CN101320938B - 一种多用途功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够适用于多种电路结构、多种电压，并且具有较大电流输出范围的多用途功率模块。其技术方案是：一种多用途功率模块，包括顶盖、底板、边框、功率端子和信号端子，所述底板上设有DBC基板和芯片，底板的四角设有安装定位孔，其特征在于，所述功率模块还包括功率端子支架和信号端子支架；所述功率端子支架上设有3个功率端子插孔，相邻的两个功率端子插孔间的距离相等，根据功率模块用途需要，在功率端子插孔内设置所述功率端子；所述信号端子支架上设置信号端子插孔，根据功率模块用途需要，在信号端子插孔内设置所述信号端子；所述功率端子支架嵌入边框的前边或后边内侧，所述信号端子支架嵌入边框的左边或右边的内侧。

Description

一种多用途功率模块 

技术领域

本发明涉及一种功率器件，更具体地说涉及一种能够适用于多种电路结构、多种电压，并且具有较大电流输出范围的功率模块。 

背景技术

由于MOSFET和IGBT功率模块具有广泛的工业应用场合，它们的设计存在着不同的电压和电流等级。例如，MOSFET模块的耐压范围可以从60V至600V，而IGBT模块的耐压范围可以从600V直至6500V。另一方面，对同一耐压等级的功率模块，根据负载的大小，其输出电流也有很大的不同。例如1200V电压等级的IGBT模块，输出电流的范围可以从50安培增加到超过1000安培。再者，针对不同的应用场合，MOSFET和IGBT模块的设计有着不同的电路结构，有单管，半桥，斩波器，对称、不对称四桥，三相全桥，PIM，IPM等等。 

现有的功率模块在典型情况下，包括塑料外壳、底板、功率端子和信号端子。以标准“62mm”功率模块为例，其结构如图1所示：它通常为3个功率引线端子的功率模块，功率引线端子直接钎焊在DBC基板上，安装孔定位93mm×48mm.用于IGBT时，电压范围分为600V，1200V和1700V。在电压为600V时，它的最大输出电流可达400A。电压升高时，输出电流下降。电路结构方面，该模块可用作单管，半桥和斩波器应用。 

现代功率电子模块由于不同的电压、电流以及电路结构的要求，造成图7是本发明实施例2功率端子和信号端子组合结构图 

了模块尺寸和布局的多样化。一种设计往往只能针对单一的电路结构和有限的 电压、电流范围。不同的生产商即使对相同的应用，其设计的模块也不尽相同，使模块的通用性十分有限，增加了使用者的成本。即便是同一厂商，种类繁多的模块也增加了管理与制造成本。与此同时，对工业变频器和其它功率控制系统的高效和节能的要求使功率模块朝着高功率密度，高可靠性，和低制造成本方向发展。因此，市场上需要一种能够适用多种电路结构、多种电压，并且具有较大电流输出范围的功率模块来满足需求。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种多用途功率模块，该模块能够通过引线端子的组合、DBC基板的设计，以及不同芯片的应用，使同一尺寸的模块能够容纳多种电路结构，而且通过引线端子的组合，使同一尺寸模块的输出电流范围最大化。 

实现本发明目的的技术方案是：一种多用途功率模块，包括顶盖、底板、边框、功率端子和信号端子，所述底板上设有DBC基板和芯片，底板的四角设有安装定位孔，所述功率模块还包括功率端子支架和信号端子支架；所述功率端子支架上设有3个功率端子插孔，相邻的两个功率端子插孔间的距离相等，根据功率模块用途需要，在功率端子插孔内设置所述功率端子；所述信号端子支架上设置信号端子插孔，根据功率模块用途需要，在信号端子插孔内设置所述信号端子；所述功率端子支架嵌入边框的前边或后边内侧，所述信号端子支架嵌入边框的左边或右边的内侧。 

本发明中，根据功率模块用途需要，设置一个或两个功率端子支架，在每个功率端子支架上，功率端子的数目可以从0至3个变化。设置一个或两个信号端子支架，在每个信号端子支架上，可以设置1个至8个信号端子。 

所述功率端子和信号为高导电率的铜材，支架为高绝缘性塑胶材料，通过模塑成型，功率端子和信号端子可根据功率模块结构预先装配。功率端子和信号端子与功率芯片及DBC基板的连接通过键合丝以超音波键合方式连接。键合丝通常选用高纯度的粗铝丝，并根据输出电流的大小来决定键合丝的数量。由于取消了功率端子和DBC基板之间的钎焊焊点，从而消除了这些焊点在温度循环等恶劣环境下的应力疲劳问题，提高了模块的可靠性。

作为本发明的进一步改进，在所述功率端子支架外侧面，相邻的两个功率端子插孔之间形成凹槽，在所述边框的前边或后边的内侧设有与所述凹槽相对应的凸块，所述功率端子支架嵌入边框时，所述凹槽与凸块相配合，使功率端子支架与边框牢固连接。 

作为本发明的进一步改进，在所述边框内的四角设有挡块，所述功率端子支架嵌入边框的前边或后边与挡块之间的空间，所述信号端子支架嵌入边框的左边或右边与挡块之间的空间。 

本发明中设置了功率端子支架和信号端子支架，根据功率模块的用途，通过引线端子(包括功率端子和信号端子)的不同组合，即在支架上设置相应的数目的功率端子或功率端子和信号端子，使同一尺寸模块的输出电流范围最大化。 

附图说明

图1是本发明的背景技术结构图 

图2是本发明实施例1结构示意图 

图3是本发明实施例1功率端子支架正面结构示意图 

图4是本发明实施例1信号端子支架结构示意图 

图5是本发明实施例1功率端子支架背面结构示意图 

图6是本发明实施例1边框结构示意图 

图7是本发明实施例2功率端子和信号端子组合结构图 

图8是本发明实施例3功率端子和信号端子组合结构图 

图9是本发明实施例4功率端子和信号端子组合结构图 

图10是本发明实施例5功率端子和信号端子组合结构图 

图11是本发明实施例6功率端子和信号端子组合结构图 

具体实施方式

下面结合实施例做进一步说明。 

实施例1 

如图2所示，多用途功率模块100，包括顶盖1、底板2、边框3、功率端子4和信号端子5，功率端子支架7和信号端子支架6。底板2的四角设有安装定位孔26，底板上设有D B C基板和芯片。在边框3内的四角设有挡块8，两个功率端子支架7分别嵌入边框3的前边和后边与挡块8之间的空间，两个信号端子支架6分别嵌入边框3的左边和右边与挡块8之间的空间。在顶盖1的前后边侧分别设有3个功率端子孔18，相邻的两个功率端子孔18间的距离相等，在顶盖1的左右边侧分别设有6个信号端子孔17 

如图3所示，功率端子支架7上设有第一功率端子插孔11a、第二功率端子插孔11b和第三功率端子插孔11c，相邻的两个功率端子插孔间的距离相等，在功率端子插孔内设置有功率端子4。功率端子支架7底部设有键合区29，功率端子4与底板上的功率芯片及DBC基板通过在键合区设置键合丝以超音波键合方式连接。键合丝通常选用高纯度的粗铝丝，并根据输出电流的大小来决定键合丝的数量。 

如图4所示，信号端子支架6上设置6个信号端子插孔18，在第一信号端子插孔18a、第二信号端子插孔18b、第五信号端子插孔18e和第六信号端子插孔18f内设置有信号端子5。信号端子支架6底部设有键合区29，信号端子5与底板上的功率芯片及DBC基板通过在键合区设置键合丝以超音波键合方式连接。 

如图5所示，在功率端子支架7的外侧面，第一功率端子插孔11a和第二功率端子插孔11b之间的之间以及第二功率端子插孔11b和第三功率端子11c插孔之间设有凹槽9。如图6所示，在边框3的前边内侧设有与凹槽9相对应的凸块19，功率端子支架7嵌入边框3时，凹槽9与凸块19相配合。 

实施例2 

本实施例中功率模块作为三相全桥加斩波器结构，如图7所示，位于边框3前边内的第一功率端子支架上的第一至第三功率端子插孔内分别设有第一功率端子41a、第二功率端子42a、第三功率端子43a，它们分别作为DC+、DC-和斩波器功率端子引出，并分别安装在顶盖1上的功率端子孔18上。位于边框3后边内的第二功率端子支架上的第一至第三功率端子插孔内分别设有第一功率端子41b、第二功率端子42b、第三功率端子43b，它们分别作为U，V，W输出功率端子引出，并分别安装在顶盖1上的功率端子孔18上。在边框3左边和右边内的第一信号端子支架和第二信号端子支架上设有共七组信号端子5，它们通过顶盖上的信号端子孔17引出，并发布在模块左右两侧分布。 

实施例3 

本实施例中功率模块作为半桥或斩波器结构。如图8所示，位于边框3前边内的第一功率端子支架上的第一至第三功率端子插孔内分别设有第一功率端子41a、第二功率端子42a、第三功率端子43a，它们分别作为U，V，W输出功率端子引出，并分别安装在顶盖1上的功率端子孔18上。在边框3左边和右边内的第一信号端子支架和第二信号端子支架上设有2组共5个信号端子5，它们通过顶盖上的信号端子孔17引出，并在模块左右两侧分布。 

实施例4 

本实施例中功率模块作为输出电流小于300A时的单管IGBT或MOSFET模块结构。如图9所示，位于边框3前边内的第一功率端子支架上的第一和第三功率端子插孔内分别设有第一功率端子41a和第三功率端子43a，即在模块单侧保留两个功率端子引出。 

实施例5 

本实施例中功率模块作为H-桥结构，或者输出电流大于300A时的单管IGBT及MOSFET模块。如图10所示，位于边框3前边内的第一功率端子支架上的第一和第三功率端子插孔内分别设有第一功率端子41a和第三功率端子43a，位于边框3后边内的第二功率端子支架上的第一和第三功率端子插孔内分别设有第一功率端子41b和第三功率端子43b，即 四个功率端子呈对称分布。第一信号端子支架和第二信号端子支架上分别设有2组信号端子5，四组信号端子5在模块左右两侧对称分布。 

实施例6 

本实施例中功率模块作为三相全桥结构。如图11所示，位于边框3前边内的第一功率端子支架上的第一和第三功率端子插孔内分别设有第一功率端子41a和第三功率端子43a，作为DC+和DC-端子。位于边框3后边内的第二功率端子支架上的第一至第三功率端子插孔内分别设有第一功率端子41b、第二功率端子42b、第三功率端子43b，它们分别作为U，V，W输出功率端子引出。第一信号端子支架和第二信号端子支架上共设有六组信号引线端子5，六组在模块两侧对称分布。 

上述实施例中的电路结构均可在本发明的功率模块中实现，功率端子4为高导电率的铜材，嵌入式功率端子支架为高绝缘性塑胶材料，通过模塑成型。根据模块结构，功率引线端子的数目可以从0至3变化。引线端子可根据模块结构预先装配。组合式信号引线端子。根据模块结构，信号端子5的数目可以从1至8变化。其结构和装配与功率引线端子相似。 

本发明在外形结构不变，安装定位孔不变的情形下，可以直接替换标准“62mm”功率模块。 

Claims (10)

1.一种多用途功率模块，包括顶盖、底板、边框、功率端子和信号端子，所述底板上设有DBC基板和芯片，底板的四角设有安装定位孔，其特征在于，所述功率模块还包括功率端子支架和信号端子支架；所述功率端子支架上设有3个功率端子插孔，相邻的两个功率端子插孔间的距离相等，根据功率模块用途需要，在功率端子插孔内设置所述功率端子；所述信号端子支架上设置信号端子插孔，根据功率模块用途需要，在信号端子插孔内设置所述信号端子；所述功率端子支架嵌入边框的前边或后边内侧，所述信号端子支架嵌入边框的左边或右边的内侧。 

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征是，在所述功率端子支架外侧面，相邻的两个功率端子插孔之间形成凹槽，在所述边框的前边或后边的内侧设有与所述凹槽相对应的凸块。 

3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征是，在所述边框内的四角设有挡块，所述功率端子支架嵌入边框的前边或后边与挡块之间的空间，所述信号端子支架嵌入边框的左边或右边与挡块之间的空间。 

4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征是，在顶盖的前后边侧分别设有3个功率端子孔，相邻的两个功率端子孔间的距离相等，在顶盖的左右边侧分别设有信号端子孔。 

5.根据权利要求1所述的功率模块，其特征是，所述边框前、后边内功率端子支架上的3个功率端子插孔内分别设有功率端子，在边框左边和右边内的两个信号端子支架上设有共七组信号端子。 

6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征是，所述边框内一侧的功率端子插孔内设有3个功率端子，在边框左边和右边内的两个信号端子支架上设有2组共5个信号端子。 

7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征是，所述边框一侧边内的功率端子支架上设有两个功率端子。 

8.根据权利要求1所述的功率模块，其特征是，所述边框内两侧的功率端子支架上，对称设有共四个功率端子，在左右两侧信号端子支架上对称设有8个信号端子。 

9.根据权利要求1所述的功率模块，其特征是，所述边框一侧的功率端子支架上，设有3个功率端子，在另一侧功率端子支架上，设有2个功率端子；在两侧的信号端子支架上对称设有共12个信号端子。 

10.根据权利要求1所述的功率模块，其特征是，所述功率端子支架和信号端子支架分别底部设有键合区。 

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