CN102064158B - 一种紧凑型功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种紧凑型功率模块，包括铜散热基板、壳体，封装于壳体内的电路结构，壳体包括外壳和盖于外壳上的外盖，电路结构包括功率端子、信号端子、绝缘陶瓷基板、IGBT芯片、二极管芯片芯片；壳体的高度为15-18mm，最佳为17mm；功率端子露出模块外盖部分折成需要的角度。

Description

一种紧凑型功率模块
技术领域
本发明涉及一种功率模块，具体地说是一种紧凑型功率模块。
背景技术
功率半导体模块主要应用于电能转换的应用场合，如：电机驱动、电源、输变电等，功率半导体模块包括：IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、功率MOSFET(场效应晶体管)、晶闸管以及功率二极管等，功率半导体模块是将以上功率半导体芯片封装成各种电路基本单元，应用于电力电子系统功率回路。目前电力电子行业使用量最大的IGBT封装仍然采用的是34mm、62mm宽度的封装结构，模块内部集成的电路结构主要为半桥电路、斩波电路等，但是该模块结构具有30mm高度，这种类型的功率模块功率密度不高。此外，由于该传统类型功率模块的高度为30mm，其内部功率回路的寄生电感较大，无法适应某些应用领域对高功率密度和低寄生电感的要求。
发明内容
本发明的目的是设计出一种紧凑型功率模块。
本发明要解决的是现有功率模块高度高导致的内部功率回路寄生电感较大和功率密度不高的问题。
本发明的技术方案是：它包括铜散热基板、壳体，封装于壳体内的电路结构，壳体包括外壳和盖于外壳上的外盖，电路结构包括功率端子、信号端子、绝缘陶瓷基板、IGBT芯片、二极管芯片；绝缘陶瓷基板通过高温回流焊接到铜散热基板上，在绝缘陶瓷基板上焊接有功率二极管芯片和IGBT芯片IGBT芯片、二极管芯片相互之间，通过铝线连接起来，至少3个功率端子焊接在绝缘陶瓷基板对应位置上；壳体高度为15-18mm，最佳为17mm，所述的模块壳体高度是指铜散热基板底部到功率端子顶部的高度；功率端子露出模块外盖部分折成需要的角度。
本发明的优点是：本发明和功率端子可折成需要的角度，所以功率模块的总高度可以做到15-18mm，相较于传统的30mm高度的功率模块，总高度减小了近一半，这样在功率模块内部可以减小功率墩子的高度，体现在功率模块性能上就是减小了功率模块的功率回路寄生电感，在功率模块的高频应用中可以减小功率半导体器件关断时的电压过冲，有利于提高功率半导体模块的可靠性，是在传统封装系列结构上的改进。
附图说明
图1为半桥功率模块外形结构示意图。
图2为半桥功率模块内部结构示意图。
图3为全桥功率模块外形结构示意图。
图4为全桥功率模块内部结构示意图。
图5为三电平功率模块外形结构示意图。
图6为三电平功率模块内部结构示意图。
图7为半桥电路原理图。
图8为全桥电路原理图。
图9为三电平电路原理图。
图10为功率模块高度示意图。
图11为功率端子的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
如图所示，本发明包括铜散热基板5、壳体，封装于壳体内的电路结构。壳体包括外壳3和盖于外壳3上的外盖1(或11、或14)，电路结构包括功率端子4、信号端子2、绝缘陶瓷基板7、IGBT芯片9(或13)、二极管芯片芯片6(或12)。绝缘陶瓷基板7通过高温回流焊接到铜散热基板5上，在绝缘陶瓷基板7上焊接有IGBT9(或13)和功率二极管6(或12)芯片，IGBT芯片9(或13)、功率二极管6(或12)与绝缘陶瓷基板7上刻蚀的电路结构连接起来，并通过铝线将IGBT芯片9(或13)、二极管芯片6(或12)相互之间连接起来。至少3个功率端子4焊接在绝缘陶瓷基板7的对应位置上。壳体高度D为15-18mm，最佳为17mm(如图10所示)。所述的模块壳体高度是指铜散热基板5底部到功率端子4顶部的高度。功率端子4露出模块外盖部分折成90度，在外盖1对应功率端子折弯后的安装孔处嵌有安装螺母。这样模块的用户可以将外部电路与该功率端子4通过螺丝紧固的方式连接在一起。
绝缘陶瓷基板7上焊接有信号引线8，信号引线8另一端焊接在对应的信号端子2上并引出到模块外部。注塑外壳3通过环氧密封胶与铜散热基板5的外侧部分粘结在一起。模块内部灌有硅凝胶，固化后对模块内部的功率芯片提供保护作用，避免来自外界环境的污染。外盖1(或11或14)和外壳3之间通过螺丝紧固一起。模块内部封装的电路结构包括半桥电路结构或全桥电路结构、或三电平电路结构。
功率端子4的底部为U型结构(如图11所示)。该U型结构不但有利于底部焊接部位的缓冲，而且有利于减小功率端子的高度，从而减小模块的整体高度。
半桥模块的电路原理图见图7，外形见图1，它有3个功率端子4引出到模块外部，模块内部封装成半桥电路结构。
全桥模块的电路原理图见图8，模块外形见图3，有4个功率端子4引出到模块外部，模块内部封装成全桥电路结构。
三电平模块的电路原理图如图9所示，模块外形见图5，有4个功率端子4引出到模块外部，模块内部封装成三电平电路结构。
无论是半桥模块或是全桥模块，还是三电平模块，它们铜散热基板底部到功率端子顶部的高度最合适为16mm，各模块的信号端子和功率端子如图1、3、5所示，分布在模块的两侧，对应模块中的信号端子总量不超过8个。信号端子2和功率端子4在模块上的这种分布方式，方便用户将模块连接到外部功率电路。
本发明所述的功率模块的功率端子4采用具有机械缓冲的结构，即U型结构，可避免外界在安装等过程中所施加的力传递到功率端子4的焊接部位，影响功率端子4的可靠性。
本发明的功率模块内部焊接有2块或4块绝缘陶瓷基板，该绝缘陶瓷基板为三层结构，上下层均为高导无氧铜，中间层为Al203或AlN陶瓷层，该陶瓷层在将功率芯片产生的热量传到模块底部散热器的同时，提供模块内部的电气部件对散热器的绝缘，该绝缘陶瓷基板7上刻蚀有涉及的电路结构，提供功率芯片之间的互联。外壳上有嵌孔，用于安装信号端子，同时在外壳的四侧设计有螺母孔10，用于和外盖部分通过螺丝紧固。

Claims (7)

1.一种紧凑型功率模块，它包括铜散热基板、壳体、封装于壳体内的电路结构，壳体包括外壳和盖于外壳上的外盖，电路结构包括功率端子、信号端子、绝缘陶瓷基板、IGBT芯片、二极管芯片；绝缘陶瓷基板通过高温回流焊接到铜散热基板上，在绝缘陶瓷基板上焊接有二极管芯片和IGBT芯片；IGBT芯片、二极管芯片相互之间，通过铝线连接起来，至少3个功率端子焊接在绝缘陶瓷基板对应位置上；其特征在于壳体高度为15-18mm，所述的模块壳体高度是指铜散热基板底部到功率端子顶部的高度；功率端子露出模块外盖部分折成需要的角度。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型功率模块，其特征在于绝缘陶瓷基板上焊接有信号引线，信号引线另一端焊接在对应的信号端子上并引出到模块外部。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型功率模块，其特征在于外壳通过密封胶与铜散热基板的外侧部分粘结在起，模块内部灌有硅凝胶。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型功率模块，其特征在于外盖和外壳之间通过螺丝紧固在起。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑型功率模块，其特征在于模块内部封装的电路结构包括半桥电路结构或全桥电路结构或三电平电路结构。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑型功率模块，其特征在于模块功率端子露出模块外盖部分折成角度为90度，在外盖对应功率端子折弯后的安装孔处嵌有安装螺母。
7.根据权利要求1所述的一种紧凑型功率模块，其特征在于功率端子底部为缓冲结构，所述的缓冲结构为U型结构。
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