CN105789192B - 一种设有电极大臂的功率模块 - Google Patents

一种设有电极大臂的功率模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种设有电极大臂的功率模块，包括DBC、输出电极和多个电源电极，所述电源电极包括引出部、主体部、连接部和焊脚，引出部与主体部相连，主体部通过连接部与焊脚相连，焊脚连接在DBC上，所述连接部包括大臂和小臂，每个大臂均连接一个小臂，大臂与主体部相连，小臂与焊脚相连。本发明通过在电源电极的主体部与焊脚之间设置大臂，由大臂连接小臂和焊脚，通过分别调节每个大臂的宽度能够均衡各并联回路的电阻以及杂散电感，并且大臂层叠设置能够减少设有大臂的功率模块的杂散电感，提高了模块的动态均流性能。

Description

一种设有电极大臂的功率模块
技术领域
本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种设有电极大臂的功率模块。
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。
现有的功率模块中各个DBC(Direct Bonding Copper，绝缘覆铜基板)电源连节点到电极引出部的距离不同，以一种三电平功率模块为例，如图1所示，是一种现有的功率模块，包括DBC1、输出电极2、中间电极3、正电极4和负电极5，其中，六个DBC1中每个DBC1上的焊脚焊接处即电源连接点到该DBC所连接的电极引出部6的距离不全相同，从而导致DBC电源连接点到电极引出部6之间的杂散电感和电阻存在差异，进一步影响功率模块各并联功率开关芯片的动态均流性能。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明旨在提供一种减小电阻差异和杂散电感的功率模块。
技术方案：一种设有电极大臂的功率模块，包括DBC、输出电极和多个电源电极，所述电源电极包括引出部、主体部、连接部和焊脚，引出部与主体部相连，主体部通过连接部与焊脚相连，焊脚连接在DBC上，所述连接部包括大臂和小臂，每个大臂均连接一个小臂，大臂与主体部相连，小臂与焊脚相连。
进一步的，所述多个电源电极为正电极、负电极和中间电极。
进一步的，所述多个电源电极为正电极和负电极。
进一步的，所述主体部、大臂、小臂以及焊脚均为一体，所述主体部垂直于DBC，主体部的底部连接有多个平行于DBC的大臂，每个大臂的宽度不全相同。
进一步的，大臂的一侧延伸出小臂，小臂的宽度小于大臂，小臂的宽度与焊脚的宽度相同。
进一步的，当中间电极的焊脚与正电极的焊脚连接同一DBC时，该中间电极的焊脚所连接的大臂与该正电极的焊脚所连接的大臂在平行于DBC方向上层叠设置。
进一步的，当中间电极的焊脚与负电极的焊脚连接同一DBC时，该中间电极的焊脚所连接的大臂与该负电极所连接的大臂在平行于DBC方向上层叠设置。
进一步的，所述DBC为六个，分别为一字排布的第一下半桥DBC、第二下半桥DBC、第三下半桥DBC、第一上半桥DBC、第二上半桥DBC和第三上半桥DBC，所述中间电极主体部底部分别连接有第一中间电极大臂、第二中间电极大臂、第三中间电极大臂、第四中间电极大臂、第五中间电极大臂和第六中间电极大臂，第一中间电极大臂通过小臂和焊脚与第一下半桥DBC连接，第二中间电极大臂通过小臂和焊脚与第二下半桥DBC连接，第三中间电极大臂通过小臂和焊脚与第三下半桥DBC连接，第四中间电极大臂通过小臂和焊脚与第一上半桥DBC连接，第五中间电极大臂通过小臂和焊脚与第二上半桥DBC连接，第六中间电极大臂通过小臂和焊脚与第三上半桥DBC连接；
所述正电极的主体部连接有第一正电极大臂、第二正电极大臂和第三正电极大臂，第一正电极大臂通过小臂和焊脚与第一上半桥DBC相连，第二正电极大臂通过小臂和焊脚与第二上半桥DBC相连，第三正电极大臂通过小臂和焊脚与第三上半桥DBC相连；
所述负电极的主体部连接有第一负电极大臂、第二负电极大臂和第三负电极大臂，第一负电极大臂通过小臂和焊脚与第一下半桥DBC相连，第二负电极大臂通过小臂和焊脚与第二下半桥DBC相连，第三负电极大臂通过小臂和焊脚与第三下半桥DBC相连；
所述第一中间电极大臂与第一负电极大臂在平行于DBC方向上层叠设置，第二中间电极大臂与第二负电极大臂在平行于DBC方向上层叠设置，第三中间电极大臂与第三负电极大臂在平行于DBC方向上层叠设置，第四中间电极大臂与第一正电极大臂在平行于DBC方向上层叠设置，第五中间电极大臂与第二正电极大臂在平行于DBC方向上层叠设置，第六中间电极大臂与第三正电极大臂在平行于DBC方向上层叠设置。
有益效果：本发明通过在电源电极的主体部与焊脚之间设置大臂，由大臂连接小臂和焊脚，通过分别调节每个大臂的宽度能够均衡各并联回路的电阻以及杂散电感，并且大臂层叠设置能够减少功率模块的杂散电感，提高了模块的动态均流性能。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图；
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：一种设有电极大臂的功率模块，本实施以三电平的功率模块为例，本发明也可以应用于两电平的功率模块中，如图2所示，包括DBC1、输出电极2和多个电源电极，多个电源电极为中间电极3、正电极4和负电极5；在两电平的功率模块中多个电源电极仅包括正电极4和负电极5；
电源电极包括引出部6、主体部7、连接部8和焊脚9，引出部6与主体部7相连，主体部7通过连接部8与焊脚9相连，焊脚9连接在DBC1上，连接部8包括大臂81和小臂82，主体部7、大臂81、小臂82以及焊脚9均为一体，主体部7垂直于DBC1，主体部7的底部连接有多个平行于DBC1的大臂81，每个大臂81的宽度不全相同。
本实施例中包括从左至右一字排布的6个DBC1，依次为第一下半桥DBC11、第二下半桥DBC12、第三下半桥DBC13、第一上半桥DBC14、第二上半桥DBC15和第三上半桥DBC16，所述中间电极3主体部7底部分别连接有第一中间电极大臂、第二中间电极大臂、第三中间电极大臂811、第四中间电极大臂811、第五中间电极大臂811和第六中间电极大臂811，第一中间电极大臂通过小臂82和焊脚9与第一下半桥DBC11连接，第二中间电极大臂通过小臂82和焊脚9与第二下半桥DBC12连接，第三中间电极大臂811通过小臂82和焊脚9与第三下半桥DBC13连接，第四中间电极大臂811通过小臂82和焊脚9与第一上半桥DBC14连接，第五中间电极大臂811通过小臂82和焊脚9与第二上半桥DBC15连接，第六中间电极大臂811通过小臂82和焊脚9与第三上半桥DBC16连接；
正电极4的主体部7连接有第一正电极大臂812、第二正电极大臂813和第三正电极大臂，第一正电极大臂812通过小臂82和焊脚9与第一上半桥DBC14相连，第二正电极大臂813通过小臂82和焊脚9与第二上半桥DBC15相连，第三正电极大臂通过小臂82和焊脚9与第三上半桥DBC16相连；
所述负电极5的主体部7连接有第一负电极大臂814、第二负电极大臂815和第三负电极大臂816，第一负电极大臂814通过小臂82和焊脚9与第一下半桥DBC11相连，第二负电极大臂815通过小臂82和焊脚9与第二下半桥DBC12相连，第三负电极大臂816通过小臂82和焊脚9与第三下半桥DBC13相连；
如图所示，大臂81在主体部7垂直方向延伸，小臂82在主体部7平行方向延伸，每个大臂81均连接一个小臂82，大臂81与主体部7相连，小臂82与焊脚9相连；大臂81的一侧延伸出小臂82，具体为：
第一中间电极大臂、第二中间电极大臂、第四中间电极大臂811、第一正电极大臂812、第一负电极大臂814和第二负电极大臂815均自大臂81的左侧延伸出小臂82；第三中间电极大臂811、第五中间电极大臂811、第六中间电极大臂811、第二正电极大臂813、第三正电极大臂和第三负电极大臂816均自大臂81的右侧延伸出小臂82；
小臂82的宽度小于大臂81，小臂82的宽度与焊脚9的宽度相同。
当中间电极3的焊脚9与正电极4的焊脚9连接同一DBC1时，该中间电极3的焊脚9所连接的大臂81与该正电极4的焊脚9所连接的大臂81在平行于DBC1方向上层叠设置，是在竖直方向上不互相接触的层叠；
当中间电极3的焊脚9与负电极5的焊脚9连接同一DBC1时，该中间电极3的焊脚9所连接的大臂81与该负电极5所连接的大臂81在平行于DBC1方向上层叠设置；本实施例中具体为：
所述第一中间电极大臂与第一负电极大臂814在平行于DBC1方向上层叠设置，第二中间电极大臂与第二负电极大臂815在平行于DBC1方向上层叠设置，第三中间电极大臂811与第三负电极大臂816在平行于DBC1方向上层叠设置，第四中间电极大臂811与第一正电极大臂812在平行于DBC1方向上层叠设置，第五中间电极大臂811与第二正电极大臂813在平行于DBC1方向上层叠设置，第六中间电极大臂811与第三正电极大臂在平行于DBC1方向上层叠设置。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“水平”、“竖直”、“上”、“下”、“宽度”、“正面”、“背面”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明通过在在电源电极的主体部与焊脚之间设置大臂，提高了模块的动态均流性能。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种设有电极大臂的功率模块，包括DBC(1)、输出电极(2)和多个电源电极，所述电源电极包括引出部(6)、主体部(7)、连接部(8)和焊脚(9)，引出部(6)与主体部(7)相连，主体部(7)通过连接部(8)与焊脚(9)相连，焊脚(9)连接在DBC(1)上，其特征在于，所述连接部(8)包括大臂(81)和小臂(82)，每个大臂(81)均连接一个小臂(82)，大臂(81)与主体部(7)相连，小臂(82)与焊脚(9)相连，主体部(7)的底部连接有多个平行于DBC(1)的大臂(81)，每个大臂(81)的宽度不全相同。
2.根据权利要求1所述的一种设有电极大臂的功率模块，其特征在于，所述多个电源电极为中间电极(3)、正电极(4)和负电极(5)。
3.根据权利要求1所述的一种设有电极大臂的功率模块，其特征在于，所述多个电源电极为正电极(4)和负电极(5)。
4.根据权利要求1所述的一种设有电极大臂的功率模块，其特征在于，所述主体部(7)、大臂(81)、小臂(82)以及焊脚(9)均为一体，所述主体部(7)垂直于DBC(1)，所述大臂均平行于DBC(1)。
5.根据权利要求1所述的一种设有电极大臂的功率模块，其特征在于，所述大臂(81)的一侧延伸出小臂(82)，小臂(82)的宽度小于大臂(81)，小臂(82)的宽度与焊脚(9)的宽度相同。
6.根据权利要求2所述的一种设有电极大臂的功率模块，其特征在于，当中间电极(3)的焊脚(9)与正电极(4)的焊脚(9)连接同一DBC(1)时，该中间电极(3)的焊脚(9)所连接的大臂(81)与该正电极(4)的焊脚(9)所连接的大臂(81)在平行于DBC(1)方向上层叠设置。
7.根据权利要求2所述的一种设有电极大臂的功率模块，其特征在于，当中间电极(3)的焊脚(9)与负电极(5)的焊脚(9)连接同一DBC(1)时，该中间电极(3)的焊脚(9)所连接的大臂(81)与该负电极(5)所连接的大臂(81)在平行于DBC(1)方向上层叠设置。
8.根据权利要求2所述的一种设有电极大臂的功率模块，其特征在于，所述DBC(1)为六个，分别为一字排布的第一下半桥DBC(11)、第二下半桥DBC(12)、第三下半桥DBC(13)、第一上半桥DBC(14)、第二上半桥DBC(15)和第三上半桥DBC(16)，所述中间电极(3)主体部(7)底部分别连接有第一中间电极大臂、第二中间电极大臂、第三中间电极大臂、第四中间电极大臂、第五中间电极大臂和第六中间电极大臂(811)，第一中间电极大臂通过小臂(82)和焊脚(9)与第一下半桥DBC(11)连接，第二中间电极大臂通过小臂(82)和焊脚(9)与第二下半桥DBC(12)连接，第三中间电极大臂通过小臂(82)和焊脚(9)与第三下半桥DBC(13)连接，第四中间电极大臂通过小臂(82)和焊脚(9)与第一上半桥DBC(14)连接，第五中间电极大臂通过小臂(82)和焊脚(9)与第二上半桥DBC(15)连接，第六中间电极大臂(811)通过小臂(82)和焊脚(9)与第三上半桥DBC(16)连接；
所述正电极(4)的主体部(7)连接有第一正电极大臂(812)、第二正电极大臂(813)和第三正电极大臂，第一正电极大臂(812)通过小臂(82)和焊脚(9)与第一上半桥DBC(14)相连，第二正电极大臂(813)通过小臂(82)和焊脚(9)与第二上半桥DBC(15)相连，第三正电极大臂通过小臂(82)和焊脚(9)与第三上半桥DBC(16)相连；
所述负电极(5)的主体部(7)连接有有第一负电极大臂(814)、第二负电极大臂(815)和第三负电极大臂(816)，第一负电极大臂(814)通过小臂(82)和焊脚(9)与第一下半桥DBC(11)相连，第二负电极大臂(815)通过小臂(82)和焊脚(9)与第二下半桥DBC(12)相连，第三负电极大臂(816)通过小臂(82)和焊脚(9)与第三下半桥DBC(13)相连；
所述第一中间电极大臂与第一负电极大臂(814)在平行于DBC(1)方向上层叠设置，第二中间电极大臂与第二负电极大臂(815)在平行于DBC(1)方向上层叠设置，第三中间电极大臂与第三负电极大臂(816)在平行于DBC(1)方向上层叠设置，第四中间电极大臂与第一正电极大臂(812)在平行于DBC(1)方向上层叠设置，第五中间电极大臂与第二正电极大臂(813)在平行于DBC(1)方向上层叠设置，第六中间电极大臂(811)与第三正电极大臂在平行于DBC(1)方向上层叠设置。
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