CN107403780A - 一种交叉排列电极组合及功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交叉排列电极组合，包括第一功率模块电极和第二功率模块电极，第一功率模块电极的焊接部和第二功率模块电极的焊接部分别用于连接功率模块内部的电源铜层，第一功率模块电极焊接部引出第一功率模块电极连接部，第二功率模块电极焊接部引出第二功率模块电极连接部，第一功率模块电极连接部与第二功率模块电极连接部平行且交叉排列。本发明还公开了采用该电极组合的功率模块。本发明能够大大降低杂散电感，这在本领域无疑是一个巨大的进步。

Description

一种交叉排列电极组合及功率模块
技术领域
本发明涉及一种交叉排列电极组合及功率模块。
背景技术
全球能源危机与气候变暖的威胁让人们在追求经济发展的同时越来越重视节能减排、低碳发展。随着绿色环保在国际上的确立与推进，功率半导体的发展、应用前景更加广阔。
现有电力电子功率模块的杂散电感往往比较大，究其原因，其电极带来了很大的杂散电感，这会造成过冲电压较大、损耗增加，而且也限制了在高开关频率场合的应用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够大大降低杂散电感的交叉排列电极组合及功率模块。
技术方案：本发明所述的交叉排列电极组合，包括第一功率模块电极和第二功率模块电极，第一功率模块电极的焊接部和第二功率模块电极的焊接部分别用于连接功率模块内部的电源铜层，第一功率模块电极焊接部引出第一功率模块电极连接部，第二功率模块电极焊接部引出第二功率模块电极连接部，第一功率模块电极连接部与第二功率模块电极连接部平行且交叉排列。
进一步，所述第一功率模块电极连接部和第二功率模块电极连接部上均设有连接孔。这样能够通过固定装置穿过连接孔实现功率模块电极连接部的固定。
进一步，所述第一功率模块电极焊接部和第二功率模块电极焊接部上均设有多个圆孔。这样能够增加注塑塑料与端子的接触面积，增加牢固程度。
采用本发明所述的交叉排列电极组合的功率模块，包括上半桥基板和下半桥基板，上半桥基板上设有上半桥IGBT芯片和上半桥二极管芯片，下半桥基板上设有下半桥IGBT芯片和下半桥二极管芯片，第一功率模块电极和第二功率模块电极分别作为正负电极，此外还包括输出电极；上半桥IGBT芯片开通后的工作电流路径为：工作电流从第一功率模块电极连接部流入，通过绑定线流入上半桥基板，流经上半桥IGBT芯片后通过绑定线流出至输出电极；上半桥IGBT芯片关断后的续流电流路径为：续流电流从第二功率模块电极连接部流入，通过绑定线流入下半桥基板，流经下半桥二极管芯片后通过绑定线流出至输出电极；下半桥IGBT芯片开通后的工作电流路径为：工作电流从第二功率模块电极连接部流入，通过绑定线流入下半桥基板，流经下半桥IGBT芯片后通过绑定线流出至输出电极；下半桥IGBT芯片关断后的续流电流路径为：续流电流从第一功率模块电极连接部流入，通过绑定线流入上半桥基板，流经上半桥二极管芯片后通过绑定线流出至输出电极。
采用本发明所述的交叉排列电极组合的功率模块，包括底部基板和顶部基板，底部基板上设有上半桥芯片和中间基板，中间基板上设有下半桥芯片，第一功率模块电极和第二功率模块电极分别作为正负电极，此外还包括输出电极；工作时，工作电流从第一功率模块电极连接部流入底部基板，流经上半桥芯片后流至顶部基板，再通过输出电极连接部流出；续流时，续流电流从第二功率模块电极连接部流入，通过顶部基板流至下半桥芯片，接着流入中间基板，再流至顶部基板，通过输出电极连接部流出。
进一步，所述底部基板上表面设有正电极铜层，顶部基板下表面设有分离的负电极铜层和输出电极铜层。
进一步，所述上半桥芯片与输出电极铜层之间设有第一连接块。
进一步，所述下半桥芯片与负电极铜层之间设有第二连接块。
进一步，所述中间基板与输出电极铜层之间设有连接柱。
有益效果：本发明公开了一种交叉排列电极组合及功率模块，与现有技术相比，具有如下的有益效果：本发明的第一功率模块电极连接部与第二功率模块电极连接部平行交叉排布，使得相邻的第一功率模块电极连接部与第二功率模块电极连接部的电流流向相反，在连接部间隙以外的区域、部分连接部之间的区域磁感应强度方向相反，可以互相抵消，能够大大降低杂散电感，这在本领域无疑是一个巨大的进步。
附图说明
图1为本发明实施例1的功率模组的结构图；
图2为本发明实施例1的功率模组的局部放大图；
图3为本发明实施例1的电容电极连接部的结构图；
图4为本发明实施例1的功率模块的结构图；
图5为本发明实施例1的第一功率模块电极连接部的结构图；
图6为本发明实施例1的功率模块采用单面散热结构的示意图；
图6(a)为功率模块采用单面散热结构的示意图；
图6(b)为上半桥电流路径图；
图6(c)为下半桥电流路径图；
图7为本发明实施例1的功率模块采用双面散热结构的示意图；
图8为现有技术的功率模块的结构图；
图9为本发明实施例2的功率模组的结构图；
图10为本发明实施例2的功率模组的局部放大图；
图11为本发明实施例2的功率模块采用单面散热结构的示意图；
图11(a)为功率模块采用单面散热结构的示意图；
图11(b)为上半桥电流路径图；
图11(c)为下半桥电流路径图；
图12为本发明实施例2的功率模块采用双面散热结构的示意图；
图13为本发明实施例3的功率模组的结构图；
图14为本发明实施例3的功率模组的局部放大图；
图15为本发明实施例3的功率模组的分离图；
图16为本发明实施例3的功率模块采用单面散热结构的示意图；
图16(a)为功率模块采用单面散热结构的示意图；
图16(b)为上半桥电流路径图；
图16(c)为下半桥电流路径图；
图17为本发明实施例3的功率模块采用双面散热结构的示意图；
图18为本发明实施例4的功率模组的结构图；
图19为本发明实施例4的功率模组的局部放大图；
图20为本发明实施例4的功率模组的分离图；
图21为本发明实施例4的功率模块采用单面散热结构的示意图；
图21(a)为功率模块采用单面散热结构的示意图；
图21(b)为上半桥电流路径图；
图21(c)为下半桥电流路径图；
图22为本发明实施例4的功率模块采用双面散热结构的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明的技术方案做进一步的介绍。
实施例1：
实施例1公开了一种具有平行安装电极组合的功率模组，如图1-5所示，包括具有电容电极组合的电容和具有功率模块电极组合的功率模块。电容电极组合包括第一电容电极和第二电容电极，第一电容电极的焊接部112连接电容芯组111的负极，第二电容电极的焊接部113连接电容芯组111的正极，第一电容电极焊接部112和第二电容电极焊接部113均为板状且位于电容侧面中间，第一电容电极的焊接部112引出第一电容电极的连接部114，第二电容电极的焊接部113引出第二电容电极的连接部115，第一电容电极的连接部114与第二电容电极的连接部115平行正对且第一电容电极的连接部114比第二电容电极的连接部115长，第一电容电极连接部114上设有两个第一连接孔1141和两个第二连接孔1142，两个第一连接孔1141并排设于第一电容电极连接部114与第一电容电极焊接部112相连的一端，两个第二连接孔1142并排设于第一电容电极连接部114的另一端，第二电容电极连接部115上设有两个第三连接孔1151。功率模块电极组合包括第一功率模块电极和第二功率模块电极，第一功率模块电极的焊接部118和第二功率模块电极的焊接部分别连接功率模块内部的电源铜层，第一功率模块电极焊接部118引出第一功率模块电极连接部116，第二功率模块电极焊接部引出第二功率模块电极连接部117，第一功率模块电极的连接部116与第二功率模块电极的连接部117平行正对且第一功率模块电极的连接部116比第二功率模块电极的连接部117长，第一功率模块电极连接部116上设有两个第四接孔1161和两个第五连接孔1162，两个第四连接孔1161并排设于第一功率模块电极连接部116与第一功率模块电极焊接部118相连的一端，两个第五连接孔1162并排设于第一功率模块电极连接部116的另一端，第二功率模块电极连接部117上设有两个第六连接孔1171。其中，第一连接孔1141和第四连接孔1161比其他连接孔都大。
使用过程中，通常用螺栓和螺帽对电容和功率模块进行固定，固定的时候形成三层结构，如图2所示，第一电容电极连接部114、第一功率模块电极连接部116位于两端，第二电容电极连接部115和第二功率模块电极连接部117均位于中间。固定的时候可以有多种方式，其中两种方式是：1)将螺帽嵌入第一连接孔1141中，与该螺帽配套的螺栓的本体贯穿第五连接孔1162和第三连接孔1151，从而与螺帽固定紧；将螺帽嵌入第四连接孔1161中，与该螺帽配套的螺栓的本体贯穿第二连接孔1142和第六连接孔1171，从而与螺帽固定紧。2)将螺栓头部嵌入第一连接孔1141中，螺栓的本体贯穿第五连接孔1162和第三连接孔1151，螺帽在第五连接孔1162处与螺栓固定紧；将螺栓头部嵌入第四连接孔1161中，螺栓的本体贯穿第二连接孔1142和第六连接孔1171，螺帽在第二连接孔1142处与螺栓固定紧。
功率模块内部可采用单面散热结构或者双面散热结构，下面分别介绍一下采用单面散热结构和双面散热结构的方案。
1、采用单面散热结构
如图6(a)、(b)和(c)所示，功率模块内部可采用单面散热结构，包括上半桥基板121和下半桥基板122，上半桥基板121上设有上半桥IGBT芯片1231和上半桥二极管芯片1233，下半桥基板122上设有下半桥IGBT芯片1232和下半桥二极管芯片1234，第一功率模块电极作为正电极，第二功率模块电极作为负电极，此外还有输出电极137。上半桥基板121是三层结构，中间层是上半桥基板绝缘层，上下两层是上半桥基板金属层。下半桥基板122可以是两层结构，上面一层是下半桥基板金属层，下面一层是下半桥基板绝缘层124。下半桥基板122还可以是三层结构，中间一层是下半桥基板绝缘层124，上下两层是下半桥基板金属层。为了更好地示出上下半桥的电流路径，将功率模块拆分成图6(b)和图6(c)。其中，图6(b)示出了上半桥IGBT芯片1231开通后的工作电流路径，工作电流从第一功率模块电极连接部116流入，通过绑定线流入上半桥基板121，流经上半桥IGBT芯片1231后通过绑定线流出至输出电极137。图6(c)示出了上半桥IGBT芯片1231关断后的续流电流路径，续流电流从第二功率模块电极连接部117流入，通过绑定线流入下半桥基板122，流经下半桥二极管芯片1234后通过绑定线流出至输出电极137。此外，下半桥IGBT芯片1232开通后的工作电流路径为：工作电流从第二功率模块电极连接部117流入，通过绑定线流入下半桥基板122，流经下半桥IGBT芯片1232后通过绑定线流出至输出电极137；下半桥IGBT芯片1232关断后的续流电流路径为：续流电流从第一功率模块电极连接部116流入，通过绑定线流入上半桥基板121，流经上半桥二极管芯片1233后通过绑定线流出至输出电极137。
2、采用双面散热结构
如图7所示，功率模块内部可采用双面散热结构，包括底部基板131、中间基板132和顶部基板133，底部基板131上表面的铜层为正电极铜层1311，顶部基板133下表面有两个分离的铜层，分别为负电极铜层1331和输出电极铜层1332。正电极铜层1311上设有上半桥芯片1381，上半桥芯片1381与输出电极铜层1332之间设有第一连接块134，正电极铜层1311上还设有中间基板132，中间基板132上设有下半桥芯片1382，下半桥芯片1382与负电极铜层1331之间设有第二连接块135，且中间基板132与输出电极铜层1332之间还设有连接柱136。第一功率模块电极作为正电极，第二功率模块电极作为负电极，此外还有输出电极137。第一功率模块电极连接部116连接正电极铜层1311，第二功率模块电极连接部117连接负电极铜层1331，输出电极连接部1371连接输出电极铜层1332。图7还示出了工作时和续流时的电流路径图。工作时，工作电流从第一功率模块电极连接部116流入，通过正电极铜层1311流入上半桥芯片1381，再通过第一连接块134流至输出电极铜层1332，最后由输出电极连接部1371流出。续流时，续流电流从第二功率模块电极连接部117流入，通过负电极铜层1331流入第二连接块135，再流至下半桥芯片1382，接着流至中间基板132，然后通过连接柱136流入输出电极铜层1332，最后由输出电极连接部1371流出。
现有技术的功率模块如图8所示，两个功率模块电极连接部是并排设置的，之间没有任何的重叠。本实施例将采用双面散热结构的功率模块与现有技术的功率模块进行了仿真对比，仿真结果如表1所示。
表1实施例1采用双面散热结构的功率模块与现有技术的仿真对比
由表1可知，现有技术功率模块的杂散电感为12.99nH，而双面散热功率模块的杂散电感仅为3.28nH，也即实施例1大大降低了杂散电感，这也是采用这种平行安装电极带来的好效果。杂散电感对功率模块而言是至关重要的参数，杂散电感的大小直接影响到功率模块的性能，一般而言，能够降低几nH的杂散电感已经很难得了，像本实施例这样能降低将近10nH杂散电感是非常难得的突破！对功率模块产业的发展有着非常重要的意义！
实施例2：
实施例2公开了一种具有平行平插电极组合的功率模组，如图9所示，包括具有电容电极组合的电容和具有功率模块电极组合的功率模块。电容电极组合包括平行正对的第一电容电极212和第二电容电极213，第一电容电极212和第二电容电极213均为板状且位于电容侧面中间，第一电容电极212和第二电容电极213分别连接电容芯组211的正负极，如图10所示，第一电容电极212部分凸起，第二电容电极213也部分凸起，第一电容电极212的凸起与第二电容电极213的凸起共同形成容纳腔。功率模块电极组合包括第一功率模块电极和第二功率模块电极，第一功率模块电极焊接部和第二功率模块电极焊接部分别连接功率模块内部的电源铜层，第一功率模块电极连接部214和第二功率模块电极连接部215平行正对，第一功率模块电极连接部214和第二功率模块电极连接部215能够插入容纳腔中。
功率模块内部可采用单面散热结构或者双面散热结构，下面分别介绍一下采用单面散热结构和双面散热结构的方案。
1、采用单面散热结构
如图11(a)、(b)和(c)所示，功率模块内部可采用单面散热结构，包括上半桥基板221和下半桥基板222，上半桥基板221上设有上半桥IGBT芯片2231和上半桥二极管芯片2233，下半桥基板222上设有下半桥IGBT芯片2232和下半桥二极管芯片2234，第一功率模块电极作为正电极，第二功率模块电极作为负电极，此外还有输出电极237。上半桥基板221是三层结构，中间层是上半桥基板绝缘层，上下两层是上半桥基板金属层。下半桥基板222可以是两层结构，上面一层是下半桥基板金属层，下面一层是下半桥基板绝缘层224。下半桥基板222还可以是三层结构中间一层是下半桥基板绝缘层224，上下两层是下半桥基板金属层。为了更好地示出上下半桥的电流路径，将功率模块拆分成图11(b)和图11(c)。其中，图11(b)示出了上半桥IGBT芯片2231开通后的工作电流路径，工作电流从第一功率模块电极连接部214流入，通过绑定线流入上半桥基板221，流经上半桥IGBT芯片2231后通过绑定线流出至输出电极237。图11(c)示出了上半桥IGBT芯片2231关断后的续流电流路径，续流电流从第二功率模块电极连接部215流入，通过绑定线流入下半桥基板222，流经下半桥二极管芯片2234后通过绑定线流出至输出电极237。此外，下半桥IGBT芯片2232开通后的工作电流路径为：工作电流从第二功率模块电极连接部215流入，通过绑定线流入下半桥基板222，流经下半桥IGBT芯片2232后通过绑定线流出至输出电极237；下半桥IGBT芯片2232关断后的续流电流路径为：续流电流从第一功率模块电极连接部214流入，通过绑定线流入上半桥基板221，流经上半桥二极管芯片2233后通过绑定线流出至输出电极237。
2、采用双面散热结构
如图12所示，功率模块内部可采用双面散热结构，包括底部基板231、中间基板232和顶部基板233，底部基板231上表面的铜层为正电极铜层2311，顶部基板233下表面有两个分离的铜层，分别为负电极铜层2331和输出电极铜层2332。正电极铜层2311上设有上半桥芯片2381，上半桥芯片2381与输出电极铜层2332之间设有第一连接块234，正电极铜层2311上还设有中间基板232，中间基板232上设有下半桥芯片2382，下半桥芯片2382与负电极铜层2331之间设有第二连接块235，且中间基板232与输出电极铜层2332之间还设有连接柱236。第一功率模块电极作为正电极，第二功率模块电极作为负电极，此外还有输出电极237。第一功率模块电极连接部216连接正电极铜层2311，第二功率模块电极连接部217连接负电极铜层2331，输出电极连接部2371连接输出电极铜层2332。图12还示出了工作时和续流时的电流路径图。工作时，工作电流从第一功率模块电极连接部216流入，通过正电极铜层2311流入上半桥芯片2381，再通过第一连接块234流至输出电极铜层2332，最后由输出电极连接部2371流出。续流时，续流电流从第二功率模块电极连接部217流入，通过负电极铜层2331流入第二连接块235，再流至下半桥芯片2382，接着流至中间基板232，然后通过连接柱236流入输出电极铜层2332，最后由输出电极连接部2371流出。
现有技术的功率模块如图8所示，两个功率模块电极连接部是并排设置的，之间没有任何的重叠。本实施例将采用双面散热结构的功率模块与现有技术的功率模块进行了仿真对比，仿真结果如表2所示。
表2实施例2采用双面散热结构的功率模块与现有技术的仿真对比
由表2可知，现有技术功率模块的杂散电感为12.99nH，而双面散热功率模块的杂散电感仅为3.43nH，也即实施例2大大降低了杂散电感，这也是采用这种平行安装电极带来的好效果。杂散电感对功率模块而言是至关重要的参数，杂散电感的大小直接影响到功率模块的性能，一般而言，能够降低几nH的杂散电感已经很难得了，像本实施例这样能降低将近10nH杂散电感是非常难得的突破！对功率模块产业的发展有着非常重要的意义！
实施例3：
实施例3公开了一种具有平行同轴安装电极组合的功率模组，如图13所示，包括具有电容电极组合的电容和具有功率模块电极组合的功率模块。电容电极组合包括第一电容电极和第二电容电极。第一电容电极的焊接部312和第二电容电极的焊接部313分别连接电容芯组311的正负极，第一电容电极的焊接部312引出第一电容电极的连接部314，第二电容电极的焊接部313引出第二电容电极的连接部315。第一电容电极焊接部312和第二电容电极焊接部313均为板状且位于电容侧面中间。第一电容电极连接部314和第二电容电极连接部315平行正对，如图14所示，第一电容电极连接部314上设有第一连接孔3141和第二连接孔3142，第二电容电极连接部315上设有第三连接孔和第四连接孔。功率模块电极组合包括第一功率模块电极和第二功率模块电极。第一功率模块电极的焊接部和第二功率模块电极的焊接部分别连接功率模块内部的电源铜层，第一功率模块电极焊接部引出第一功率模块电极连接部316，第二功率模块电极焊接部引出第二功率模块电极连接部317，第一功率模块电极连接部316与第二功率模块电极连接部317平行正对，如图15所示，第一功率模块电极连接部316上设有第五连接孔3161和第六连接孔3162，第二功率模块电极连接部317上设有第七连接孔和第八连接孔。并且，第一连接孔3141、第五连接孔3161、第七连接孔和第三连接孔均同轴设置，第二连接孔3142、第六连接孔3162、第八连接孔和第四连接孔均同轴设置。
功率模块内部可采用单面散热结构或者双面散热结构，下面分别介绍一下采用单面散热结构和双面散热结构的方案。
1、采用单面散热结构
如图16(a)、(b)和(c)所示，功率模块内部可采用单面散热结构，包括上半桥基板321和下半桥基板322，上半桥基板321上设有上半桥IGBT芯片3231和上半桥二极管芯片3233，下半桥基板322上设有下半桥IGBT芯片3232和下半桥二极管芯片3234，第一功率模块电极作为正电极，第二功率模块电极作为负电极，此外还有输出电极337。上半桥基板321是三层结构，中间层是上半桥基板绝缘层，上下两层是上半桥基板金属层。下半桥基板322可以是两层结构，上面一层是下半桥基板金属层，下面一层是下半桥基板绝缘层324。下半桥基板322还可以是三层结构，中间一层是下半桥基板绝缘层324，上下两层是下半桥基板金属层。为了更好地示出上下半桥的电流路径，将功率模块拆分成图16(b)和图16(c)。其中，图16(b)示出了上半桥IGBT芯片3231开通后的工作电流路径，工作电流从第一功率模块电极连接部314流入，通过绑定线流入上半桥基板321，流经上半桥IGBT芯片3231后通过绑定线流出至输出电极337。图16(c)示出了上半桥IGBT芯片3231关断后的续流电流路径，续流电流从第二功率模块电极连接部315流入，通过绑定线流入下半桥基板322，流经下半桥二极管芯片3234后通过绑定线流出至输出电极337。此外，下半桥IGBT芯片3232开通后的工作电流路径为：工作电流从第二功率模块电极连接部315流入，通过绑定线流入下半桥基板322，流经下半桥IGBT芯片3232后通过绑定线流出至输出电极337；下半桥IGBT芯片3232关断后的续流电流路径为：续流电流从第一功率模块电极连接部314流入，通过绑定线流入上半桥基板321，流经上半桥二极管芯片3233后通过绑定线流出至输出电极337。
2、采用双面散热结构
如图17所示，功率模块内部可采用双面散热结构，包括底部基板331、中间基板332和顶部基板333，底部基板331上表面的铜层为正电极铜层3311，顶部基板333下表面有两个分离的铜层，分别为负电极铜层3331和输出电极铜层3332。正电极铜层3311上设有上半桥芯片3381，上半桥芯片3381与输出电极铜层3332之间设有第一连接块334，正电极铜层3311上还设有中间基板332，中间基板332上设有下半桥芯片3382，下半桥芯片3382与负电极铜层3331之间设有第二连接块335，且中间基板332与输出电极铜层3332之间还设有连接柱336。第一功率模块电极作为正电极，第二功率模块电极作为负电极，此外还有输出电极337。第一功率模块电极连接部316连接正电极铜层3311，第二功率模块电极连接部317连接负电极铜层3331，输出电极连接部3371连接输出电极铜层3332。图17还示出了工作时和续流时的电流路径图。工作时，工作电流从第一功率模块电极连接部316流入，通过正电极铜层3311流入上半桥芯片3381，再通过第一连接块334流至输出电极铜层3332，最后由输出电极连接部3371流出。续流时，续流电流从第二功率模块电极连接部317流入，通过负电极铜层3331流入第二连接块335，再流至下半桥芯片3382，接着流至中间基板332，然后通过连接柱336流入输出电极铜层3332，最后由输出电极连接部3371流出。
现有技术的功率模块如图8所示，两个功率模块电极连接部是并排设置的，之间没有任何的重叠。本实施例将采用双面散热结构的功率模块与现有技术的功率模块进行了仿真对比，仿真结果如表3所示。
表3实施例3采用双面散热结构的功率模块与现有技术的仿真对比
由表3可知，现有技术功率模块的杂散电感为12.99nH，而双面散热功率模块的杂散电感仅为3.27nH，也即实施例3大大降低了杂散电感，这也是采用这种平行安装电极带来的好效果。杂散电感对功率模块而言是至关重要的参数，杂散电感的大小直接影响到功率模块的性能，一般而言，能够降低几nH的杂散电感已经很难得了，像本实施例这样能降低将近10nH杂散电感是非常难得的突破！对功率模块产业的发展有着非常重要的意义！
实施例4：
实施例4公开了一种具有交叉排列电极组合的功率模组，如图18所示，包括具有电容电极组合的电容和具有功率模块电极组合的功率模块。电容电极组合包括平行正对的第一电容电极和第二电容电极。第一电容电极和第二电容电极均为板状且位于电容侧面中间，第一电容电极和第二电容电极分别连接电容芯组411的正负极。如图18和19所示，第一电容电极焊接部412引出多个第一电容电极连接部414，第一电容电极连接部414上设有第一连接孔4141，第二电容电极焊接部413引出多个第二电容电极连接部415，第二电容电极连接部415上设有第二连接孔4151，第一电容电极连接部414与第二电容电极连接部415平行且交叉排列。功率模块电极组合包括第一功率模块电极和第二功率模块电极。如图20所示，第一功率模块电极焊接部引出多个第一功率模块电极连接部416，第一功率模块电极连接部416上设有第三连接孔4161，第二功率模块电极焊接部引出多个第二功率模块电极连接部417，第二功率模块电极连接部417上设有第四连接孔4171，第一功率模块电极连接部416与第二功率模块电极连接部417平行且交叉排列。并且，第一连接孔4141与第三连接孔4161同轴设置，第二连接孔4151与第四连接孔4171同轴设置。
功率模块内部可采用单面散热结构或者双面散热结构，下面分别介绍一下采用单面散热结构和双面散热结构的方案。
1、采用单面散热结构
如图21(a)、(b)和(c)所示，功率模块内部可采用单面散热结构，包括上半桥基板421和下半桥基板422，上半桥基板421上设有上半桥IGBT芯片4231和上半桥二极管芯片4233，下半桥基板422上设有下半桥IGBT芯片4232和下半桥二极管芯片4234，第一功率模块电极作为正电极，第二功率模块电极作为负电极，此外还有输出电极437。上半桥基板421是三层结构，中间层是上半桥基板绝缘层，上下两层是上半桥基板金属层。下半桥基板422可以是两层结构，上面一层是下半桥基板金属层，下面一层是下半桥基板绝缘层424。下半桥基板422还可以是三层结构，中间一层是下半桥基板绝缘层424，上下两层是下半桥基板金属层。为了更好地示出上下半桥的电流路径，将功率模块拆分成图21(b)和图21(c)。其中，图21(b)示出了上半桥IGBT芯片4231开通后的工作电流路径，工作电流从第一功率模块电极连接部414流入，通过绑定线流入上半桥基板421，流经上半桥IGBT芯片4231后通过绑定线流出至输出电极437。图21(c)示出了上半桥IGBT芯片4231关断后的续流电流路径，续流电流从第二功率模块电极连接部415流入，通过绑定线流入下半桥基板42，流经下半桥二极管芯片4234后通过绑定线流出至输出电极437。此外，下半桥IGBT芯片4232开通后的工作电流路径为：工作电流从第二功率模块电极连接部415流入，通过绑定线流入下半桥基板422，流经下半桥IGBT芯片4232后通过绑定线流出至输出电极437；下半桥IGBT芯片4232关断后的续流电流路径为：续流电流从第一功率模块电极连接部414流入，通过绑定线流入上半桥基板421，流经上半桥二极管芯片4233后通过绑定线流出至输出电极437。
2、采用双面散热结构
如图22所示，功率模块内部可采用双面散热结构，包括底部基板431、中间基板432和顶部基板433，底部基板431上表面的铜层为正电极铜层4311，顶部基板433下表面有两个分离的铜层，分别为负电极铜层4331和输出电极铜层4332。正电极铜层4311上设有上半桥芯片4381，上半桥芯片4381与输出电极铜层4332之间设有第一连接块434，正电极铜层4311上还设有中间基板432，中间基板432上设有下半桥芯片4382，下半桥芯片4382与负电极铜层4331之间设有第二连接块435，且中间基板432与输出电极铜层4332之间还设有连接柱436。第一功率模块电极作为正电极，第二功率模块电极作为负电极，此外还有输出电极437。第一功率模块电极连接部416连接正电极铜层4311，第二功率模块电极连接部417连接负电极铜层4331，输出电极连接部4371连接输出电极铜层4332。图22还示出了工作时和续流时的电流路径图。工作时，工作电流从第一功率模块电极连接部416流入，通过正电极铜层4311流入上半桥芯片4381，再通过第一连接块434流至输出电极铜层4332，最后由输出电极连接部4371流出。续流时，续流电流从第二功率模块电极连接部417流入，通过负电极铜层4331流入第二连接块435，再流至下半桥芯片4382，接着流至中间基板432，然后通过连接柱436流入输出电极铜层4332，最后由输出电极连接部4371流出。
现有技术的功率模块如图8所示，两个功率模块电极连接部是并排设置的，之间没有任何的重叠。本实施例将采用双面散热结构的功率模块与现有技术的功率模块进行了仿真对比，仿真结果如表4所示。
表4实施例4采用双面散热结构的功率模块与现有技术的仿真对比
由表4可知，现有技术功率模块的杂散电感为12.99nH，而双面散热功率模块的杂散电感仅为3.62nH，也即实施例4大大降低了杂散电感，这也是采用这种平行安装电极带来的好效果。杂散电感对功率模块而言是至关重要的参数，杂散电感的大小直接影响到功率模块的性能，一般而言，能够降低几nH的杂散电感已经很难得了，像本实施例这样能降低将近10nH杂散电感是非常难得的突破！对功率模块产业的发展有着非常重要的意义。

Claims (9)

1.一种交叉排列电极组合，其特征在于：包括第一功率模块电极和第二功率模块电极，第一功率模块电极的焊接部和第二功率模块电极的焊接部分别用于连接功率模块内部的电源铜层，第一功率模块电极焊接部引出第一功率模块电极连接部，第二功率模块电极焊接部引出第二功率模块电极连接部，第一功率模块电极连接部与第二功率模块电极连接部平行且交叉排列。
2.根据权利要求1所述的交叉排列电极组合，其特征在于：所述第一功率模块电极连接部和第二功率模块电极连接部上均设有连接孔。
3.根据权利要求2所述的交叉排列电极组合，其特征在于：所述第一功率模块电极焊接部和第二功率模块电极焊接部上均设有多个圆孔。
4.采用根据权利要求1所述的交叉排列电极组合的功率模块，其特征在于：包括上半桥基板和下半桥基板，上半桥基板上设有上半桥IGBT芯片和上半桥二极管芯片，下半桥基板上设有下半桥IGBT芯片和下半桥二极管芯片，第一功率模块电极和第二功率模块电极分别作为正负电极，此外还包括输出电极；上半桥IGBT芯片开通后的工作电流路径为：工作电流从第一功率模块电极连接部流入，通过绑定线流入上半桥基板，流经上半桥IGBT芯片后通过绑定线流出至输出电极；上半桥IGBT芯片关断后的续流电流路径为：续流电流从第二功率模块电极连接部流入，通过绑定线流入下半桥基板，流经下半桥二极管芯片后通过绑定线流出至输出电极；下半桥IGBT芯片开通后的工作电流路径为：工作电流从第二功率模块电极连接部流入，通过绑定线流入下半桥基板，流经下半桥IGBT芯片后通过绑定线流出至输出电极；下半桥IGBT芯片关断后的续流电流路径为：续流电流从第一功率模块电极连接部流入，通过绑定线流入上半桥基板，流经上半桥二极管芯片后通过绑定线流出至输出电极。
5.采用根据权利要求1所述的交叉排列电极组合的功率模块，其特征在于：包括底部基板和顶部基板，底部基板上设有上半桥芯片和中间基板，中间基板上设有下半桥芯片，第一功率模块电极和第二功率模块电极分别作为正负电极，此外还包括输出电极；工作时，工作电流从第一功率模块电极连接部流入底部基板，流经上半桥芯片后流至顶部基板，再通过输出电极连接部流出；续流时，续流电流从第二功率模块电极连接部流入，通过顶部基板流至下半桥芯片，接着流入中间基板，再流至顶部基板，通过输出电极连接部流出。
6.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于：所述底部基板上表面设有正电极铜层，顶部基板下表面设有分离的负电极铜层和输出电极铜层。
7.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于：所述上半桥芯片与输出电极铜层之间设有第一连接块。
8.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于：所述下半桥芯片与负电极铜层之间设有第二连接块。
9.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于：所述中间基板与输出电极铜层之间设有连接柱。
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