CN104617413B - 水平型叠层功率端子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平型叠层功率端子，其包括阳极端子与阴极端子，所述阳极端子与阴极端子均为水平型且构造成：在水平方向两者叠层设置且阳极端子的引脚与阴极端子的引脚形成间隔设置，以使经过阳极端子的电流的方向与经过阴极端子的电流的方向相反。该水平型叠层功率端子能更有效地降低杂散电感。

Description

水平型叠层功率端子

技术领域

本发明涉及一种功率端子，具体涉及一种水平型叠层功率端子。

背景技术

大功率变流器在轨道交通、工业变流、新能源等领域的应用越来越广泛，其所使用的功率半导体芯片IGBT越来越短的开关时间导致了过高的dv/dt和di/dt。而且直流环节的杂散电感在IGBT关断时会出现过电压，这种过电压再加上直流母线电压可能导致V_ce>V_ce(Max)。过电压可能损坏IGBT芯片，这会导致分布杂散电感对功率器件的关断特性有更重要的影响。为了消除这种杂散电感对大功率器件特别是对高功率密度模块的影响，可以使用叠层功率端子(Laminated Busbar)技术来抑制IGBT的过电压尖峰，从而提高功率模块的长期可靠性。

叠层功率端子(又称回流母排、母排端子)，其用于完成电力电子产品中功率电路和器件的电气连接，并通过优化的结构形式来降低线路的分布电感，从而降低功率元件两端的反向峰值电压，降低功率器件对电压保护吸收电路的要求，从而提高功率器件运行的可靠性和稳定性。但是，目前市场上流行的功率模块的母排端子结构通常是采用竖直并排结构，如图6所示。母排端子的复杂引脚结构会造成涡流损耗以及电流分布不均，甚至可能会增加母排的电感。另外这种竖直并排结构的母排端子具有较大的电流路径，使得这种母排端子本身具有较高的杂散电感。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能更有效地降低杂散电感的水平型叠层功率端子。

针对该技术问题，本发明提出的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的水平型叠层功率端子，所述阳极端子与阴极端子叠层设置且经过阳极端子的电流的方向与经过阴极端子的电流的方向相反。

与现有技术相比，本发明的水平型叠层功率端子具有以下优点。由于通过阳极端子及其引脚的电流与通过阴极端子及其引脚的电流的方向相反，因此在阳极端子和阴极端子的内部与周围产生的寄生电感中至少大部分可以相互叠加抵消，尤其是极大地降低了杂散电感。

另外，阳极端子的引脚与阴极端子的引脚形成间隔设置而且通过的电流方向相反，不仅简化了引脚的结构，而且这种优化的引脚排布结构使得封装后的该水平型叠层功率端子周围的电感可以叠加形成抵消。从而降低整个叠加功率端子的电感，使得该水平型叠层功率端子形成为低电感部件。

需说明的是，本发明的水平型叠层功率端子是指功率端子(包括阳极端子和阴极端子)在安装时的水平部分(主要包括水平部和安装部)相对于绝缘衬板是平行的。

在一个实施例中，所述阳极端子与阴极端子均包括安装部、水平部和引脚，其中，安装部与水平部不在一个平面上，安装部与水平部通过预弯曲结构连接，所述引脚预弯曲后连接在水平部的两侧。现有技术中的竖直并排结构(或称为直板型结构)的水平型叠层功率端子在封装时需要单独的折弯工序对安装部进行弯折，弯折工序容易引起应力集中。本发明中通过设置预弯曲结构，可以减少应力集中，提高该水平型叠层功率端子工作时的可靠性和使用寿命。

在一个实施例中，所述阳极端子包括：

阳极安装部，其上设有安装孔；

阳极预弯曲部，其与阳极安装部连接，且阳极预弯曲部的长度比阳极安装部的长度大；

阳极水平部，其与阳极安装部通过阳极预弯曲部连接，且向远离阳极安装部的底面的方向延伸；以及

多个阳极引脚，其分别预弯曲后连接在阳极水平部的两侧且朝向外侧安装。阳极水平部和阳极安装部不在一个平面上，但由于阳极预弯曲部的高度并不高，使得阳极水平部和阳极安装部两者所在的平面高度相差不大，因此，相对现有竖直型功率端子，可将阳极端子近似看做是平面型功率端子。另外，有阳极预弯曲部的过渡作用，也能尽量减少杂散电感的生成。

在一个实施例中，与所述阳极端子配合的阴极端子包括：

阴极安装部，其在安装时与阳极安装部错开；

阴极预弯曲部，其与阴极安装部连接，阴极预弯曲部的长度比阴极安装部的长度大；

阴极水平部，其与阴极安装部通过阴极预弯曲部连接，且向远离阴极安装部的底面的方向延伸；以及

多个阴极引脚，其分别预弯曲后连接在阴极水平部的两侧且朝向外侧安装。阴极端子的结构与阳极端子的结构类似，因此也可将阴极端子近似看做平面型功率端子。

在一个实施例中，安装时，阴极安装部与阳极安装部相互错开，阴极端子位于阳极端子上方且两者之间留有间隙。阴极安装部与阳极安装部相互错开使得阴极端子与阳极端子安装时不容易相互干涉。优选地，阴极安装部与阳极安装部之间的间隙、阳极水平部与阴极水平部之间的间隙均为0.5～3mm。这两个间隙值可以相同，也可以不同。间隙的存在使得通入电流时，由于阳极端子与阴极端子通过的电流方向相反，两者产生的电感等相互抵消，不容易出现过电压。

在一个优选的实施例中，所述阳极安装部的安装孔和/或阴极安装部的安装孔为圆孔、椭圆孔或腰形孔中的一种。有利于阴极端子与阳极端子的安装。

在一个优选的实施例中，所述阳极预弯曲部或阴极预弯曲部的形状为S型、弧形、半圆弧形中的一种。这种结构形成平缓过渡，从而减少了应力集中。

在一个实施例中，所述阳极端子和阴极端子叠放在绝缘衬板上，所述阳极端子的阳极引脚和阴极端子的阴极引脚均焊接在绝缘衬板上的电极焊接区，阳极引脚焊接到电极焊接区中的集电极部分上，阴极引脚焊接到电极焊接区的发射极部分上。这种结构减少了寄生电感的产生，同时尽量避免了应力集中。

在一个实施例中，所述阳极引脚和阴极引脚均包括预弯曲段、纵向延伸段和焊接段，预弯曲段和焊接段分别连接在纵向延伸段的两端，所述焊接段与所述纵向延伸段垂直。预弯曲段减少了焊接时的应力集中。焊接段能保证焊接质量。这种结构的引脚缩短了电流路径，尽量实现了电流的均匀分布，减少了涡轮损耗，容易使本发明的水平型叠层功率端子安装后实现低电感的目的。

在一个优选的实施例中，所述阴极引脚的数量比阳极引脚的数量少，所述阴极引脚比阳极引脚长，所述阴极端子叠层到阳极端子上时，每个阴极引脚均位于相邻两个阳极引脚之间。安装后可实现电流均布，形成低杂散电感的水平型叠层功率端子。

附图说明

图1所示为本发明的水平型叠层功率端子的一种实施例的剖面图。

图2所示是图1中的水平型叠层功率端子中的阳极端子的立体结构示意图。

图3所示是图1中的水平型叠层功率端子中的阴极端子的立体结构示意图。

图4所示是图1中的水平型叠层功率端子的阳极端子与阴极端子叠层时的立体结构示意图。

图5所示是图1中的水平型叠层功率端子的一个方向的立体结构示意图。

图6所示是现有技术的一种水平型叠层功率端子的实施例。

具体实施方式

如图1至图5所示为本发明的水平型叠层功率端子的一种具体实施例。在该实施例中，如图1所示，该水平型叠层功率端子主要包括功率端子组1和绝缘衬板2，功率端子组1的引脚焊接在绝缘衬板2上的电极焊接区21上。其中，功率端子组1主要由一个阳极端子11和一个阴极端子12构成。阳极端子11例如通过超声波焊接技术焊接到电极焊接区21中的集电极部分上。阴极端子12例如通过超声波焊接技术焊接到电极焊接区21中的发射极部分上。

在一个实施例中，如图2所示，阳极端子11主要包括阳极安装部112、阳极预弯曲部113、阳极水平部114和多个阳极引脚115。阳极安装部112上设有阳极安装孔111。阳极安装部112经阳极预弯曲部113与阳极水平部114连接，且阳极水平部114向远离阳极安装部112的底面的方向延伸。另外，多个阳极引脚115连接在阳极水平部114的两侧。

在一个优选的实施例中，多个阳极引脚115均预弯曲后等距间隔焊接在阳极水平部114的两侧壁上。多个阳极引脚115均朝向外侧安装且向下延伸。

在一个实施例中，阳极预弯曲部113的长度比阳极安装部112的长度大，阳极安装部112连接在阳极预弯曲部113的一侧。这样的设置为阴极端子12的安装留下空间。

优选地，阳极安装部112为梯形板。阳极水平部114为一整块水平板。由于阳极安装部112的面积与阳极水平部114的面积相比较小，而且阳极预弯曲部113的高度相对阳极引脚115的长度较小，因此，整体上阳极端子11呈近似平面的形状。此处所谓的整体上呈近似平面的形状是相对于图6所示的现有技术中的竖直型功率端子而言的。

在一个实施例中，阳极预弯曲部113为S型、弧形、半圆弧形的弯曲结构。当然，也可以采用其它的相对结构不太复杂的弯曲形状或结构。

在一个实施例中，如图4所示，阴极端子12的形状与阳极端子11的形状相配合。在图3中示出了该阴极端子12的具体结构，该阴极端子12主要包括阴极安装部122、阴极预弯曲部123、阴极水平部124和多个阴极引脚125。阴极安装部122上设有阴极安装孔121。阴极安装部122经阴极预弯曲部123与阴极水平部124连接，且阴极水平部124向远离阴极安装部122的底面的方向延伸。另外，多个阴极引脚125均设在阴极水平部124的两侧。

在一个实施例中，阴极预弯曲部123为S型、弧形、半圆弧形或者其它与阳极预弯曲部113类似的弯曲结构。如图1所示，阴极预弯曲部123的弧度相对阳极预弯曲部113要稍微平缓一些。这更有利于更好地消除阴极预弯曲部123与阳极预弯曲部113之间的杂散电感。

在一个优选的实施例中，多个阴极引脚125均预弯曲后等距间隔焊接在阴极水平部124的两侧壁上。多个阴极引脚125均朝向外侧安装且向下延伸。

在一个实施例中，如图3所示，阴极预弯曲部123的长度比阴极安装部122的长度大，阴极安装部122连接在阴极预弯曲部123的一侧。为了能顺利安装，阴极端子12相对阳极端子11设在阴极预弯曲部123的另一侧。这样的设置使得在安装时，阴极端子12的与阳极端子11可以错开，阳极安装孔111和阴极安装孔121不会出现相互干涉。

另外，阴极端子12的形状与阳极端子11的形状类似，均呈近似近似平面的形状。因此，阴极端子12和阳极端子11也可称为水平型功率端子。安装时，阳极端子11与阴极端子12叠层设置，且形成阴极水平部124位于阳极水平部114的上方、阴极安装部122位于阳极安装部112的上方。安装完成后，阴极端子12位于阳极端子11上方且两者之间留有间隙。间隙主要包括阴极安装部122与阳极安装部112之间的间隙以及阴极水平部124与阳极水平部114之间的间隙。优选该间隙为0.5～3mm。向本发明的水平型叠层功率端子通入一定的电流时，电流从阳极端子11进入，从阴极端子12流出，由于这种水平型叠层结构，经过阳极端子11的电流的方向与通过阴极端子12的电流的方向相反。这导致阳极端子11和阴极端子12及其周围的电感可以相互抵消，从而增加了该水平型叠层功率端子的可靠性和使用寿命。

此外，如图4和图5所示，安装后，阴极引脚125位于两个相邻的阳极引脚115之间。为了阴极引脚125和阳极引脚115都能顺利地、保证焊接质量地焊接到绝缘衬板2上设置的电极焊接区21，一般设置阴极引脚125的长度比阳极引脚115的长度大，阴极引脚125向下延伸部分的底面基本与阳极引脚115向下延伸部分的底面平齐。而且，阳极引脚115的预弯曲处比阴极引脚125的预弯曲处平缓，从而使得阳极引脚115的下端外侧面与阴极引脚125的下端外侧面基本平齐。

在一个实施例中，阳极端子11的两侧均分别设有四个阳极引脚115，阴极端子12的两侧均分别设有三个阴极引脚125。安装时，同侧的阴极引脚125位于相邻的两个阳极引脚115之间，如图4和图5所示。

在一个实施例中，阳极安装孔111和/或阴极安装孔121采用圆孔、椭圆孔或腰形孔中的一种。此处的腰形孔是指通过中间的矩形孔与两端的半圆孔连接形成的通孔。

说明的是，虽然本发明的实施例中阳极端子和阴极端子基本都采用四个引脚，但阳极端子和阴极端子包括四个引脚仅是作为一种优选，实际情况中，可以采用其它数量的引脚，例如六个引脚、八个引脚。又或者对多个引脚采用不同的排布方式，可以采用奇数数量的引脚，例如五个引脚或七个引脚等。

虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种水平型叠层功率端子，包括阳极端子与阴极端子，所述阳极端子与阴极端子叠层设置且经过阳极端子的电流的方向与经过阴极端子的电流的方向相反；

所述阳极端子包括：阳极安装部，其上设有安装孔；阳极预弯曲部，其与阳极安装部连接，且阳极预弯曲部的长度比阳极安装部的长度大；阳极水平部，其与阳极安装部通过阳极预弯曲部连接，且向远离阳极安装部的底面的方向延伸；以及多个阳极引脚，其分别预弯曲后连接在阳极水平部的两侧且朝向外侧安装；

与所述阳极端子配合的阴极端子包括：阴极安装部，其在安装时与阳极安装部错开，且所述阴极安装部与阳极安装部层叠平行设置；阴极预弯曲部，其与阴极安装部连接，阴极预弯曲部的长度比阴极安装部的长度大；阴极水平部，其与阴极安装部通过阴极预弯曲部连接，且向远离阴极安装部的底面的方向延伸；以及多个阴极引脚，其分别预弯曲后连接在阴极水平部的两侧且朝向外侧安装。

2.根据权利要求1所述的水平型叠层功率端子，其特征在于，安装时，阴极安装部与阳极安装部相互错开，阴极端子位于阳极端子上方且两者之间留有间隙。

3.根据权利要求1或2所述的水平型叠层功率端子，其特征在于，所述阳极安装部的安装孔和/或阴极安装部的安装孔为圆孔、椭圆孔或腰形孔中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的水平型叠层功率端子，其特征在于，所述阳极预弯曲部或阴极预弯曲部的形状为S型、弧形、半圆弧形中的一种。

5.根据权利要求1或2所述的水平型叠层功率端子，其特征在于，所述阳极端子和阴极端子叠放在绝缘衬板上，所述阳极端子的阳极引脚和阴极端子的阴极引脚均焊接在绝缘衬板上的电极焊接区，阳极引脚焊接到电极焊接区中的集电极部分上，阴极引脚焊接到电极焊接区的发射极部分上。

6.根据权利要求5所述的水平型叠层功率端子，其特征在于，所述阳极引脚和阴极引脚均包括预弯曲段、纵向延伸段和焊接段，预弯曲段和焊接段分别连接在纵向延伸段的两端，所述焊接段与所述纵向延伸段垂直。

7.根据权利要求6所述的水平型叠层功率端子，其特征在于，所述阴极引脚的数量比阳极引脚的数量少，所述阴极引脚比阳极引脚长，所述阴极端子叠层到阳极端子上时，每个阴极引脚均位于相邻两个阳极引脚之间。

8.根据权利要求2所述的水平型叠层功率端子，其特征在于，所述间隙为0.5～3mm。