CN105470249A - 一种功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率模块，包括正电极、负电极、输出电极、上桥臂集合、下桥臂集合和过渡铜层，所述下桥臂集合包括下桥臂芯片铜层、下桥臂接线铜层以及安装在下桥臂芯片铜层上的下桥臂芯片单元，所述下桥臂接线铜层位于下桥臂芯片铜层与过渡铜层之间，所述下桥臂芯片单元通过邦定线与下桥臂接线铜层相连。本发明通过改变铜层的分布结构来改变电流路径，相邻设置下桥臂芯片铜层、下桥臂接线铜层、过渡铜层相互配合，减小了工作电流与续流电流的续流回路面积，降低了杂散电感和开关损耗以及电路的复杂性，提高了模块的可靠性，能够应用在高速功率模块领域。

Description

一种功率模块
技术领域
本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种功率模块。
背景技术
功率模块是功率电力电子器件如MOS管(金属氧化物半导体)、IGBT(绝缘栅型场效应晶体管)，FRD(快恢复二极管)按一定的功能组合封装成的电力开关模块，其主要用于电动汽车，光伏发电，风力发电，工业变频等各种场合下的功率转换。
然而随着模块中的功率开关被重复地切换，由其结构配置所产生的电感会降低功率模块的可靠性。普通的功率模块由于续流回路面积较大，模块的续流回路电感很大，导致大电流情况下，模块的开关损耗大，可靠性低。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明旨在提供一种杂散电感低、开关损耗小、可靠性高的功率模块。
技术方案：一种功率模块，包括正电极、负电极、输出电极、上桥臂集合、下桥臂集合和过渡铜层，所述下桥臂集合包括下桥臂芯片铜层、下桥臂接线铜层以及安装在下桥臂芯片铜层上的下桥臂芯片单元，所述下桥臂接线铜层位于下桥臂芯片铜层与过渡铜层之间，所述下桥臂芯片单元通过邦定线与下桥臂接线铜层相连；从正电极流出的工作电流通过过渡铜层流入上桥臂集合最终流至输出电极；由负电极流出的续流电流流入下桥臂接线铜层，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层上的下桥臂芯片单元，最终流至输出电极。
进一步的，所述上桥臂集合包括上桥臂芯片铜层、上桥臂接线铜层以及安装在上桥臂芯片铜层上的上桥臂芯片单元。
进一步的，所述上桥臂芯片单元包括集成于一体的上桥臂功率开关和上桥臂内部二极管，且上桥臂功率开关和上桥臂内部二极管并联；下桥臂芯片单元包括集成于一体的下桥臂功率开关和下桥臂内部二极管，且下桥臂功率开关和下桥臂内部二极管并联；由负电极流出的续流电流流入下桥臂接线铜层，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层上的下桥臂内部二极管的正极、下桥臂内部二极管的负极，最终流至输出电极。
进一步的，所述上桥臂芯片单元包括上桥臂功率开关和与之并联的上桥臂外部二极管，下桥臂芯片单元包括下桥臂功率开关和与之并联的下桥臂外部二极管；由负电极流出的续流电流流入下桥臂接线铜层，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层上的下桥臂外部二极管的正极、下桥臂外部二极管的负极，最终流至输出电极。
进一步的，所述上桥臂芯片单元包括并联的上桥臂功率开关、上桥臂内部二极管和上桥臂外部二极管，且上桥臂功率开关和上桥臂内部二极管集成于一体；下桥臂芯片单元包括并联的下桥臂功率开关、下桥臂内部二极管和下桥臂外部二极管，且下桥臂功率开关和下桥臂内部二极管集成于一体；由负电极流出的续流电流流入下桥臂接线铜层，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层上的下桥臂外部二极管的正极和下桥臂内部二极管的正极、下桥臂外部二极管的负极和下桥臂内部二极管的负极，最终流至输出电极。
进一步的，所述上桥臂芯片单元包括上桥臂功率开关；所述上桥臂功率开关和下桥臂功率开关均为MOS管；从正电极流出的工作电流通过过渡铜层流入上桥臂芯片铜层上的上桥臂功率开关的漏极、上桥臂功率开关的源极，再经上桥臂接线铜层，最终流至输出电极。
进一步的，所述上桥臂芯片单元包括上桥臂功率开关；所述上桥臂功率开关和下桥臂功率开关均为IGBT；从正电极流出的工作电流通过过渡铜层流入上桥臂芯片铜层上的上桥臂功率开关的集电极、上桥臂功率开关的发射极，再经上桥臂接线铜层，最终流至输出电极。
进一步的，所述上桥臂芯片单元包括上桥臂功率开关；所述上桥臂功率开关为MOS管，下桥臂功率开关为IGBT；从正电极流出的工作电流通过过渡铜层流入上桥臂芯片铜层上的上桥臂功率开关的漏极、上桥臂功率开关的源极，再经上桥臂接线铜层，最终流至输出电极。
进一步的，所述上桥臂芯片单元包括上桥臂功率开关；所述上桥臂功率开关为IGBT，下桥臂功率开关为MOS管；从正电极流出的工作电流通过过渡铜层流入上桥臂芯片铜层上的上桥臂功率开关的集电极、上桥臂功率开关的发射极，再经上桥臂接线铜层，最终流至输出电极。
有益效果：本发明通过改变铜层的分布结构来改变电流路径，相邻设置的下桥臂芯片铜层、下桥臂接线铜层、过渡铜层相互配合，使得从正电极流出的工作电流通过过渡铜层流入上桥臂集合最终流至输出电极；由负电极流出的续流电流流入下桥臂接线铜层，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层上的下桥臂芯片单元，最终流至输出电极。减小了工作电流与续流电流的续流回路面积，降低了杂散电感和开关损耗以及电路的复杂性，提高了模块的可靠性，能够应用在高速功率模块领域。
附图说明
图1为本发明的电流示意图；
图2为本发明的电路示意图；
图3为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种功率模块，包括正电极1、负电极2、输出电极3、上桥臂集合和下桥臂集合和过渡铜层6。
所述下桥臂集合包括下桥臂芯片铜层4、下桥臂接线铜层5以及安装在下桥臂芯片铜层4上的下桥臂芯片单元7，所述下桥臂接线铜层5位于下桥臂芯片铜层4与过渡铜层6之间，所述下桥臂芯片单元7通过邦定bonding线与下桥臂接线铜层5相连；
所述上桥臂集合包括上桥臂芯片铜层9、上桥臂接线铜层10以及安装在上桥臂芯片铜层9上的上桥臂芯片单元8。所述上桥臂芯片单元8包括上桥臂功率开关；
上桥臂功率开关和下桥臂功率开关的另一种结构为：上桥臂功率开关和下桥臂功率开关均为MOS管，其电路示意图如图2(a)所示，从正电极1流出的工作电流11通过过渡铜层6流入上桥臂芯片铜层9上的上桥臂功率开关的漏极、上桥臂功率开关的源极，再经上桥臂接线铜层10，最终流至输出电极3。
上桥臂功率开关和下桥臂功率开关均为IGBT，其电路示意图如图2(b)所示，从正电极1流出的工作电流11通过过渡铜层6流入上桥臂芯片铜层9上的上桥臂功率开关的集电极、上桥臂功率开关的发射极，再经上桥臂接线铜层10，最终流至输出电极3。
上桥臂功率开关和下桥臂功率开关的结构还可以为：上桥臂功率开关为MOS管，下桥臂功率开关为IGBT；从正电极1流出的工作电流11通过过渡铜层6流入上桥臂芯片铜层9上的上桥臂功率开关的漏极、上桥臂功率开关的源极，再经上桥臂接线铜层10，最终流至输出电极3。
上桥臂功率开关和下桥臂功率开关的结构还可以为：所述上桥臂功率开关为IGBT，下桥臂功率开关为MOS管；从正电极1流出的工作电流11通过过渡铜层6流入上桥臂芯片铜层9上的上桥臂功率开关的集电极、上桥臂功率开关的发射极，再经上桥臂接线铜层10，最终流至输出电极3。
上桥臂集合与下桥臂集合的一种结构为：所述上桥臂芯片单元8包括集成于一体的上桥臂功率开关和上桥臂内部二极管，且上桥臂功率开关和上桥臂内部二极管并联；下桥臂芯片单元7包括集成于一体的下桥臂功率开关和下桥臂内部二极管，且下桥臂功率开关和下桥臂内部二极管并联；由负电极2流出的续流电流21流入下桥臂接线铜层5，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层4上的下桥臂内部二极管的正极、下桥臂内部二极管的负极，最终流至输出电极3。
上桥臂集合与下桥臂集合的另一种结构为：所述上桥臂芯片单元8包括上桥臂功率开关和与之并联的上桥臂外部二极管，下桥臂芯片单元7包括下桥臂功率开关和与之并联的下桥臂外部二极管；由负电极2流出的续流电流21流入下桥臂接线铜层5，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层4上的下桥臂外部二极管的正极、下桥臂外部二极管的负极，最终流至输出电极3。
如图3所示，本实施例中上桥臂集合共包括3个并联的上桥臂功率开关和6个并联的上桥臂外部二极管；下桥臂集合共包括3个并联的下桥臂功率开关和6个并联的下桥臂外部二极管。
所述上桥臂芯片单元8包括并联的上桥臂功率开关、上桥臂内部二极管和上桥臂外部二极管，且上桥臂功率开关和上桥臂内部二极管集成于一体；下桥臂芯片单元7包括并联的下桥臂功率开关、下桥臂内部二极管和下桥臂外部二极管，且下桥臂功率开关和下桥臂内部二极管集成于一体；由负电极2流出的续流电流21流入下桥臂接线铜层5，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层4上的下桥臂外部二极管的正极和下桥臂内部二极管的正极、下桥臂外部二极管的负极和下桥臂内部二极管的负极，最终流至输出电极3。
从正电极1流出的工作电流11通过过渡铜层6流入上桥臂集合最终流至输出电极3；由负电极2流出的续流电流21流入下桥臂接线铜层5，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层4上的下桥臂芯片单元7，最终流至输出电极3。
本发明通过改变铜层的分布结构来改变电流路径，相邻设置的下桥臂芯片铜层、下桥臂接线铜层、过渡铜层相互配合，减小了工作电流与续流电流的续流回路面积，降低了杂散电感和开关损耗以及电路的复杂性，提高了模块的可靠性，能够应用在高速功率模块领域。

Claims (9)

1.一种功率模块，包括正电极(1)、负电极(2)、输出电极(3)、上桥臂集合、下桥臂集合和过渡铜层(6)，其特征在于，所述下桥臂集合包括下桥臂芯片铜层(4)、下桥臂接线铜层(5)以及安装在下桥臂芯片铜层(4)上的下桥臂芯片单元(7)，所述下桥臂接线铜层(5)位于下桥臂芯片铜层(4)与过渡铜层(6)之间，所述下桥臂芯片单元(7)通过邦定线与下桥臂接线铜层(5)相连；从正电极(1)流出的工作电流(11)通过过渡铜层(6)流入上桥臂集合最终流至输出电极(3)；由负电极(2)流出的续流电流(21)流入下桥臂接线铜层(5)，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层(4)上的下桥臂芯片单元(7)，最终流至输出电极(3)。
2.根据权利要求1所述的一种功率模块，其特征在于：所述上桥臂集合包括上桥臂芯片铜层(9)、上桥臂接线铜层(10)以及安装在上桥臂芯片铜层(9)上的上桥臂芯片单元(8)。
3.根据权利要求2所述的一种功率模块，其特征在于：所述上桥臂芯片单元(8)包括集成于一体的上桥臂功率开关和上桥臂内部二极管，且上桥臂功率开关和上桥臂内部二极管并联；下桥臂芯片单元(7)包括集成于一体的下桥臂功率开关和下桥臂内部二极管，且下桥臂功率开关和下桥臂内部二极管并联；由负电极(2)流出的续流电流(21)流入下桥臂接线铜层(5)，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层(4)上的下桥臂内部二极管的正极、下桥臂内部二极管的负极，最终流至输出电极(3)。
4.根据权利要求2所述的一种功率模块，其特征在于：所述上桥臂芯片单元(8)包括上桥臂功率开关和与之并联的上桥臂外部二极管，下桥臂芯片单元(7)包括下桥臂功率开关和与之并联的下桥臂外部二极管；由负电极(2)流出的续流电流(21)流入下桥臂接线铜层(5)，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层(4)上的下桥臂外部二极管的正极、下桥臂外部二极管的负极，最终流至输出电极(3)。
5.根据权利要求2所述的一种功率模块，其特征在于：所述上桥臂芯片单元(8)包括并联的上桥臂功率开关、上桥臂内部二极管和上桥臂外部二极管，且上桥臂功率开关和上桥臂内部二极管集成于一体；下桥臂芯片单元(7)包括并联的下桥臂功率开关、下桥臂内部二极管和下桥臂外部二极管，且下桥臂功率开关和下桥臂内部二极管集成于一体；由负电极(2)流出的续流电流(21)流入下桥臂接线铜层(5)，再经邦定线流入下桥臂芯片铜层(4)上的下桥臂外部二极管的正极和下桥臂内部二极管的正极、下桥臂外部二极管的负极和下桥臂内部二极管的负极，最终流至输出电极(3)。
6.根据权利要求1所述的一种功率模块，其特征在于：所述上桥臂芯片单元(8)包括上桥臂功率开关；所述上桥臂功率开关和下桥臂功率开关均为MOS管；从正电极(1)流出的工作电流(11)通过过渡铜层(6)流入上桥臂芯片铜层(9)上的上桥臂功率开关的漏极、上桥臂功率开关的源极，再经上桥臂接线铜层(10)，最终流至输出电极(3)。
7.根据权利要求1所述的一种功率模块，其特征在于：所述上桥臂芯片单元(8)包括上桥臂功率开关；所述上桥臂功率开关和下桥臂功率开关均为IGBT；从正电极(1)流出的工作电流(11)通过过渡铜层(6)流入上桥臂芯片铜层(9)上的上桥臂功率开关的集电极、上桥臂功率开关的发射极，再经上桥臂接线铜层(10)，最终流至输出电极(3)。
8.根据权利要求1所述的一种功率模块，其特征在于：所述上桥臂芯片单元(8)包括上桥臂功率开关；所述上桥臂功率开关为MOS管，下桥臂功率开关为IGBT；从正电极(1)流出的工作电流(11)通过过渡铜层(6)流入上桥臂芯片铜层(9)上的上桥臂功率开关的漏极、上桥臂功率开关的源极，再经上桥臂接线铜层(10)，最终流至输出电极(3)。
9.根据权利要求1所述的一种功率模块，其特征在于：所述上桥臂芯片单元(8)包括上桥臂功率开关；所述上桥臂功率开关为IGBT，下桥臂功率开关为MOS管；从正电极(1)流出的工作电流(11)通过过渡铜层(6)流入上桥臂芯片铜层(9)上的上桥臂功率开关的集电极、上桥臂功率开关的发射极，再经上桥臂接线铜层(10)，最终流至输出电极(3)。
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