CN104617414A

CN104617414A - 叠层功率端子

Info

Publication number: CN104617414A
Application number: CN201510025998.5A
Authority: CN
Inventors: 戴小平; 吴义伯; 齐放; 刘国友
Original assignee: Zhuzhou CSR Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd; Zhuzhou CRRC Times Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2035-01-19
Also published as: CN104617414B

Abstract

本发明公开了一种叠层功率端子，包括正电极功率端子和负电极功率端子，所述正、负电极功率端子均为叠层蜿蜒状延伸结构，所述正电极功率端子的上端与所述负电极功率端子的上端相互平行、相向设置，所述正电极功率端子的下端与所述负电极功率端子的下端叠层平行设置。该叠层功率端子能减少杂散电感从而提高工作可靠性和稳定性。

Description

叠层功率端子

技术领域

本发明涉及功率电子模块技术领域，具体涉及一种叠层功率端子。

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)，过电压可以损坏IGBT芯片，这将导致了分布杂散电感对功率器件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高功率密度模块的影响，可以使用叠层功率端子(Laminated Busbar)技术能够有效抑制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。目前市场上流行的功率模块的母排端子结构通常是采用正电极功率端子11’和负电极功率端子12’竖直并排结构，如图8所示。该母排端子的复杂引脚结构会造成的涡流损耗以及电流分布不均，可能反而会增加母排的电感；而且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，提供一种能减少杂散电感从而提高工作可靠性和稳定性的叠层功率端子。

针对该技术问题，本发明提供的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的叠层功率端子，包括正电极功率端子和负电极功率端子，所述正、负电极功率端子均为叠层蜿蜒状延伸结构，所述正电极功率端子的上端与所述负电极功率端子的上端相互平行、相向设置，所述正电极功率端子的下端与所述负电极功率端子的下端叠层平行设置。

与现有技术相比，本发明的叠层功率端子具有以下优点。由于正、负电极功率端子均为叠层蜿蜒状延伸结构，不仅可以缓解正、负电极功率端子在安装时产生的应力，而且，由于叠层结构设置，通入电流时，相邻叠层之间的电流方向相反，使得在正电极功率端子或负电极功率端子的相邻层叠结构中产生的寄生电感可相互抵消。

另外，由于正、负电极功率端子的相应部位相向设置，当正电极功率端子中通入一额定直流电流时，该电流经正电极功率端子后经负电极功率端子流出，流经正电极功率端子任一部位的电流与流经负电极功率端子的对应部位的电流方向相反。结果是，正、负电极功率端子内部及周围由于电流随时间变化而产生的寄生电感大部分均可以相互抵消，因而可得到低电感功率端子。

在一个实施例中，所述正电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

第一级L型连接部，其与安装部连接且远离安装部的底面向外侧延伸；

第二级L型连接部，其与第一级连接部连接且与第一级L型连接部的延伸方向相同；和

四个引脚，其分设在第二级L型连接部的延伸部的两侧。

在一个实施例中，与所述正电极功率端子配合的负电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

反L型连接部，其与安装部连接且远离安装部的底面向外侧延伸；

L型连接部，其与反L型连接部连接且与L型连接部的延伸方向相反；和

四个引脚，其分设在L型连接部的两侧。

在一个优选的实施例中，安装时，负电极功率端子的反L型连接部的延伸部位于正电极功率端子的第二级L型连接部的延伸部的上方，所述正电极功率端子与负电极功率端子形成上部大、下部小的间隙。

在另一个实施例中，所述正电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

至少一个第一连接部，该第一连接部由一个L型连接部和一个反L型连接部连接形成，该L型连接部远离安装部的底面向外侧延伸，该反L型连接部朝向安装部的底面延伸；

末端的L型连接部，其与最后一个第一连接部连接；和

四个引脚，其分设在末端的L型连接部的水平连接部的两侧。

在另一个实施例中，与所述正电极功率端子配合的负电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

至少一个第二连接部，该第二连接部由一个反L型连接部和一个L型连接部连接形成，该反L型连接部远离安装部的底面向外侧延伸，该L型连接部朝向安装部的底面延伸；

末端的L型连接部，其与最后一个第二连接部连接且朝向安装部的底面延伸；和

四个引脚，其分设在末端的L型连接部的水平连接部的两侧。

在另一个优选的实施例中，安装时，负电极功率端子的末端的L型连接部的延伸部位于正电极功率端子的末端的L型连接部的延伸部的上方，所述正电极功率端子与负电极功率端子从上往下形成间隙从大到小交替变化的结构。

在还有一个实施例中，所述正电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

至少一个第二连接部，该第二连接部由一个反L型连接部和一个L型连接部连接形成，该反L型连接部朝向安装部的底面延伸，该L型连接部远离安装部的底面向外延伸；和

四个引脚，其分设在最后一级的第二连接部的水平连接部的两侧。

在还有一个实施例中，与所述正电极功率端子配合的负电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

至少一个第一连接部，该第一连接部由一个L型连接部和一个反L型连接部连接形成，该L型连接部朝向安装部的底面延伸，该反L型连接部远离安装部的底面向外延伸；

最后一级L型连接部，其与最后一个第一连接部连接；和

四个引脚，其分设在最后一级L型连接部的水平连接部分的两侧。

在还有一个优选的实施例中，所述负电极功率端子的最后一个第一连接部的延伸部位于正电极功率端子的最后一个第二连接部的延伸部的上方，所述正电极功率端子与负电极功率端子从上往下形成间隙从小到大交替变化的结构。

在上述实施例中，安装部采用导电性能良好的水平板制作而成，例如采用纯铜板、铜合金板制作成。L型连接部或反L型连接部可采用两块导电性能良好的纯铜板或铜合金板连接而成。优选地，L型连接部或反L型连接部采用一块板弯折形成。

在上述本发明的实施例中，正、负电极功率端子采用纯铜或铜合金制作而成。安装部采用的是安装板，该安装板的表面电镀有金、银、镍、铬等其中的一种或多种镀层，以提高安装板的某一种或多种性能，例如导电性或耐磨性能。

优选地，正、负电极功率端子中的安装部与连接部由一整块板制作而成。这样的结构使得安装部与连接部之间不需要通过其它的连接方式，例如焊接，来进行连接。因此，可减少了连接处的应力集中。另外，安装孔可采用圆孔、椭圆孔或腰形孔中的任意一种。此处的腰形孔是指由中间的矩形孔以及两端的半圆形孔连接形成的通孔。

附图说明

图1所示为本发明的叠层功率端子的第一种具体实施例。

图2所示为本发明的叠层功率端子的第二种实施例中的正电极功率端子的立体结构示意图。

图3所示为与图2中的正电极功率端子配合的负电极功率端子的立体结构示意图。

图4所示为本发明的叠层功率端子的第二种实施例。

图5所示为本发明的叠层功率端子的第三种实施例中的正电极功率端子的立体结构示意图。

图6所示为与图5中的正电极功率端子配合的负电极功率端子的立体结构示意图。

图7所示为本发明的叠层功率端子的第三种实施例。

图8所示为现有技术的一种功率端子的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的叠层功率端子的第一种实施例的结构示意图。在该实施例中，该叠层功率端子主要包括功率端子组和设在功率端子组1下方的绝缘衬板2。其中，功率端子组1采用的材料为黄铜，黄铜即掺杂有锌杂质的铜合金。当然功率端子组1也可以采用纯铜板制作。绝缘衬板2上设有焊接区域，功率端子组1的引脚通过例如钎焊焊接工艺焊接到绝缘衬板2的焊接区域，绝缘衬板2的焊接区域主要包括集电极区域和发射极区域，引脚与集电极区域和发射极区域连接后从而实现电气连接。

在图1所示的实施例中，该功率端子组1主要包括正电极功率端子11和负电极功率端子12。该正电极功率端子11主要包括水平的安装部112、五个竖向连接部分113、五个水平向连接部分114以及多个引脚116。为了更好地区分，最后一个其中连接有引脚的水平向连接部分114称为水平引脚板115。一个竖向连接部分113和一个水平向连接部分114正向连接形成远离安装部112的底面的L型连接部。一个竖向连接部分113和一个水平向连接部分114反向连接形成朝向安装部112的底面的反L型连接部。在图1中，形成有三个L型连接部和两个反L型连接部。两个反L型连接部的首尾分别连接一个L型连接部。另外，第一个L型连接部连接安装部112，第三个L型连接部由竖向连接部分113和水平引脚板115连接形成，水平引脚板115相对其它四个水平向连接部分114要长很多，其两侧连接有多个引脚116。

如图1所示，与正电极功率端子11相向设置的负电极功率端子12主要包括水平的安装部122、五个竖向连接部分123、四个水平向连接部分124、一个水平引脚板125以及多个引脚126。负电极功率端子12的安装部122远离正电极功率端子11的安装部112，且负电极功率端子12的安装部122直接连接的是第一个由反L型连接部。另外，与安装部122距离最远的第五个竖向连接部分123相对比较短，负电极功率端子12第五个竖向连接部分123比正电极功率端子11的连接水平引脚板115的竖向连接部分113要短，使得安装时，负电极功率端子12的水平引脚板125位于正电极功率端子11的水平引脚板115的上方。此外，位于上方的水平引脚板125也比位于下方的水平引脚板115要短。为了连接在水平引脚板125两侧的引脚126也能焊接到绝缘衬板2的焊接区域，负电极功率端子12的引脚126比正电极功率端子11的引脚116要长。安装后，负电极功率端子12的引脚126位于正电极功率端子11的引脚116之间。

在上述实施例中，正电极功率端子11和负电极功率端子12均形成为蛇形叠层蜿蜒状，且纵向或竖向延伸。正电极功率端子11的下端的水平引脚板115与负电极功率端子12的下端的水平引脚板125形成叠层设置，水平引脚板115以上的正电极功率端子11的上端与水平引脚板125以上的负电极功率端子12的上端相互平行、相向设置。因此，正电极功率端子11与负电极功率端子12形成了上下都是大间隙，从上往下看大间隙和小间隙间隔的结构。这样的结构使得不仅在正电极功率端子11和负电极功率端子12的内部相邻叠层结构之间电感可以相互抵消，而且安装后正电极功率端子11和负电极功率端子12两者的周围因电流变化产生的电感中至少有很大一部分电感也可以相互抵消。

如图2～图4示出了本发明的叠层功率端子的第二个实施例。第二个实施例与第一个实施例的不同之处在于正电极功率端子与负电极功率端子的结构不相同，因此，对于相同的部分此处不再重复阐述。

在第二个实施例中，如图4所示，功率端子组1主要包括正电极功率端子21和负电极功率端子22。如图2所示，该正电极功率端子21主要包括安装部212、第一级L型连接部、第二级L型连接部以及四个引脚216。其中，安装部212上设有安装孔211，该安装孔211为腰形孔。第一级L型连接部由第一纵向连接部分213a和水平连接部分214连接形成。第一纵向连接部分213a的上端连接安装部212，且第一级L型连接部远离安装部212的底面向外侧延伸。第二级L型连接部由第二纵向连接部分213b和水平的引脚连接板215连形成，且第二级L型连接部在第一级L型连接部的基础上继续远离安装部212的底面向外侧延伸。第二级L型连接部连接在第一级L型连接部的末端，即第二纵向连接部分213b的上端连接水平连接部分214远离安装部212的那一端。四个引脚216平均分设在引脚连接板215的两侧，且每侧的引脚216均靠近引脚连接板215的两端分布，从而空出中部的位置。

如图3所示，该负电极功率端子22主要包括安装部222、一个L型连接部、一个反L型连接部和四个引脚226。其中，反L型连接部由第一纵向连接部分223a和水平连接部分224连接形成。第一纵向连接部分223a的上端连接安装部222，且反L型连接部远离安装部212的底面向外侧延伸。L型连接部由第二纵向连接部分223b和引脚连接板225连接形成。L型连接部的延伸方向与反L型连接部的延伸方向相反。即L型连接部朝向安装部212的底面延伸，甚至大部分的引脚连接板225位于安装部212的底面的正下方。

在安装时，如图4所示。其中，负电极功率端子22的引脚连接板225叠层位于正电极功率端子21的引脚连接板215的上方。正电极功率端子21的第一级L型连接部与负电极功率端子22的反L型连接部相向设置，位于引脚连接板215之上的正电极功率端子21的上部与与位于引脚连接板225的负电极功率端子22的上部相互平行、且相向设置，从而在正电极功率端子21与负电极功率端子22之间从上往下形成了上部大、下部小的间隙。第二种实施例的这种结构也能起到很好地降低杂散电感的作用，其抵消杂散电感从而得到低电感的功率端子的原理与第一实施例中基本相同。

在图5～图7中示出了本发明的叠层功率端子的第三种实施例。第三种实施例与第一种实施例的区别也是在于正电极功率端子与负电极功率端子的结构不相同，因此，对于相同的部分此处不再重复阐述。

在第三个实施例中，如图7所示，功率端子组1主要包括正电极功率端子31和负电极功率端子32。在图5中示出了正电极功率端子31的立体结构示意图。该正电极功率端子31主要包括安装部312、两个第二连接部以及多个引脚316。安装部312上设有安装孔311。

在图5示出的实施例中，每个第二连接部均由一个反L型连接部和一个L型连接部连接形成。第一级的第二连接部中的反L型连接部由第一个纵向连接部分313a和第一个横向连接部分314a连接形成，该反L型连接部朝向安装部312的底面方向延伸，第一个纵向连接部分313a的上端连接安装部312。第一级的第二连接部中的L型连接部由第二个纵向连接部分313b和第二个横向连接部分314b连接形成，该L型连接部与包括第一个纵向连接部分313a的反L型连接部的方向相反。第二级的第二连接部主要包括由第三个纵向连接部分313c与第三个横向连接部分314c连接形成的反L型连接部以及由第四个纵向连接部分313d与引脚连接板315连接形成的L型连接部。多个引脚316分设在引脚连接板315的两侧且靠近引脚连接板315的两端分布。

在图6中示出了与图5的正电极功率端子31配合的负电极功率端子32的立体结构示意图。在图6中，该负电极功率端子32主要包括安装部322、一个第一连接部、最后一级L型连接部以及多个引脚326。安装部322上设有安装孔321。第一连接部由一个L型连接部和一个反L型连接部连接形成。而且，该L型连接部朝向安装部322的底面延伸，该反L型连接部远离安装部322的底面向外延伸。L型连接部由第一纵向连接部分323a与第一横向连接部分324a连接形成，反L型连接部由第二纵向连接部分323b与第二横向连接部分324b连接形成。L型连接部的第一横向连接部分324a与反L型连接部的第二纵向连接部分323b连接形成第一连接部。另外，最后一级L型连接部由第三纵向连接部分323c和引脚连接板325连接形成。四个引脚326分设在引脚连接板325的两侧且靠近引脚连接板325的中部设置。

在安装时，如图7所示，负电极功率端子32的引脚连接板325叠层位于正电极功率端子31的引脚连接板315的上方。位于第三个纵向连接部分313c上方的正电极功率端子31的上端部分与位于引脚连接板325的上方的负电极功率端子32的上端部分相向设置、相互平行。从而在正电极功率端子31与负电极功率端子32之间从上向下形成了宽度从小到大交替变化的间隙结构。

在上述的实施例中，优选正、负电极功率端子中的安装部的表面设有金属镀层。进一步优选该金属镀层为金、银、镍和铬中的一种或多种。金属镀层主要起到耐磨和氖腐蚀的作用。

另外在一个优选的实施例中，正、负电极功率端子中的安装部与连接部由一整块板制作而成。在本发明的实施例中，连接部可以理解为正、负电极功率端子中除了安装部和引脚以外的连接部分。

说明的是，虽然本发明的实施例中正、负电极功率端子基本都采用四个引脚，但正、负电极功率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

1.一种叠层功率端子，包括正电极功率端子和负电极功率端子，所述正、负电极功率端子均为叠层蜿蜒状延伸结构，所述正电极功率端子的上端与所述负电极功率端子的上端相互平行、相向设置，所述正电极功率端子的下端与所述负电极功率端子的下端叠层平行设置。

2.根据权利要求1所述的叠层功率端子，其特征在于，从正电极功率端子通入直流电流时，该电流从负电极功率端子流出，正、负电极功率端子内部及周围由于电流随时间变化而产生的寄生电感相互抵消。

3.根据权利要求1或2所述的叠层功率端子，其特征在于，所述正电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

四个引脚，其分设在第二级L型连接部的延伸部的两侧。

4.根据权利要求3所述的叠层功率端子，其特征在于，与所述正电极功率端子配合的负电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

四个引脚，其分设在L型连接部的两侧。

5.根据权利要求4所述的叠层功率端子，其特征在于，安装时，负电极功率端子的反L型连接部的延伸部位于正电极功率端子的第二级L型连接部的延伸部的上方，所述正电极功率端子与负电极功率端子形成上部大、下部小的间隙。

6.根据权利要求1或2所述的叠层功率端子，其特征在于，所述正电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

末端的L型连接部，其与最后一个第一连接部连接；和

四个引脚，其分设在末端的L型连接部的水平连接部的两侧。

7.根据权利要求6所述的叠层功率端子，其特征在于，与所述正电极功率端子配合的负电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

四个引脚，其分设在末端的L型连接部的水平连接部的两侧。

8.根据权利要求7所述的叠层功率端子，其特征在于，安装时，负电极功率端子的末端的L型连接部的延伸部位于正电极功率端子的末端的L型连接部的延伸部的上方，所述正电极功率端子与负电极功率端子从上往下形成间隙从大到小交替变化的结构。

9.根据权利要求1或2所述的叠层功率端子，其特征在于，所述正电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

10.根据权利要求9所述的叠层功率端子，其特征在于，与所述正电极功率端子配合的负电极功率端子包括：

安装部，其上设有安装孔；

最后一级L型连接部，其与最后一个第一连接部连接；和

11.根据权利要求10所述的叠层功率端子，其特征在于，所述负电极功率端子的最后一个第一连接部的延伸部位于正电极功率端子的最后一个第二连接部的延伸部的上方，所述正电极功率端子与负电极功率端子从上往下形成间隙从小到大交替变化的结构。

12.根据权利要求3～11中任一项所述的叠层功率端子，其特征在于，所述正、负电极功率端子中的安装部的表面设有金属镀层，优选所述金属镀层为金、银、镍和铬中的一种或多种；优选所述正、负电极功率端子中的安装部与连接部由一整块板制作而成。