CN108418063B - 一种功率半导体模块功率端子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率半导体模块功率端子。本发明的功率半导体模块功率端子，包括第一功率端子和第二功率端子，第一功率端子包括依次连接的第一接触部分、第一中间部分和第一引脚，第二功率端子包括依次连接的第二接触部分、第二中间部分和第二引脚；其中，第一接触部分设有第一延伸结构，第一延伸结构朝向第二接触部分设置，第二接触部分设有第二延伸结构，第二延伸结构朝向第一接触部分设置，第一延伸结构与第二延伸结构的部分或全部交叠设置。本发明的功率半导体模块功率端子，能够增加第一功率端子和第二功率端子的叠层区域面积，进一步减小功率半导体模块的杂散电感，以提高功率半导体模块的效率和运行可靠性。

Description

一种功率半导体模块功率端子

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种功率半导体模块功率端子。

背景技术

对于工作在持续的开关状态的功率半导体模块，其半导体芯片在关断过程中会产生电压尖峰。该电压尖峰由半导体芯片的电流变化率di/dt和换流回路的杂散电感Ls共同确定。若电压尖峰超过半导体芯片的额定电压，则会导致半导体芯片被击穿并且失效，影响功率半导体模块的正常运行。

由于提高半导体元件的电流变化率di/dt有利于减小功率半导体模块的开关损耗，以提升功率半导体模块的工作效率，并且减小电压尖峰可帮助提高功率半导体模块允许的最大母线电压，从而提升功率半导体模块的输出功率。因此，减小功率半导体模块内部的杂散电感Ls对于提高功率半导体模块的效率和功率密度十分重要，在设计模块时需着重考虑。

现有的功率半导体模块的杂散电感Ls一般包括正负功率端子的杂散电感、模块衬底的杂散电感，以及正负功率端子、模块衬底之间的互感。其中，对于功率端子，现有技术中是采取将正负功率端子的中间部分叠层布置的方式减小功率端子的杂散电感。但采用这种结构时，功率端子用于与外部元器件连接的接触部分，为避免空气击穿和爬电，正负功率端子的接触部分的间隔较大，从而影响整体杂散电感的减小。

因此，针对现有的功率半导体模块功率端子由于正负功率端子的接触部分的间隔较大，导致无法可靠地减小功率端子整体的杂散电感的问题，需要提供一种能够可靠地减小整体杂散电感、提高功率半导体模块的效率的功率半导体模块功率端子。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种功率半导体模块功率端子，能够消除第一功率端子和第二功率端子的接触部分之间的间隔，进一步减小功率半导体模块的杂散电感，以提高功率半导体模块的效率和运行可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种功率半导体模块功率端子，包括第一功率端子和第二功率端子，第一功率端子包括依次连接的第一接触部分、第一中间部分和第一引脚，第二功率端子包括依次连接的第二接触部分、第二中间部分和第二引脚；第一接触部分与第二接触部分平行设置于两个相互平行的平面内，第一中间部分与第二中间部分分别平行设置于两个相互平行的平面内，第一引脚与第二引脚平行设置于同一平面内；第一中间部分与第二中间部分的部分或全部交叠设置；

其中，第一接触部分设有第一延伸结构，第一延伸结构朝向第二接触部分设置，第二接触部分设有第二延伸结构，第二延伸结构朝向第一接触部分设置，第一延伸结构与第二延伸结构的部分或全部交叠设置。

进一步地，第一延伸结构与第二延伸结构相互交叠的部分之间设有绝缘层。

进一步地，第一延伸结构与第二延伸结构分别设有绝缘层。

进一步地，第一接触部分和第二接触部分的厚度为0.5-2mm。

进一步地，第一延伸结构和第二延伸结构的间距为小于2mm。

进一步地，第一中间部分与第一接触部分位于同一平面内，第二中间部分与第二接触部分位于同一平面内。

进一步地，第一中间部分垂直于第一接触部分，第二中间部分垂直于第二接触部分。

进一步地，第一功率端子还包括第一弯折结构，第一中间部分通过第一弯折结构与第一引脚连接；第二功率端子还包括第二弯折结构，第二中间部分通过第二弯折结构与第二引脚连接。

进一步地，第一引脚和第二引脚的数量分别为多个，多个第一引脚和多个第二引脚分别分为两组，并且两组第二引脚位于两组第一引脚的两侧。

进一步地，多个第一引脚和多个第二引脚分别沿同一直线设置。

本发明的功率半导体模块功率端子，除了第一中间部分和第二中间部分相互交叠之外，第一接触部分和第二接触部分还分别增设了相互交叠设置的第一延伸结构和第二延伸结构，使第一接触部分和第二接触部分的间隔变小，进一步减小功率端子的杂散电感，提高功率半导体模块的效率和功率密度。

附图说明

图1为本发明实施例的功率半导体模块功率端子的结构示意图；

图2为本发明实施例的第一功率端子和第二功率端子的位置结构示意图；

图3为图2所示的位置结构示意图的俯视图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1-3所示，本发明实施例的一种功率半导体模块功率端子，其应用于连接功率模块外部的正负直流母线和功率模块内部的DCB(陶瓷基覆铜板)衬底。

如图2-3所示，在本发明实施例中，功率半导体模块功率端子包括第一功率端子100和第二功率端子200。第一功率端子100包括依次连接的第一接触部分110、第一中间部分120和第一引脚130，第一接触部分110设有第一延伸结构160，第一延伸结构160朝向第二接触部分210设置。第二功率端子200包括依次连接的第二接触部分210、第二中间部分220和第二引脚230，第二接触部分230设有第二延伸结构，第二延伸结构朝向第一接触部分110设置。

其中，如图2所示，第一接触部分110与第二接触部分210平行设置于两个相互平行的平面内，第一中间部分120与第二中间部分220平行设置于两个相互平行的平面内，第一引脚130与第二引脚230平行设置于同一平面内。第一中间部分120与第二中间部分220的部分或全部交叠设置且相互不接触，第一延伸结构160与第二延伸结构的部分或全部交叠设置且相互不接触。如图3所示，以第一功率端子100为例，图中的虚线即为第一接触部分110、第一中间部分120和第一延伸结构160的分割线。

为保证与外部的正负直流母线的有效接触，在本发明实施例中，第一接触部分110和第二接触部分210上分别设置有第一螺孔140和第二螺孔240，以使第一接触部分110和第二接触部分210分别通过第一螺孔140和第二螺孔240与对应的直流母线紧密固定，使第一功率端子100和第二功率端子200能够方便、快速地与直流母线连接。

在本发明实施例中，第一功率端子100和第二功率端子200分别通过第一引脚130和第二引脚230与功率模块内部的DCB衬底连接，以使直流母线与DCB衬底导通。

在本发明实施例中，若通过功率半导体模块的功率电流从第二功率端子200流入，并从第一功率端子100流出时，流过两个第一功率端子100和第二功率端子200的电流方向相反，第一延伸结构160与第二延伸结构的叠层部分可以进一步增加电流产生的磁场的交叠面积，从而减小换流回路的杂散电感。因此，本发明能够在不增加DCB衬底和模块体积的情况下减小端子的杂散电感，从而帮助提高功率半导体模块的开关频率、减小开关损耗和提高模块的功率密度。

为避免第一延伸结构160和第二延伸结构的距离过近时，空气击穿和爬电，在本发明实施例中，可以通过为第一延伸结构160和第二延伸结构增加绝缘层，实现第一延伸结构160和第二延伸结构之间的绝缘设置。如图1所示，在本发明的一个实施例中，可以在第一延伸结构160与第二延伸结构分别设置绝缘层(图1仅示出了第二延伸结构的绝缘层300)，即将第一延伸结构160和第二延伸结构的上表面、下表面和侧表面全部包裹绝缘层，以达到使第一延伸结构160和第二延伸结构绝缘的效果。除了将第一延伸结构160和第二延伸结构整体包裹外，为了减少绝缘层的使用材料，在保证绝缘效果的情况下降低成本，在本发明的另一个实施例中，还可以在第一延伸结构160与第二延伸结构相互交叠的部分之间设置绝缘层，即仅在第一延伸结构160与第二延伸结构的相互对应的表面的相互交叠的部分上设置绝缘层，以达到使第一延伸结构160和第二延伸结构绝缘的效果。

其中，绝缘层采用绝缘材料制成，绝缘材料包括但不限于塑料、橡胶等材料。

为了使第一接触部分110和第二接触部分210、第一延伸结构160和第二延伸结构能够有效导电，并且在尽量减小功率半导体模块的体积的情况下保证第一接触部分110和第二接触部分210、第一延伸结构160和第二延伸结构之间的间距，在本发明实施例中，第一接触部分110和第二接触部分210的厚度可以为0.5-2mm，第一延伸结构160和第二延伸结构的间距可以为小于2mm。

在本发明实施例中，第一中间部分120与第一接触部分110、第二中间部分220与第二接触部分210的位置关系可以根据不同的尺寸规格的实际需要进行调整。如图1-3所示，在本发明的一个实施例中，第一中间部分120与第一接触部分110位于同一平面内，第二中间部分220与第二接触部分210位于同一平面内。而在本发明的另一个实施例中，第一中间部分120垂直于第一接触部分110，第二中间部分220垂直于第二接触部分210。

为了使连接后的第一引脚130与第二引脚230平行设置于同一平面内，在本发明实施例中，第一功率端子100还包括第一弯折结构150，第一中间部分120通过第一弯折结构150与第一引脚130连接。第二功率端子200还包括第二弯折结构250，第二中间部分220通过第二弯折结构250与第二引脚230连接。

如图3所示，在本发明实施例中，第一引脚130和第二引脚230的数量分别为多个，此时，第一弯折结构150和第二弯折结构250的数量也为多个，并且每个第一引脚130分别通过与其对应的第一弯折结构150与第一中间部分120连接，每个第二引脚230分别通过与其对应的第二弯折结构250与第二中间部分220连接。

在本发明实施例中，多个第一引脚130和多个第二引脚230分别分为两组，并且两组第二引脚230位于两组第一引脚130的两侧。其中，多个第一引脚130和多个第二引脚230分别沿同一直线设置。

由图2-3所示，第二功率端子200的两组第二引脚230平均地分布在两端，第一功率端子100的两组第一引脚130布置在两组第二引脚230之间。两组第一引脚130的数量相同并且以功率半导体模块功率端子整体的中线对称布置，两组第二引脚230的数量相同并且以功率半导体模块功率端子整体的中线对称布置。

综上所述，与现有技术相比，本发明实施例的功率半导体模块功率端子通过优化第一引脚和第二引脚的布置结构、设计第一延伸结构和第二延伸结构为第一中间部分和第二中间部分以外的叠层结构，可在不增加DCB基板设计复杂程度和功率半导体模块体积的情况下，有效减小换流回路面积，从而减小功率半导体模块换流回路的杂散电感。

以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种功率半导体模块功率端子，其特征在于，包括第一功率端子和第二功率端子，所述第一功率端子包括依次连接的第一接触部分、第一中间部分和第一引脚，所述第二功率端子包括依次连接的第二接触部分、第二中间部分和第二引脚；所述第一接触部分与所述第二接触部分平行设置于两个相互平行的平面内，所述第一中间部分与所述第二中间部分分别平行设置于两个相互平行的平面内，所述第一引脚与所述第二引脚平行设置于同一平面内；所述第一中间部分的全部与所述第二中间部分的部分交叠设置，且于所述第一中间部分与所述第二中间部分分别平行设置的两个相互平行的平面的射影方向上，所述第一中间部分的面积小于所述第二中间部分的面积；

其中，所述第一接触部分设有第一延伸结构，所述第一延伸结构朝向所述第二接触部分设置，所述第二接触部分设有第二延伸结构，所述第二延伸结构朝向所述第一接触部分设置，所述第一延伸结构与所述第二延伸结构呈矩形，从而分别与所述第一接触部分和第二接触部分的形状相同，且所述第一延伸结构与所述第二延伸结构全部交叠设置。

2.如权利要求1所述的功率半导体模块功率端子，其特征在于，所述第一延伸结构与所述第二延伸结构相互交叠的部分之间设有绝缘层。

3.如权利要求1所述的功率半导体模块功率端子，其特征在于，所述第一延伸结构与所述第二延伸结构分别设有绝缘层。

4.如权利要求1-3任一项所述的功率半导体模块功率端子，其特征在于，所述第一接触部分和所述第二接触部分的厚度为0.5-2mm。

5.如权利要求1-3任一项所述的功率半导体模块功率端子，其特征在于，所述第一延伸结构和所述第二延伸结构的间距为小于2mm。

6.如权利要求1所述的功率半导体模块功率端子，其特征在于，所述第一中间部分与所述第一接触部分位于同一平面内，所述第二中间部分与所述第二接触部分位于同一平面内。

7.如权利要求1所述的功率半导体模块功率端子，其特征在于，所述第一中间部分垂直于所述第一接触部分，所述第二中间部分垂直于所述第二接触部分。

8.如权利要求1所述的功率半导体模块功率端子，其特征在于，所述第一功率端子还包括第一弯折结构，所述第一中间部分通过所述第一弯折结构与所述第一引脚连接；所述第二功率端子还包括第二弯折结构，所述第二中间部分通过所述第二弯折结构与所述第二引脚连接。

9.如权利要求8所述的功率半导体模块功率端子，其特征在于，所述第一引脚和所述第二引脚的数量分别为多个，多个所述第一引脚和多个所述第二引脚分别分为两组，并且两组所述第二引脚位于两组所述第一引脚的两侧。

10.如权利要求9所述的功率半导体模块功率端子，其特征在于，多个所述第一引脚和多个所述第二引脚分别沿同一直线设置。