一種功率模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力電子領(lǐng)域，特別是涉及一種功率模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]功率模塊是功率電子電力器件如金屬氧化物半導(dǎo)體(功率M0S管)、絕緣柵型場效應(yīng)晶體管(IGBT)，快恢復(fù)二極管(FRD)按一定的功能組合封裝成的電力開關(guān)模塊，其主要用于電動汽車，光伏發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，工業(yè)變頻等各種場合下的功率轉(zhuǎn)換。
[0003]由于模塊中的功率開關(guān)被重復(fù)地切換，由其結(jié)構(gòu)配置所產(chǎn)生的電感會降低功率模塊的可靠性?，F(xiàn)有的模塊續(xù)流回路面積大，模塊的續(xù)流回路電感很大，使模塊的開關(guān)損耗大，可靠性低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]實(shí)用新型目的:本實(shí)用新型的目的是提供一種雜散電感低、開關(guān)損耗小、可靠性高的功率模塊。
[0005]技術(shù)方案:為達(dá)到此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]本實(shí)用新型所述的功率模塊，包括底板、正電極、負(fù)電極、輸出電極和絕緣基板，絕緣基板設(shè)于底板上，正電極、負(fù)電極和輸出電極與底板之間均設(shè)有絕緣層，絕緣基板包括導(dǎo)熱絕緣層以及形成于該導(dǎo)熱絕緣層上的銅層;所述絕緣基板的銅層上設(shè)有多個相互獨(dú)立的環(huán)形絕緣槽，絕緣槽包圍的銅層為下橋臂銅層，絕緣槽外側(cè)的銅層為上橋臂銅層，下橋臂銅層上設(shè)有下橋臂功率芯片單元，上橋臂銅層上設(shè)有上橋臂功率芯片單元；由正電極流出的工作電流通過上橋臂銅層流入上橋臂功率芯片單元，最后流至輸出電極；由負(fù)電極流出的續(xù)流電流通過下橋臂功率芯片單元流入下橋臂銅層，最后流至輸出電極。
[0007]進(jìn)一步，所述正電極與負(fù)電極在平行于底板的方向上疊層設(shè)置，且正電極與負(fù)電極之間也設(shè)有絕緣層。
[0008]進(jìn)一步，所述絕緣槽刻蝕在絕緣基板的銅層上。
[0009]進(jìn)一步，所述上橋臂功率芯片單元包括多個并聯(lián)的上橋臂功率芯片組，下橋臂功率芯片單元包括多個并聯(lián)的下橋臂功率芯片組;所述上橋臂功率芯片組包括集成于一體的上橋臂功率開關(guān)和上橋臂內(nèi)部二極管，且上橋臂功率開關(guān)和上橋臂內(nèi)部二極管并聯(lián);下橋臂功率芯片單元包括集成于一體的下橋臂功率開關(guān)和下橋臂內(nèi)部二極管，且下橋臂功率開關(guān)和下橋臂內(nèi)部二極管并聯(lián)；由負(fù)電極流出的續(xù)流電流流經(jīng)下橋臂內(nèi)部二極管的正極、下橋臂內(nèi)部二極管的負(fù)極，然后經(jīng)下橋臂銅層流至輸出電極。
[0010]進(jìn)一步，所述上橋臂功率芯片單元包括多個并聯(lián)的上橋臂功率芯片組，下橋臂功率芯片單元包括多個并聯(lián)的下橋臂功率芯片組;所述上橋臂功率芯片組包括并聯(lián)的上橋臂功率開關(guān)、上橋臂內(nèi)部二極管和上橋臂外部二極管，且上橋臂功率開關(guān)和上橋臂內(nèi)部二極管集成于一體;下橋臂功率芯片組包括并聯(lián)的下橋臂功率開關(guān)、下橋臂內(nèi)部二極管和下橋臂外部二極管，且下橋臂功率開關(guān)和下橋臂內(nèi)部二極管集成于一體；由負(fù)電極流出的續(xù)流電流流經(jīng)下橋臂內(nèi)部二極管和下橋臂外部二極管的正極、下橋臂內(nèi)部二極管和下橋臂外部二極管的負(fù)極，然后經(jīng)下橋臂銅層流至輸出電極。
[0011 ]進(jìn)一步，所述上橋臂功率芯片單元包括多個并聯(lián)的上橋臂功率芯片組，下橋臂功率芯片單元包括多個并聯(lián)的下橋臂功率芯片組;所述上橋臂功率芯片組包括上橋臂功率開關(guān)，上橋臂功率開關(guān)外部并聯(lián)有上橋臂外部二極管；下橋臂功率芯片組包括下橋臂功率開關(guān)，下橋臂功率開關(guān)并聯(lián)有下橋臂外部二極管；由負(fù)電極流出的續(xù)流電流流經(jīng)下橋臂外部二極管的正極、下橋臂外部二極管的負(fù)極，然后經(jīng)下橋臂銅層流至輸出電極。
[0012]進(jìn)一步，所述上橋臂功率開關(guān)和下橋臂功率開關(guān)均為功率M0S管；由正電極流出的工作電流通過上橋臂銅層流入上橋臂功率開關(guān)的漏極，然后經(jīng)上橋臂功率開關(guān)的源極流出至輸出電極。
[0013]進(jìn)一步，所述上橋臂功率開關(guān)和下橋臂功率開關(guān)均為IGBT管；由正電極流出的工作電流通過上橋臂銅層流入上橋臂功率開關(guān)的集電極，然后經(jīng)上橋臂功率開關(guān)的發(fā)射極流出至輸出電極。
[0014]進(jìn)一步，所述上橋臂功率開關(guān)為M0S管，下橋臂功率開關(guān)為IGBT管；由正電極流出的工作電流通過上橋臂銅層流入上橋臂功率開關(guān)的漏極，然后經(jīng)上橋臂功率開關(guān)的源極流出至輸出電極。
[0015]進(jìn)一步，所述上橋臂功率開關(guān)為IGBT管，下橋臂功率開關(guān)為M0S管；由正電極流出的工作電流通過上橋臂銅層流入上橋臂功率開關(guān)的集電極，然后經(jīng)上橋臂功率開關(guān)的發(fā)射極流出至輸出電極。
[0016]有益效果:
[0017]1)本實(shí)用新型提供的功率模塊中，絕緣基板的銅層上設(shè)有多個相互獨(dú)立的環(huán)形絕緣槽，絕緣槽包圍的銅層為下橋臂銅層，絕緣槽外側(cè)的銅層為上橋臂銅層，下橋臂銅層形成孤島，且正電極與負(fù)電極疊層設(shè)置，使得由正電極流出的工作電流分流成多路，分別流經(jīng)相鄰下橋臂銅層之間的上橋臂銅層，而由負(fù)電極流出的續(xù)流電流從相鄰的工作電流中間流過，因此，工作電流通路與續(xù)流電流通路圍成的面積小，能夠有效降低雜散電感，減小開關(guān)損耗，提尚可靠性；
[0018]2)本實(shí)用新型的上橋臂功率芯片組與下橋臂功率芯片組的個數(shù)可為單數(shù)或者雙數(shù)，使得設(shè)計(jì)更加靈活；
[0019]3)本實(shí)用新型提供的功率模塊應(yīng)用在高速功率模塊領(lǐng)域時，能夠更好地降低雜散電感，減小開關(guān)損耗；
[0020]4)本實(shí)用新型提供的功率模塊可采用邦定線將各電極、各銅層以及各功率芯片單元直接連通，有效簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了成本。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施例的電流流向不意圖；
[0022]圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例的帶殼體的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例中上橋臂功率開關(guān)和下橋臂功率開關(guān)均為IGBT管時的電路圖；
[0025]圖5是本實(shí)用新型的實(shí)施例中上橋臂功率開關(guān)和下橋臂功率開關(guān)均為功率MOS管時的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述。
[0027]如圖1、圖2、圖3所示，本實(shí)用新型第一實(shí)施例的功率模塊包括底板1、絕緣的外殼
9、正電極2、負(fù)電極3、輸出電極4、絕緣基板5、上橋臂功率芯片單元6和下橋臂功率芯片單元
7。外殼9設(shè)置在底板1上，其底部中間挖掉一部分，邊緣的一圈保留，正電極2、負(fù)電極3和輸出電極4注塑在外殼9底部邊緣保留的部分，也即正電極2、負(fù)電極3和輸出電極4與底板1之間均是絕緣的。輸出電極4設(shè)置于外殼9底部的一端，正電極2和負(fù)電極3設(shè)置于外殼9底部的另一端。絕緣基板5設(shè)于底板1上，它是三層結(jié)構(gòu)，包括上表面銅層、下表面銅層和中間的氧化鋁或氮化鋁陶瓷，其中上表面銅層與芯片連接，刻蝕有電路圖，改變上表面銅層的分布形式即可改變絕緣基板5上表面電流的路徑。絕緣基板5的上表面銅層上刻蝕有三個相互獨(dú)立的環(huán)形絕緣槽12，絕緣槽12包圍的銅層為下橋臂銅層，絕緣槽12外側(cè)的銅層為上橋臂銅層，使得三個下橋臂銅層彼此孤立、形成孤島，且相鄰兩個下橋臂銅層之間除了設(shè)有兩個絕緣槽12，還設(shè)有部分上橋臂銅層。上橋臂銅層上設(shè)有一個上橋臂功率芯片單元，上橋臂功率芯片單元包括六個并聯(lián)的上橋臂功率芯片組6;下橋臂銅層上設(shè)有三個下橋臂功率芯片單元，每個下橋臂功率芯片單元均包括兩個并聯(lián)的下橋臂功率芯片組7，共有六個下橋臂功率芯片組7。上橋臂功率芯片組和下橋臂功率芯片組的個數(shù)可為單數(shù)或者雙數(shù)，使得設(shè)計(jì)更加靈活。
[0028]上橋臂功率芯片組6和下橋臂功率芯片組7的第一種結(jié)構(gòu)為:上橋臂功率芯片組6包括集成于一體的上橋臂功率開關(guān)和上橋臂內(nèi)部二極管，且上橋臂功率開關(guān)和上橋臂內(nèi)部二極管并聯(lián)；下橋臂功率芯片單元包括集成于一體的下橋臂功率開關(guān)和下橋臂內(nèi)部二極管，且下橋臂功率開關(guān)和下橋臂內(nèi)部二極管并聯(lián)；由負(fù)電極3流出的續(xù)流電流11流經(jīng)下橋臂內(nèi)部二極管的正極、下橋臂內(nèi)部二極管的負(fù)極，然后經(jīng)下橋臂銅層流至輸出電極4。
[0029]上橋臂功率芯片組6和下橋臂功率芯片組7的第二種結(jié)構(gòu)為:上橋臂功率芯片組6包括并聯(lián)的上橋臂功率開關(guān)、上橋臂內(nèi)部二極管和上橋臂外部二極管，且上橋臂功率開關(guān)和上橋臂內(nèi)部二極管集成于一體;下橋臂功率芯片組7包括并聯(lián)的下橋臂功率開關(guān)、下橋臂內(nèi)部二極管和下橋臂外部二極管，且下橋臂功率開關(guān)和下橋臂內(nèi)部二極管集成于一體；由負(fù)電極3流出的續(xù)流電流11流經(jīng)下橋臂內(nèi)部二極管和下橋臂外部二極管的正極、下橋臂內(nèi)部二極管和下橋臂外部二極管的負(fù)極，然后經(jīng)下橋臂銅層流至輸出電極4。
[0030]上橋臂功率芯片組6和下橋臂功率芯片組7的第三種結(jié)構(gòu)為:上橋臂功率芯片組6包括上橋臂功率開關(guān)，上橋臂功率開關(guān)外部并聯(lián)有上橋臂外部二極管;下橋臂功率芯片組7包括下橋臂功率開關(guān)，下橋臂功率開關(guān)并聯(lián)有下橋臂外部二極管；由負(fù)電極3流出的續(xù)流電流11流經(jīng)下橋臂外部二極管的正極、下橋臂外部二極管的負(fù)極，然后經(jīng)下橋臂銅層流至輸出電極4。
[0031]其中，上橋臂功率開關(guān)為功率M0S管或者IGBT管，下橋臂功率開關(guān)為功率M0S管或者IGBT管。
[0032]當(dāng)上橋臂功率開關(guān)和下橋臂功率開關(guān)均為功率M0S管時，上橋臂銅層包括上橋臂漏極銅層51和上橋臂源極銅層52，下橋臂