CN109887899A - 多路供电布局布线的功率模块及功率模组 - Google Patents
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Abstract
为克服现有技术的问题，本发明提供了一种多路供电布局布线的功率模块及功率模组。一种多路供电布局布线的功率模块，包括底板、功率单元、输出电极和两个输入电极；两个输入电极包括第一输入电极和第二输入电极；底板包括下底板和上底板；功率单元包括上功率单元和下功率单元；下底板上形成下功率单元，上底板上形成上功率单元；上功率单元包括第二输入导电层，且第二输入导电层上形成若干挖空区域，挖空区域为非完全封闭结构，挖空区域内布置引流片；第二输入导电层上设有多路第二输入连接部。本发明提供的多路供电布局布线的功率模块和功率模组，其第二输入导电层上设有多路第二输入连接部，如此，可以方便调节各路的电流分布。
Description
技术领域
本发明涉及一种功率模块领域。
背景技术
功率模块是功率电子电力器件如MOS管(中文全称：金氧半场效晶体管；英文全称：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(英文全称：InsulatedGate Bipolar Transistor，中文全称：绝缘栅双极型晶体管)，FRD(快恢复二极管)按一定的功能组合封装成的功率开关，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。
以MOS管为例，如图1所示，其常见由两个上下串联的MOS管组成，形成桥路。上桥中的MOS管漏极D接电源正极P+，源极S与下桥上MOS管的漏极D连接，下桥上MOS管的源极接电源负极P-，上桥MOS管的源极S和下桥MOS管的漏极D作为输出端Out。上桥MOS管和下桥MOS管的G极接控制信号。
常见的功率模块通常为单面功率模块，包括底板及形成于底板上的若干功率单元，单面功率模块的对散热器的要求较高，为此，公开了一种双面散热型功率模块，其包括底板和功率单元，底板分为上底板和下底板，功率单元分为上功率单元和下功率单元，上功率单元和下功率单元上通常设有若干用于布置芯片以及进行电流布局的导电图案层，导电图案层通常包括正导电层、负导电层和输出导电层等；例如，在下功率单元上通常引出一输入电极(通常为正电极)和输出电极；在上功率单元上引出一输入电极(通常为负电极)。
目前，其导电图案层中负导电层与负电极之间仅通过一个电流通路连接，连接应力大，电流分布不均，寄生电感较大。
发明内容
为克服现有技术中导电图案层中负导电层与负电极之间仅通过一个电流通路连接，连接应力大，电流分布不均，寄生电感较大。本发明提供了一种多路供电布局布线的功率模块及功率模组。
本发明一方面提供了一种多路供电布局布线的功率模块，包括底板、功率单元、输出电极和两个输入电极；所述两个输入电极包括第一输入电极和第二输入电极；所述底板包括下底板和上底板；所述功率单元包括上功率单元和下功率单元；所述下底板上形成下功率单元，上底板上形成上功率单元；
下功率单元包括下基板及布置于所述下基板上的电路铜层，所述电路铜层包括第一输入引流层、第一输入导电层和输出导电层；
第一输入引流层与第一输入电极电连接，该第一输入引流层还通过电连接件与第一输入导电层电连接，输出导电层与输出电极电连接；其中，在所述第一输入导电层上布置有若干组上桥芯片，在所述输出导电层上布置有若干组下桥芯片；
上功率单元包括第二输入导电层，且第二输入导电层上形成若干挖空区域，所述挖空区域为非完全封闭结构，所述挖空区域内布置引流片；所述第二输入导电层上设有多路第二输入连接部；
所述上桥芯片上设置若干第一金属压块，并使上述金属压块与上述引流片电连接，然后将所述引流片通过第二金属压块与输出导电层电连接；
所述下桥芯片上设有若干第三金属压块，并使上述第三金属压块与所述第二输入导电层电连接；
所述多路第二输入连接部与所述第二输入电极电连接。
进一步地，所述第一输入电极包括第一外接部、第一主体部和第一内连部；所述第一内连部与所述第一输入引流层电连接；
所述第二输入电极包括第二外接部、第二主体部和第二内连部；所述第二内连部与所述多路第二输入连接部电连接；
输出电极包括输出外接部、输出主体部和输出内连部；输出内连部与所述输出导电层电连接。
进一步地，所述第一输入电极上设有一个第一外接部，第二输入电极上设有两个第二外接部，所述第一输入电极和第二输入电极层叠布置；
所述一个第一外接部从第一主体部中央向功率模块外延伸，两个第二外接部从第二主体部两侧分别向功率模块外延伸，使所述第一输入电极的第一外接部和所述第二输入电极的两个第二外接部间隔设置。
进一步地，所述第一输入电极、第二输入电极和输出电极，均为一字形或Z字形。
进一步地，所述第二输入电极的第二内连部包括多个第二内连支路，所述多个第二内连支路分别与多路第二输入连接部电连接。
进一步地，所述第一输入电极的第一内连部包括多个第一内连支路，该多个第一内连支路分别与第一输入导电层电连接。
进一步地，所述输出电极的输出内连部包括多个输出内连支路，所述多个输出内连支路分别与输出导电层电连接。
进一步地，所述第二导电层包括多路第二输入连接部、一连接通区以及连接于所述多路第二输入连接部和连接通区之间的多路连接通路，所述连接通区与下桥芯片电连接；所述多路连接通路、多路第二输入连接部及连接通区之间围成若干个非完全封闭的所述挖空区域。
本发明第二方面还提供了一种功率模组，包括功率模块和电容模块，其中，所述功率模块为上述的功率模块。
本发明提供的多路供电布局布线的功率模块和功率模组，其第二输入导电层上设有多路第二输入连接部，如此，可以方便调节各路的电流分布。还可以通过调节所述多路第二输入连接部的宽窄，来调节第二输入导电层和第二输入电极之间的电流分布，直接影响其上的寄生电感和每个功率芯片上通过的电流分布。
附图说明
图1是现有技术中功率模块电路原理示意图；
图2a是本发明具体实施方式中提供的某型号的功率模块的立体示意图；
图2b是本发明具体实施方式中提供的某型号的功率模块的去除绝缘框架以后的示意图；
图2c是图2b中去除上底板后的示意图；
图3是本发明具体实施方式中提供的某型号的功率模块爆炸分解示意图；
图4是本发明具体实施方式中提供的某型号的功率模块中下功率单元示意图；
图5是本发明具体实施方式中提供的某型号的功率模块中上功率单元示意图；
图6是本发明具体实施方式中提供的某型号的功率模块的主视示意图；
图7是本发明具体实施方式中提供的第二输入电极和第二输入导电层的连接示意图；
图8是本发明具体实施方式中提供的第一输入电极、第二输入电极的连接示意图；
图9是是本发明具体实施方式中提供的第一输入电极和输出电极与下功率单元的连接示意图。
附图标记如下：
1000、功率模块；
1、功率单元；1A、下功率单元；1B、上功率单元；11、电路铜层；12、基板；13、功率芯片；13a、上桥芯片；13b、下桥芯片；14、数据引脚；
111、第一输入引流层；112、第二输入导电层；113、第一输入导电层；114、输出导电层；1121、第二输入连接部；1122、连接通路；1123、连接通区。
2、底板；21、下底板；22、上底板；
3、第二输入电极；31、第二外接部；32、第二主体部；33、第二内连部；311、第二外接孔；331、第二内连支路；
4、第一输入电极；41、第一外接部；42、第一主体部；43、第一内连部；411、第一外接孔；431、第一内连支路；
5、输出电极；51、输出外接部；52、输出主体部；53、输出内连部；511、输出外接孔；531、输出内连支路；
6、绝缘框架；
10c、引流片；10d、第一金属压块；10e、第二金属压块；10f、第三金属压块。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图2a-图8所示，本例中将通过某型号的功率模块1000和功率模组进行介绍，以将本发明所要保护的如下创新点进行进一步举例说明：关于功率模块1000中的电路铜层的布局设计。
如图2a、图2b、图2c所示，本例中公开的功率模块1000，属于功率模块1000中的双面散热型功率模块1000，包括封装于绝缘框架6中的底板2、底板2上形成的功率单元1以及从功率单元1上电连接的两个输入电极和输出电极5。两个输入电极分别包括第一输入电极4和第二输入电极3。
如图3所示，本例中公开的该种双面散热型功率模块1000，其底板2包括下底板21和上底板22；其下底板21上设有下功率单元1A，上底板22上设有上功率单元1B；该上底板22和下底板21的设置，使得其可以形成双面散热的效果。所述上功率单元1B和下功率单元1A整体形成功率单元1，以实现图1中所示桥路的功能。该底板2通常为金属材料，比如铜、铜合金、铝、铝合金、铝碳化硅中的任意一种制成，其目的是将功率单元1中的热量通过该底板2散发出去。
其中，如图3、图4所示，所述下功率单元1A包括下基板12及布置于所述下基板12上的电路铜层11，所述电路铜层11包括第一输入引流层111、第一输入导电层113和输出导电层114；其中，作为公众所知的，还包括控制导电层(图中未标记)，该控制导电层通过绑定线与各功率芯片的门极进行电连接。
其中，所述第一输入引流层111用于与第一输入电极4电连接，同时，该第一输入引流层111还通过绑定线(或者其他电连接件，本例中未标记)与第一输入导电层113绑定电连接；其中，该第一输入导电层113上布置有若干组上桥芯片13a；该输出导电层114上布置有对应组数的若干组下桥芯片13b。
上述上桥芯片13a和下桥芯片13b分别形成并联的两组；分别称为第一桥臂功率芯片组和第二桥臂功率芯片组，简称第一功率芯片组和第二功率芯片组，或者称为上桥功率芯片组和下桥功率芯片组(比如，第二桥臂功率芯片组作为上桥功率芯片组，第一桥臂功率芯片组作为下桥功率芯片组)；实现桥路式的开关控制，该功率单元1通过包括上下两组MOS管或者IGBT的功率电子器件串联而成，分别接在两个输入电极之间，并在两组MOS管或者IGBT之间的引出电极作为输出电极5。
MOS管为公众所知，其包括3个电极：栅极G、源极S和漏极D，其中源极S和漏极D接驱动电源，栅极G作为输入控制极，用于输入控制信号，控制源极S、漏极D间的通断。通过从源极S或漏极D中输出。IGBT同样也为公众所知，也包括三个电极：门极G、集电极C、发射极E；其中，门极G对应MOS管的栅极G，集电极C对应MOS管的漏极D；发射极E对应MOS管的源极S；门极G作为输入控制极，也控制发射极E和集电极C之间的通断；两者控制也基本相同。为方便起见，以下实施例中将以MOS管为例进行具体解释说明。
输入电极和输出电极5通常统称为功率电极。除上述功率电极(或功率引脚)外，功率单元1上还设有进行采样或者进行控制的数据引脚14。
本例中，如图2a-图8所示，第一输入电极4为正极，第二输入电极3为负极。其中，第一输入电极4包括第一外接部41、第一主体部42和第一内连部43，第一外接部41上设有第一外接孔411；所述第一内连部43与所述第一输入引流层111电连接；第二输入电极3包括第二外接部31、第二主体部32和第二内连部33；所述第二内连部33与所述第二输入导电层112电连接；第二外接部31上设有第二外接孔311。输出电极5包括输出外接部51、输出主体部52和输出内连部53；其输出外接部51上设有输出外接孔511。上述第一外接孔411、第二外接孔311和输出外接孔511均用来通过螺栓、螺帽的配合与外接的电源和负载进行电连接。本例中，第一输入导电层113作为正导电层，则第二输入导电层112作为负导电层。
如图5所示，所述上功率单元1B包括第二输入导电层112，且第二输入导电层112上形成若干挖空区域，且挖空区域为非完全封闭结构，该挖空区域内布置引流片10c。该第二输入导电层112上包括有用来与第二输入电极3电连接的多路第二输入连接部1121，与该第二输入电极3进行多路电连接。如图中所示，该第二输入导电层112的左侧分成5个支路，也即5路第二输入连接部1121，用来与第二输入电极3进行电连接。其左侧为一大块铜箔形成的与下桥芯片13b进行电连接的连接通区1123，该连接通区1123和多路第二输入连接部1121之间通过5个连接通路1122进行连接，5路连接通路1122和5个第二输入连接部1121和连接通区1123之间围成4个上述非完全封闭的挖空区域。
优选的，如图7所示，也可以将第二输入电极3的第二内连部33做成类似的多路手指状，即其第二内连部33包括多个第二内连支路331，该多个第二内连支路331分别与多路第二输入连接部1121电连接，将第二输入电极3与该第二输入连接部1121做成手指状可以释放应力(因电路铜层11和基板12膨胀系数差别大)。同时通过调整电流通路铜皮1122及电极各支路331的宽窄，调整下桥芯片组个芯片的电流分布。该种方式可以进一步提高模块工作的稳定性和过载能力。
同样的，如图8、图9所示，也可以将第一输入电极4的第一内连部43做成类似的多路手指状，即其第一内连部43包括多个第一内连支路431，该多个第一内连支路431分别与第一输入导电层113电连接。
同样的，如图9所示，也可以将输出电极5的输出内连部53做成类似的多路手指状，即其输出内连部53包括多个输出内连支路531，该多个输出内连支路531分别与输出导电层114电连接。
如图4所示，在其上桥芯片13a上设置若干第一金属压块10d，并使上述第一金属压块10d与上述引流片10c电连接，使其上桥芯片13a的源极通过该第一金属压块10d与上述引流片10c电连接(比如通过压紧焊接的方式实现电连接)，然后将所述引流片10c通过第二金属压块10e与输出导电层114电连接。
下桥芯片13b上设有若干第三金属压块10f，并使上述第三金属压块10f与所述第二输入导电层112电连接，使下桥芯片13b的源极通过第三金属压块10f与所述第二输入导电层112电连接。
其中，该第一输入电极4上设有一个第一外接部41，第二输入电极3上设有两个第二外接部31，所述第一输入电极4和第二输入电极3层叠布置，所述一个第一外接部41从第一主体部2中央向功率模块1000外延伸，两个第二外接部31从第二主体部32两侧分别向功率模块1000外延伸。使所述第一输入电极4的第一外接部41和所述第二输入电极3的两个第二外接部31间隔设置，也即，所述第一输入电极4的第一外接部41设于所述第二输入电极3的两个第二外接部31之间。
上述第一输入电极4、第二输入电极3和输出电极5，设计成一字形，且其第一输入电极4和第二输入电极3设置成层叠布置。
如图6所示，本例公开的双面散热型功率模块1000，其可以形成两个电流回路，第一个回路从第一输入电极4流入的工作电流进入第一输入引流层111，然后经绑定线进入第一输入导电层113，然后通过上桥芯片13a的漏极进入上桥芯片13a，从上桥芯片13a的源极经第一金属压块10d进入引流片，从引流片经第二金属压块10e进入输出导电层114，从输出导电层114经输出电极5输出。第二个回路从第二输入电极3流入的续流电流进入第二输入导电层112，然后经第三金属压块10f从下桥芯片13b的源极进入下桥芯片13b，然后从下桥芯片13b的漏极进入输出导电层114，从输出导电层114经输出电极5输出。
本例中还公开了一种功率模组，包括功率模块1000和电容模块。因电容模块以及电容模块和功率模块之间的连接关系为公众所知，不再赘述。
本发明提供的多路供电布局布线的功率模块1000和功率模组，其在第二输入导电层112上设有多路第二输入连接部1121，如此，可以方便调节各路的电流分布。还可以通过调节所述多路第二输入连接部1121和连接通路1122的宽窄，来调节第二输入导电层112和第二输入电极3之间的电流分布，直接影响其上的寄生电感和每个功率芯片13上通过的电流分布。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多路供电布局布线的功率模块，其特征在于，包括底板、功率单元、输出电极和两个输入电极；所述两个输入电极包括第一输入电极和第二输入电极；所述底板包括下底板和上底板；所述功率单元包括上功率单元和下功率单元；所述下底板上形成下功率单元，上底板上形成上功率单元；
下功率单元包括下基板及布置于所述下基板上的电路铜层，所述电路铜层包括第一输入引流层、第一输入导电层和输出导电层；
第一输入引流层与第一输入电极电连接，该第一输入引流层还通过电连接件与第一输入导电层电连接，输出导电层与输出电极电连接；其中，在所述第一输入导电层上布置有若干组上桥芯片，在所述输出导电层上布置有若干组下桥芯片；
上功率单元包括第二输入导电层，且第二输入导电层上形成若干挖空区域，所述挖空区域为非完全封闭结构，所述挖空区域内布置引流片；所述第二输入导电层上设有多路第二输入连接部；
所述上桥芯片上设置若干第一金属压块，并使上述金属压块与上述引流片电连接，然后将所述引流片通过第二金属压块与输出导电层电连接；
所述下桥芯片上设有若干第三金属压块，并使上述第三金属压块与所述第二输入导电层电连接；
所述多路第二输入连接部与所述第二输入电极电连接。
2.根据权利要求1所述的多路供电布局布线的功率模块，其特征在于，所述第一输入电极包括第一外接部、第一主体部和第一内连部；所述第一内连部与所述第一输入引流层电连接；
所述第二输入电极包括第二外接部、第二主体部和第二内连部；所述第二内连部与所述多路第二输入连接部电连接；
输出电极包括输出外接部、输出主体部和输出内连部；输出内连部与所述输出导电层电连接。
3.根据权利要求2所述的多路供电布局布线的功率模块，其特征在于，所述第一输入电极上设有一个第一外接部，第二输入电极上设有两个第二外接部，所述第一输入电极和第二输入电极层叠布置；
所述一个第一外接部从第一主体部中央向功率模块外延伸，两个第二外接部从第二主体部两侧分别向功率模块外延伸，使所述第一输入电极的第一外接部和所述第二输入电极的两个第二外接部间隔设置。
4.根据权利要求2所述的多路供电布局布线的功率模块，其特征在于，所述第一输入电极、第二输入电极和输出电极，均为一字形或Z字形。
5.根据权利要求2所述的多路供电布局布线的功率模块，其特征在于，所述第二输入电极的第二内连部包括多个第二内连支路，所述多个第二内连支路分别与多路第二输入连接部电连接。
6.根据权利要求2所述的多路供电布局布线的功率模块，其特征在于，所述第一输入电极的第一内连部包括多个第一内连支路，该多个第一内连支路分别与第一输入导电层电连接。
7.根据权利要求2所述的多路供电布局布线的功率模块，其特征在于，所述输出电极的输出内连部包括多个输出内连支路，所述多个输出内连支路分别与输出导电层电连接。
8.根据权利要求2所述的多路供电布局布线的功率模块，其特征在于，所述第二导电层包括多路第二输入连接部、一连接通区以及连接于所述多路第二输入连接部和连接通区之间的多路连接通路，所述连接通区与下桥芯片电连接；所述多路连接通路、多路第二输入连接部及连接通区之间围成若干个非完全封闭的所述挖空区域。
9.一种多路供电布局布线的功率模组，包括功率模块和电容模块，其特征在于，所述功率模块为权利要求1-8中任意一项所述的功率模块。
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