相較于現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)的電極功率端子的距離，本發(fā)明實(shí)施例的電極功率端子的兩電極層之間的距離較小，較小的電極層之間的間距，有利于增大兩電極層的相對(duì)平行的面積，從而使兩電極層產(chǎn)生的互感Mteminal越大，根據(jù)公式
terminal Icollect + Iemitter ^ ^-terminal
可
知，兩電極層之間的距離的減小可以減小電極功率端子給模塊引入的寄生電感。另外，由于多層電極板之間通過(guò)通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接，可以實(shí)現(xiàn)多層電極板的相間排列，這樣也能夠增大電極平行相對(duì)的面積，能夠進(jìn)一步減小寄生電感。
[0072]另一方面，采用常規(guī)的電極功率端子，需要在襯板上分別固定第一電極和第二電極，而采用本發(fā)明實(shí)施例提供的電極功率端子，只需要在襯板上固定并焊接一個(gè)母排，能夠靈活地設(shè)計(jì)襯板結(jié)構(gòu)，能夠消除常規(guī)功率端子無(wú)法互連或互連復(fù)雜等問(wèn)題。而且，由于該電極功率端子集成了兩個(gè)電極層，所以，絕緣柵雙極晶閘管模塊的集電極、發(fā)射極可以集成于一塊母排上，簡(jiǎn)化了工裝及工藝過(guò)程。
[0073]此外，本發(fā)明提供的多層電極功率端子不僅可以集成兩個(gè)電極，還可以集成兩個(gè)以上的電極。具體可參見(jiàn)實(shí)施例二。
[0074]實(shí)施例二
[0075]如圖5所示，實(shí)施例二提供的電極功率端子集成了三個(gè)電極層，如右邊的放大圖所不，分別為第一電極805、第二電極806以及第三電極807。本實(shí)施例與實(shí)施例一有諸多相似之處，為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)，本實(shí)施例著重介紹其不同之處，與實(shí)施例一相同的部分請(qǐng)參見(jiàn)實(shí)施例一的詳細(xì)描述。
[0076]本實(shí)施例提供的電極功率端子與實(shí)施例一提供的電極功率端子的不同之處僅在于本實(shí)施例的電極功率端子增加了一個(gè)第三電極807，相應(yīng)地，也增加了一個(gè)第三電極807與外部連接的部分807j和由第三電極807向外延伸的第三焊腳。
[0077]與實(shí)施例一相同，該電極功率端子包括N (N ^ 3，N為自然數(shù))層電極板，其中，M(M≥2，M〈N，M為自然數(shù))層電極板通過(guò)至少一個(gè)第一通孔(圖5中未示出)實(shí)現(xiàn)電氣連接構(gòu)成第一電極805，本實(shí)施例中剩余的(N-M)層電極板至少包括兩層，該剩余的(N-M)層電極板又分為第一部分和第二部分，其中第一部分的電極板構(gòu)成第二電極806，第二部分的電極板構(gòu)成第三電極807。需要說(shuō)明的是，對(duì)第一部分的電極板和第二部分的電極板中的各個(gè)電極板不作位置上的限定。
[0078]具體地說(shuō)，當(dāng)?shù)谝徊糠值碾姌O板至少包括兩層電極板時(shí)，該第一部分的電極板中的部分或全部電極板可以構(gòu)成第二電極806，當(dāng)有至少兩層電極板構(gòu)成第二電極806時(shí)，構(gòu)成該第二電極806的電極板還可以通過(guò)至少一個(gè)第二通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接。該第二通孔與除構(gòu)成第二電極806的電極板以外的電極板均電氣絕緣。
[0079]同樣，構(gòu)成第三電極807的電極板即第二部分的電極板如果至少包括兩層時(shí)，該第二部分的電極板中的部分或全部電極板可以構(gòu)成第三電極807，當(dāng)有至少兩層電極板構(gòu)成第三電極807時(shí)，構(gòu)成該第三電極807的電極板可以通過(guò)至少一個(gè)第三通孔(圖5中未示出)實(shí)現(xiàn)電氣連接。該第三通孔與除構(gòu)成第三電極807的電極板以外的電極板均電氣絕緣。
[0080]也就是說(shuō)，當(dāng)構(gòu)成電極的電極板包括多層時(shí)，同一電極的不同電極板通過(guò)通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接；不同電極板間通過(guò)絕緣層實(shí)現(xiàn)相互絕緣。
[0081]有關(guān)第三電極807與外部連接的部分807j以及由第三電極807向外延伸的第三焊腳的位置和結(jié)構(gòu)關(guān)系與實(shí)施例一中的第一電極803與外部連接的部分803c以及第一焊腳或第二電極804與外部連接的部分804e以及第二焊腳的基本相同，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)施例一的詳細(xì)描述以及本領(lǐng)域的慣用技術(shù)手段和公知常識(shí)可以很容易地獲知。為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)，在此不再詳細(xì)描述。
[0082]實(shí)施例二提供的電極功率端子集成了三個(gè)電極層，除了具有實(shí)施例一所述的電極功率端子的有益效果以外，還能夠與絕緣柵雙極晶閘管模塊內(nèi)的三個(gè)電極電連接，當(dāng)絕緣柵雙極晶閘管模塊的電路為半橋電路或三相逆變器電路時(shí)，其中的直流正電極、直流負(fù)電極以及交流輸出極可以集成于一塊母排上，簡(jiǎn)化了工裝及工藝過(guò)程。
[0083]基于上述實(shí)施例一和實(shí)施例二提供的電極功率端子，本發(fā)明實(shí)施例還提供了低寄生電感的絕緣柵雙極晶閘管模塊的實(shí)施例。詳細(xì)參見(jiàn)實(shí)施例三至實(shí)施例六。
[0084]實(shí)施例三
[0085]首先，基于上述實(shí)施例一和實(shí)施例二提供的電極功率端子，本發(fā)明實(shí)施例提供了低寄生電感的襯板布局實(shí)施例。
[0086]目前，為了減少功率半導(dǎo)體模塊的寄生電感，在絕緣柵雙極晶閘管模塊中，襯板的電路常規(guī)布局如圖6 (I)所示。為了方便描述，圖6 (I)示出了 2個(gè)襯板2，每個(gè)襯板上設(shè)置有多個(gè)子覆銅層3，每個(gè)襯板2上含有4個(gè)IGBT芯片4以及對(duì)應(yīng)的FRD芯片5。IGBT芯片4和FRD芯片5關(guān)于襯板的中心線對(duì)稱分布在電極功率端子的兩邊，IGBT芯片4的集電極和FRD芯片5的陰極焊接到襯板的覆銅層3上，從而與焊接到同一子覆銅層3的集電極功率端子801實(shí)現(xiàn)電氣連接；IGBT芯片4的發(fā)射極和FRD芯片5的陽(yáng)極通過(guò)金屬鍵合線6電氣連接到另一子覆銅層，該子覆銅層通常位于襯板2的中間區(qū)域，其與集電極功率端子801連接的覆銅層通過(guò)一定的間隙實(shí)現(xiàn)電氣絕緣。發(fā)射極功率端子802焊接到該子覆銅層上，從而實(shí)現(xiàn)與IGBT芯片發(fā)射極和FRD芯片陽(yáng)極的電氣連接。
[0087]這種常規(guī)的襯板電路布局，其優(yōu)點(diǎn)是電氣連接簡(jiǎn)單，與之匹配的電極功率端子設(shè)計(jì)容易，并且芯片布局采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，部分降低了電路的寄生電感。這種常規(guī)的襯板電路布局在一般功率密度的情況下，能夠滿足要求，但是，該襯板電路布局中的每個(gè)芯片的電路環(huán)路均平行于襯板表面，如圖6 (2)所示。造成模塊芯片電流環(huán)路所圍面積較大。[0088]另外，以圖6 (I)或6 (2)所示的常規(guī)襯板為例，襯板上焊接有4個(gè)IGBT芯片，2個(gè)FRD芯片，襯板兩邊分別有2個(gè)IGBT芯片和I個(gè)FRD芯片，兩邊對(duì)稱。IGBT芯片401的電流環(huán)路為L(zhǎng)I，其環(huán)路寄生電感為11，402的電流環(huán)路為L(zhǎng)2，其環(huán)路寄生電感為12，403的電流環(huán)路為L(zhǎng)3，其環(huán)路寄生電感為13，404的電流環(huán)路為L(zhǎng)4，其環(huán)路寄生電感為14。4個(gè)IGBT芯片在電路上是并聯(lián)的，則總電感可以簡(jiǎn)單表示為：1IGBT=11| 112 I 13 114。
[0089]由于芯片是對(duì)稱分布的，可認(rèn)為環(huán)路LI和L2對(duì)稱，L3和L4對(duì)稱，所以，IIGBT ^ (12/2) I I(13/2)。
[0090]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中模塊芯片的電流環(huán)路所圍面積較大的缺陷和進(jìn)ー步降低由于襯板布局帶來(lái)的寄生電感，基于上述實(shí)施例提供的電極功率端子本發(fā)明提供了一種新的襯板布局。結(jié)合圖7，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的襯板布局進(jìn)行詳細(xì)描述。圖7是實(shí)施例所述的襯板布局示意圖。為了方便描述，圖7示出了 2個(gè)襯板，每個(gè)襯板上設(shè)置有4個(gè)IGBT芯片
4(分別為401’、402’、403’和404’）和2個(gè)FRD芯片5，每個(gè)襯板上還設(shè)置有電極功率端子80，該電極功率端子80采用上述實(shí)施例一或?qū)嵤├龅碾姌O功率端子，其中該電極功率端子80的第一電極803可以為集電極803，該電極功率端子的第二電極804可以為發(fā)射極 804。
[0091]為了降低絕緣柵雙極晶閘管模塊的寄生電感，電極功率端子80位于所述襯板的中間部位，如其一條中心線上，IGBT芯片4和FRD芯片5對(duì)稱分布在電極功率端子80的兩偵れ如圖7所示，IGBT芯片401’和403’位于所述電極功率端子80的左側(cè)，IGBT芯片402’和404’位于電極功率端子80的右側(cè)。為了便于電極功率端子80與襯板上的IGBT芯片4和FRD芯片5的電氣連接，該電極功率端子80的第一焊腳和第二焊腳分別向電極功率端子80的多層板結(jié)構(gòu)的兩側(cè)延伸，還可以進(jìn)ー步形成關(guān)于多層板結(jié)構(gòu)的中心線呈軸對(duì)稱分布。
[0092]在本實(shí)施例中，4個(gè)IGBT芯片4(分別為401’、402’、403’和404’）的集電極和FRD芯片5的陰極與電極功率端子80的集電極803電氣連接，IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與電極功率端子80的發(fā)射極804電氣連接。
[0093]由于在同一襯板上，通常會(huì)設(shè)置有若干個(gè)不同的子覆銅層3，不同子覆銅層之間電氣絕緣。為了方便描述，本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)定同一襯板上設(shè)置有N個(gè)子覆銅層，分別為第一子覆銅層、第二子覆銅層、……、第N子覆銅層。
[0094]所述IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與電極功率端子80的集電極803電氣連接，可以具體為，所述IGBT芯片的集電極和所述FRD芯片的陰極連接到所述襯板的第一子覆銅層上，所述第一子覆銅層與所述集電極803電氣連接(也就是說(shuō)，由電極功率端子的集電極803引出的第一焊腳焊接在第一子覆銅層上)。這種實(shí)現(xiàn)電氣連接的方式，適合IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極距離電極功率端子的集電極的焊腳較近的情形。
[0095]當(dāng)兩者相距較遠(yuǎn)時(shí)，可以以ー個(gè)或多個(gè)子覆銅層為導(dǎo)線，將IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與電極功率端子的集電極803連接起來(lái)。具體可以為，IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極先連接到襯板的第一子覆銅層上，該第一子覆銅層通過(guò)金屬鍵合線6與至少ー個(gè)第二子覆銅層電氣連接，其中ー個(gè)第二子覆銅層與集電極803電氣連接。需要說(shuō)明的是，此處所述的第二子覆銅層實(shí)際上可以包括一個(gè)子覆銅層，還可以包括多個(gè)子覆銅層。上述所述的連接方式也可以理解為：第一子覆銅層與第二子覆銅層中的ー個(gè)或多個(gè)子覆銅層通過(guò)金屬鍵合線直接或間接地連接起來(lái)，并且與第一子覆銅層通過(guò)金屬鍵合線直接或間接連接起來(lái)的至少一個(gè)子覆銅層與電極功率端子的集電極803電氣連接。在該實(shí)現(xiàn)電氣連接的方式中，第二子覆銅層的作用相當(dāng)于導(dǎo)線，這樣，IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極通過(guò)金屬鍵合線、第一子覆銅層以及一個(gè)或多個(gè)第二子覆銅層與電極功率端子的集電極實(shí)現(xiàn)電氣連接。
[0096]同IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與電極功率端子80的集電極803電氣連接的方式相同，所述IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與電極功率端子80的發(fā)射極804電氣連接的方式也可以包括以下兩種:第一種連接方式是，所述IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極通過(guò)金屬鍵合線6連接到第三子覆銅層上，所述第三子覆銅層與電極功率端子的發(fā)射極電氣連接；第二種連接方式是，IGBT芯片的發(fā)射極首先通過(guò)金屬鍵合線6與FRD芯片的陽(yáng)極電氣連接，然后通過(guò)金屬鍵合線6與至少一個(gè)第三子覆銅層連接，其中，與該金屬鍵合線連接的至少一個(gè)第三子覆銅層與電極功率端子的發(fā)射極電氣連接。很容易理解，在第二種連接方式中，第三子覆銅層也可以包括多個(gè)子覆銅層，且第三子覆銅層的作用相當(dāng)于導(dǎo)線，通過(guò)該第三子覆銅層直接或間接地將IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與電極功率端子的發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電氣連接。
[0097]由于電極功率端子80的集電極803為多層結(jié)構(gòu)，在該多層結(jié)構(gòu)中，每層電極板均可作為電極功率端子80的集電極803的一個(gè)子電極層，芯片只要與其中一個(gè)子電極層電氣連接，就與電極功率端子80的集電極803實(shí)現(xiàn)了電氣連接。這樣，位于功率端子兩側(cè)的芯片與電極功率端子80上靠近芯片的一個(gè)子電極層實(shí)現(xiàn)電氣連接即可。所以，這種電極功率端子80的結(jié)構(gòu)能夠使得電氣互連較為方便，能夠消除常規(guī)功率端子無(wú)法互連或互連復(fù)雜的問(wèn)題，并使得設(shè)計(jì)師能夠靈活地設(shè)計(jì)襯板結(jié)構(gòu)。
[0098]在該實(shí)施例中，至少一個(gè)IGBT芯片和/或至少一個(gè)FRD芯片到與其電氣連接的電極功率端子的電極層之間的電流路徑呈近似直線的路徑，具體地說(shuō)，以IGBT芯片為例，至少一個(gè)IGBT芯片的集電極到與與其電氣連接的電極功率端子80的集電極803的焊腳的電流路徑呈近似直線的路徑，或者，至少一個(gè)IGBT芯片的發(fā)射極到與其電氣連接的發(fā)射極804的焊腳的電流路徑呈近似直線的路徑，這樣能夠使電流路徑最短，有利于減小寄生電感。
[0099]圖8 (I)是本實(shí)施例提供的模塊的襯板電流環(huán)路示意圖，箭頭表示電流的方向。電流在電極功率端子和襯板之間形成的電流環(huán)路具體為:從電極功率端子的集電極803流入，經(jīng)過(guò)不同的集電極803的第一焊腳，流經(jīng)與集電極803相連的覆銅層，均勻地流入對(duì)應(yīng)的IGBT芯片的集電極，再?gòu)倪B接到IGBT芯片發(fā)射極的金屬鍵合線流出，流至金屬鍵合線所電氣連接的覆銅層，經(jīng)過(guò)電極功率端子的發(fā)射極流出。電極功率端子的集電極803和發(fā)射極804的電流方向相反，且每個(gè)芯片的電流環(huán)路均垂直于襯板表面。
[0100]圖8 (2)是Iv芯片上的電流環(huán)路側(cè)視圖，從圖8 (2)中看出，每個(gè)電流環(huán)路有金屬鍵合線dl段、芯片本身厚度d2段、覆銅層d3段、功率端子d4段組成。從圖8 (2)可以看出，本實(shí)施例的絕緣柵雙極晶閘管模塊內(nèi)的至少一個(gè)芯片的電流環(huán)路dl?d4段組成的電流回路所在的平面垂直于襯板表面。與常規(guī)的襯板電路布局(形成的電流回路平行于襯板表面)相比，本實(shí)施例的電流回路所圍的面積較小，僅為芯片的厚度或鍵合線的高度，能夠減少模塊的寄生電感。
[0101]如果IGBT芯片對(duì)稱分布在電極功率端子的兩側(cè)，那么每個(gè)IGBT芯片所形成的電流回路都相等，均為金屬鍵合線的高度，如果IGBT芯片發(fā)射極表面鍵合有N根金屬鍵合線，貝_個(gè)IGBT芯片的寄生電感僅為單根鍵合線所形成回路的1/N。例如，本實(shí)施例中的IGBT芯片對(duì)稱分布在電極功率端子的兩側(cè)，每個(gè)IGBT芯片的電流回路一致，這樣也有利于減小寄生電感。以圖7中襯板為例，襯板上焊接有4個(gè)IGBT芯片，2個(gè)FRD芯片，電極功率端子的兩測(cè)分別有2個(gè)IGBT芯片和I個(gè)FRD芯片，且位置關(guān)于電極功率端子的多層板結(jié)構(gòu)的中心線軸對(duì)稱。IGBT芯片401的電流環(huán)路為L(zhǎng)I’，其環(huán)路寄生電感為11’，402的電流環(huán)路為L(zhǎng)2’，其環(huán)路寄生電感為12’，403的電流環(huán)路為L(zhǎng)3’，其環(huán)路寄生電感為13’，404的電流環(huán)路為L(zhǎng)4’，其環(huán)路寄生電感為14’。4個(gè)IGBT芯片在電路上是并聯(lián)的，則總電感可以簡(jiǎn)單表示為:
[0102]I IGBTj = 11，| |12，| |13，| 114，；
[0103]本發(fā)明的襯板電路布局，可以近似認(rèn)為四個(gè)電流環(huán)路都是一樣的，所以
[0104]L’ IGBT ~13’ /4 ;
[0105]由上可知，這種布局的總電感等于每個(gè)電流環(huán)路的寄生電感的1/4。相較于常規(guī)的襯板布局(如圖6 (I)所不),本發(fā)明實(shí)施例提供的襯板布局產(chǎn)生的寄生電感較小。
[0106]上述實(shí)施例所述的襯板上的芯片布局關(guān)于電極功率端子的多層板結(jié)構(gòu)的中心線呈軸對(duì)稱分布，這種布局是本實(shí)施例的優(yōu)選方案，實(shí)際上，襯板上的芯片包括IGBT芯片和FRD芯片可以位于電極功率端子的兩側(cè)，還可以如圖9所示，同一襯板上的芯片包括IGBT芯片和FRD芯片還可以均位于電極功率端子的同一側(cè)。
[0107]另外，很容易理解，本發(fā)明實(shí)施例不限定襯板、IGBT芯片以及FRD芯片的個(gè)數(shù)，只要絕緣柵雙極晶閘管模塊至少包括一個(gè)襯板，每個(gè)襯板上設(shè)置有至少一個(gè)IGBT芯片和FRD芯片即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)明構(gòu)思。
[0108]基于上述實(shí)施例一和實(shí)施例二提供的電極功率端子以及新的襯板布局實(shí)施例，本發(fā)明實(shí)施例三還提供了低寄生電感的絕緣柵雙極晶閘管模塊的實(shí)施例。該絕緣柵雙極晶閘管的電路為單開(kāi)關(guān)電路，該電路不意圖如圖10所7]^。
[0109]實(shí)施例三所述的絕緣柵雙極晶閘管模塊的電路結(jié)構(gòu)為單開(kāi)關(guān)電路結(jié)構(gòu)，實(shí)際上，本發(fā)明提供的絕緣柵雙極晶閘管模塊的電路結(jié)構(gòu)還可以為半橋電路結(jié)構(gòu)。詳細(xì)參見(jiàn)實(shí)施例四和實(shí)施例五。
[0110]實(shí)施例四
[0111]實(shí)施例四和實(shí)施例三僅是模塊電路結(jié)構(gòu)不同，其襯板布局以及電極功率端子與襯板上的芯片的連接方式與實(shí)施例三的相同。為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)，本實(shí)施例僅對(duì)其不同之處進(jìn)行著重詳細(xì)描述。
[0112]結(jié)合圖11和圖12對(duì)實(shí)施例四進(jìn)行詳細(xì)描述。圖11是實(shí)施例四的襯板布局示意圖，圖12是本實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在半橋電路中，有直流正電極、直流負(fù)電極以及交流輸出極。所以，電極功率端子可以采用上述實(shí)施例二所述復(fù)合三電極功率端子。其中，第一電極作為直流正電極805、第二電極作為直流負(fù)電極806，第三電極作為交流輸出極807。
[0113]在該模塊中，至少包括兩個(gè)IGBT芯片和至少兩個(gè)FRD芯片。其中，至少一個(gè)IGBT芯片和至少一個(gè)FRD芯片組成上半橋臂，其它至少一個(gè)IGBT芯片和至少一個(gè)FRD芯片組成下半橋臂。
[0114]在該模塊中，上下半橋臂可以用一個(gè)襯板實(shí)現(xiàn)，也可以用多個(gè)襯板實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)以一個(gè)襯板實(shí)現(xiàn)半橋電路為例。
[0115]組成上半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與直流正電極805電氣連接，組成上半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與電極功率端子的交流輸出極807電氣連接；
[0116]組成下半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與電極功率端子的交流輸出極807電氣連接，組成下半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與直流負(fù)電極806電氣連接。
[0117]在該模塊中，至少一個(gè)IGBT芯片和/或至少一個(gè)FRD芯片到與其電氣連接的電極功率端子之間的電流路徑呈近似實(shí)現(xiàn)的路徑，在至少一個(gè)電極功率端子和襯板之間的電流環(huán)路垂直于襯板表面。
[0118]同實(shí)施例三所述的絕緣柵雙極晶閘管模塊類似，IGBT芯片在襯板上的位置可以位于所述電極功率端子的兩側(cè)，和/或FRD芯片在襯板上的位置位于電極功率端子的兩側(cè)。當(dāng)然，IGBT芯片和FRD芯片也可以位于電極功率端子的同一側(cè)。當(dāng)IGBT芯片和/或FRD芯片位于電極功率端子的兩側(cè)時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選，IGBT芯片和/或FRD芯片關(guān)于電極功率端子的多層板結(jié)構(gòu)的中心線呈軸對(duì)稱分布。同樣，電極功率端子可以位于襯板上靠近中間的區(qū)域,也可以位于襯板上的靠近一邊緣的區(qū)域。
[0119]在本實(shí)施例中，上半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與電極功率端子的直流正電極805電氣連接與實(shí)施例三中的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與電極功率端子的集電極803電氣連接的具體實(shí)現(xiàn)方式基本相同。具體可以為:
[0120]組成所述上半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極連接到第一子覆銅層上，所述第一子覆銅層與電極功率端子的直流正電極805電氣連接；或者，組成所述上半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極通過(guò)金屬鍵合線連接到第二子覆銅層上，第二子覆銅層通過(guò)金屬鍵合線與至少一個(gè)第一子覆銅層電氣連接，與第二子覆銅層通過(guò)金屬鍵合線連接的至少一個(gè)第一子覆銅層與所述直流正電極805電氣連接。
[0121]基于同一構(gòu)思，組成上半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與電極功率端子的交流輸出極807電氣連接，具體可以為:組成所述上半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極通過(guò)金屬鍵合線連接到第三子覆銅層，所述第三子覆銅層與所述電極功率端子上的交流輸出極807電氣連接；或者，組成所述上半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極先通過(guò)金屬鍵合線連接到第四子覆銅層，該第四子覆銅層通過(guò)金屬鍵合線與至少一個(gè)第三子覆銅層電氣連接，與第四子覆銅層通過(guò)金屬鍵合線連接的至少一個(gè)第三子覆銅層與所述電極功率端子上的交流輸出極807電氣連接。
[0122]組成下半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與電極功率端子的交流輸出極電氣連接，具體可以為，組成所述下半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極連接到第五子覆銅層上，所述第五子覆銅層與所述襯板上的交流輸出極807電氣連接；或者，組成所述下半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極通過(guò)金屬鍵合線連接到第六子覆銅層，該第六子覆銅層通過(guò)金屬鍵合線與至少一個(gè)第五子覆銅層電氣連接，與第六子覆銅層通過(guò)金屬鍵合線連接的至少一個(gè)第五子覆銅層與所述電極功率端子上的交流輸出極807電氣連接。
[0123]組成下半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與直流負(fù)電極電氣連接，具體可以為，組成所述下半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極通過(guò)金屬鍵合線連接到第七子覆銅層上，所述第七子覆銅層與所述直流負(fù)電極806電氣連接，或者，組成所述下半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極先通過(guò)金屬鍵合線連接到第八子覆銅層，該第八子覆銅層通過(guò)金屬鍵合線與至少一個(gè)第七子覆銅層電氣連接，與第八子覆銅層電氣連接的至少一個(gè)第七子覆銅層與所述直流負(fù)電極806電氣連接。
[0124]當(dāng)模塊的電路為半橋電路時(shí)，還可以將交流輸出極807設(shè)置在襯板上，其它電極如直流正電極和直流負(fù)電極可以采用電極功率端子上的電極層。詳細(xì)參見(jiàn)實(shí)施例五。
[0125]實(shí)施例五
[0126]結(jié)合圖13對(duì)實(shí)施例五所述的絕緣柵雙極晶閘管模塊進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例五與實(shí)施例四有諸多相似之處，其不同點(diǎn)僅在于本實(shí)施例采用實(shí)施例1中的多層電極功率端子，其交流輸出極807沒(méi)有與直流正電極805和直流負(fù)電極806集成在一起，而是在模塊的襯板上的一個(gè)預(yù)定的子覆銅層上設(shè)置有交流輸出極807。該預(yù)定子覆銅層通過(guò)金屬鍵合線與上半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極電氣連接，同時(shí)也通過(guò)金屬鍵合線或直接與下半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極電氣連接。
[0127]需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中由于交流輸出極位于襯板上，流經(jīng)模塊的電流會(huì)繞到交流輸出極上，使得本實(shí)施例中絕緣柵雙極晶閘管模塊的電流環(huán)路不完全垂直于襯板表面。
[0128]基于實(shí)施例四和實(shí)施例五所述的絕緣柵雙極晶閘管模塊，本發(fā)明提供的絕緣柵雙極晶閘管模塊還可以為三相逆變器模塊。該模塊可以由三個(gè)如實(shí)施例四或?qū)嵤├逅龅陌霕螂娐方M成。詳細(xì)參見(jiàn)實(shí)施例六。
[0129]實(shí)施例六
[0130]參見(jiàn)圖14。圖14所示的三相逆變器模塊是在實(shí)施例五所述的半橋電路進(jìn)行組合的。實(shí)際上，本發(fā)明實(shí)施例提供的三相逆變器模塊還可以基于實(shí)施例四所述的半橋電路進(jìn)行組合。該三相逆變器模塊的電路結(jié)構(gòu)可以具體為兩種結(jié)構(gòu)。一種，是三個(gè)半橋電路沒(méi)有連接起來(lái)，如圖15 (I)所示的電路結(jié)構(gòu)。在該電路結(jié)構(gòu)中，一個(gè)電極功率端子連接一個(gè)襯板，形成一個(gè)半橋電路結(jié)構(gòu)。在該電路結(jié)構(gòu)中，包含三個(gè)半橋電路，所以需要三個(gè)獨(dú)立的電極功率端子。另外一種結(jié)構(gòu)是，如圖15 (2)所示，三個(gè)半橋電路對(duì)應(yīng)的多層電極功率端子集成為一個(gè)多層電極功率端子。具體地，三個(gè)半橋電路的直流正電極連接在一起、直流負(fù)電極連接在一起，而交流輸出級(jí)仍然保持獨(dú)立的狀態(tài)。同樣的，該實(shí)施例也可采用實(shí)施例2中的多層電極功率端子，具體地，三個(gè)半橋電路的直流正電極連接在一起、直流負(fù)電極連接在一起，而交流輸出級(jí)仍然保持獨(dú)立的狀態(tài)。
[0131]應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其它實(shí)施方式。
[0132]上文所列出的一系列的詳細(xì)說(shuō)明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說(shuō)明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電極功率端子，其特征在于，至少包括，第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極由一多層板構(gòu)成，所述多層板包括N層電極板，相鄰兩層電極板之間設(shè)置有絕緣板，其中，M層電極板之間通過(guò)至少ー個(gè)第一通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接構(gòu)成所述第一電極，且各個(gè)所述第一通孔與除所述M層電極板以外的每ー電極板均電氣絕緣，除所述M層電極板以外的至少ー層電極板構(gòu)成所述第二電極； 其中，M≥2，N≥3，N>M，M、N均為自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極功率端子，其特征在于，所述除所述M層電極板以外的電極板至少包括兩層，所述除所述M層電極板以外的至少ー層電極板構(gòu)成所述電極功率端子的第二電極，具體為，除所述M層電極板以外的每ー電極板通過(guò)至少ー個(gè)第二通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接構(gòu)成所述第二電極，且所述第二通孔與所述M層電極板的每ー電極板均電氣絕緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極功率端子，其特征在于，還包括第三電極，所述除所述M層電極板以外的電極板至少包括兩層，所述除所述M層電極板以外的電極板包括第一部分和第二部分，其中，所述第一部分的電極板構(gòu)成所述第二電極，所述第二部分的電極板構(gòu)成所述第三電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電極功率端子，其特征在于，所述第一部分至少包括兩層電極板，所述第一部分的電極板通過(guò)至少ー個(gè)第二通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接構(gòu)成所述第二電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電極功率端子，其特征在于，所述第二部分至少包括兩層電極板，所述第二部分的電極板通過(guò)至少ー個(gè)第三通孔實(shí)現(xiàn)電氣連接構(gòu)成所述第三電極。
6.ー種絕緣柵雙極晶閘管模塊，其特征在干，包括，至少ー個(gè)襯板，位于所述襯板之上的至少ー個(gè)IGBT芯片、至少ー個(gè)FRD芯片以及電極功率端子，所述電極功率端子采用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的電極功率端子，所述第一電極為集電極，所述第二電極為發(fā)射極； 所述IGBT芯片的集電極和所述FRD芯片的陰極與所述電極功率端子的集電極電氣連接，所述IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與所述電極功率端子的發(fā)射極電氣連接； 其中，至少ー個(gè)IGBT芯片和/或至少ー個(gè)FRD芯片到與其電氣連接的所述電極功率端子之間的電流路徑呈近似直線的路徑，在所述電極功率端子和所述襯板之間形成的至少ー個(gè)電流環(huán)路垂直于所述襯板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模塊，其特征在于，在同一所述襯板上，所述電極功率端子位于所述襯板中心線上，所述襯板上設(shè)置有至少兩個(gè)IGBT芯片和至少兩個(gè)FRD芯片，所述IGBT芯片在所述襯板上的位置關(guān)于所述襯板的中心線軸對(duì)稱，和/或，所述FRD芯片在所述襯板上的位置關(guān)于所述襯板的中心線軸對(duì)稱。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模塊，其特征在于，在同一所述襯板上，所述IGBT芯片和FRD芯片位于所述電極功率端子的同一側(cè)。
9.ー種絕緣柵雙極晶閘管模塊，其特征在于，包括至少ー個(gè)襯板，位于所述襯板之上的至少兩個(gè)IGBT芯片、至少兩個(gè)FRD芯片以及電極功率端子，所述電極功率端子采用權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的電極功率端子，所述第一電極為直流正電極，所述第二電極為交流輸出極，所述第三電極為直流負(fù)電極； 所述模塊電路為半橋電路，其中，至少ー個(gè)IGBT芯片和至少ー個(gè)FRD芯片組成上半橋臂，其它至少ー個(gè)IGBT芯片和其它至少ー個(gè)FRD芯片組成下半橋臂； 組成所述上半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與所述直流正電極電氣連接，組成所述上半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與所述電極功率端子的交流輸出極電氣連接； 組成所述下半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與所述電極功率端子的交流輸出極電氣連接，組成所述下半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與所述直流負(fù)電極電氣連接； 其中，至少一個(gè)IGBT芯片和/或至少一個(gè)FRD芯片到與其電氣連接的所述電極功率端子之間的電流路徑呈近似直線的路徑，在所述電極功率端子和所述襯板之間形成的至少一個(gè)電流環(huán)路垂直于所述襯板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模塊，其特征在于，在同一所述襯板上設(shè)置有至少兩個(gè)IGBT芯片和至少兩個(gè)FRD芯片，所述電極功率端子位于所述襯板中心線上，所述IGBT芯片位于所述電極功率端子的兩側(cè)，和/或，所述FRD芯片位于所述電極功率端子的兩側(cè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模塊，其特征在于，在同一所述襯板上，所述IGBT芯片和FRD芯片位于所述電極功率端子的同一側(cè)。
12.—種絕緣柵雙極晶閘管模塊，其特征在于，包括至少一個(gè)襯板、位于所述襯板之上的至少兩個(gè)IGBT芯片，至少兩個(gè)FRD芯片以及電極功率端子，所述襯板上還設(shè)置有交流輸出極，所述電極功率端子采用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的電極功率端子，所述第一電極為直流正電極，所述第二電極為直流負(fù)電極； 所述模塊電路為半橋電路，其中，至少一個(gè)IGBT芯片和至少一個(gè)FRD芯片組成上半橋臂，其它至少一個(gè)IGBT芯片和其它至少一個(gè)FRD芯片組成下半橋臂； 組成所述上半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與所述電極功率端子的直流正電極電氣連接，組成所 述上半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與所述襯板上的交流輸出極電氣連接； 組成所述下半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極與所述襯板上的交流輸出極電氣連接，組成所述下半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極與所述電極功率端子的直流負(fù)電極電氣連接； 其中，至少一個(gè)IGBT芯片和/或至少一個(gè)FRD芯片到與其電氣連接的所述電極功率端子之間的電流路徑呈近似直線的路徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的模塊，其特征在于，在同一所述襯板上設(shè)置有至少兩個(gè)IGBT芯片和至少兩個(gè)FRD芯片，所述電極功率端子位于所述襯板中心線上，所述IGBT芯片在所述襯板上的位置關(guān)于所述襯板的中心線軸對(duì)稱，和/或，所述FRD芯片在所述襯板上的位置關(guān)于所述襯板的中心線軸對(duì)稱。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的模塊，其特征在于，在同一所述襯板上，所述IGBT芯片和FRD芯片位于所述電極功率端子的同一側(cè)。
15.一種絕緣柵雙極晶閘管模塊，其特征在于，所述模塊電路為三相逆變器電路，所述三相逆變器電路由權(quán)利要求9-14任一項(xiàng)所述的三個(gè)半橋電路組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的模塊，其特征在于，每個(gè)所述半橋電路的上半橋臂的IGBT芯片的集電極和FRD芯片的陰極連接在一起，每個(gè)所述半橋電路的下半橋臂的IGBT芯片的發(fā)射極和FRD芯片的陽(yáng)極連接在一起。
【文檔編號(hào)】H01L23/49GK103545282SQ201310541204
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】徐凝華, 劉國(guó)友, 吳義伯, 竇澤春, 忻蘭苑 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司