CN201904332U - 一种应用于升压转换器的功率模块 - Google Patents

一种应用于升压转换器的功率模块 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种功率模块，包括：至少一个引线框架，晶粒IGBT、晶粒FRD和一种密封剂。引线框架上分别承载有晶粒IGBT和晶粒FRD；晶粒IGBT的栅极通过引线结合器电气连接至栅极引线，发射极通过引线结合器电气连接至发射极引线。晶粒FRD的阴极与阴极引线电气相连，晶粒FRD的阳极、晶粒IGBT的集电极以及集电极引线电气连接。一种密封剂，用于将所述引线框架、晶粒IGBT、晶粒FRD、引线结合器、栅引线、发射极引线、阴极引线、集电极引线密封。本实用新型可以有效地降低成本，减少工艺难度，节省了PCB的使用面积。

Description

一种应用于升压转换器的功率模块
技术领域
本实用新型涉及一种应用于升压转换器的4-引线TO-247封装的功率模块。
背景技术
开关电源升压转换器在包括空调、液晶电视电源板等在内的家用电器中有着普遍的应用，尤其是在中大功率，有着功率因数标准的应用中，升压转换器得到了更广泛的应用。图1显示了一种常规的升压转换器的主体电路，主要包括主控IC(用于控制IGBT210的开关)、升压电感、整流桥、带并联二极管FRD的绝缘栅极双极性晶体管IGBT210、快恢复二极管FRD220和输出稳压电容。其中IGBT210的集电极和FRD220的阳极以常规方式连接在一起，FRD220的阴极为输出端。
绝缘栅极双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)兼有金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)的高输入阻抗和低导通压降两方面优点，非常适合应用于600V及以上的变频器、开关电源等领域。快恢复二极管(Fast Recover Diode，FRD)具有开关特性好，反向恢复时间短的特点，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中。IGBT器件和FRD器件的成本都比较高，在升压转换器中占的比重也是比较大的。
目前升压转换器中的IGBT器件有两种，一种是采用特殊的工艺将IGBT和FRD集成为一个晶粒后封装，或是使用单管IGBT和单管二极管FRD塑封在一起的，作为IGBT器件使用(主要应用于谐振等需要二极管FRD续流的电路)，如图1中的IGBT210。另一种是使用单管IGBT塑封作为IGBT器件使用，如图2中的IGBT230。而升压转换器在原理上，使用IGBT210或者使用IGBT230，其效果是一样的。但是单管IGBT230由于应用范围没有IGBT210广泛，所以供应商的产能不足，产品线成本过高，导致单管IGBT230较之IGBT210在价格上是相差无几的，那么在升压转换器的应用上或是选择IGBT210，或是选择和IGBT210价格一样的单管IGBT230。也就是说，采用图1或图2所示的方案，对于电器方案厂商，成本是一样的，并没有因为图2所示方案中，IGBT 230中不包封或者不集成二极管FRD晶粒而减少。
为缩减电器电源方案的成本，节省电路板(Printed Circuit Board，PCB)的面积，并减少将多个器件安装在一块散热器上的麻烦，迫切地需要一种新的功率模块。
发明内容
本实用新型提供了一种应用于升压转换器的4-引线TO-247封装的功率模块，将晶粒IGBT310和晶粒FRD320封装在一个功率模块300中，如图3所示，从而使升压转换器的成本更低，PCB空间得到节省，减少器件安装上的麻烦。
本实用新型公开了一种功率模块，包括：至少一个引线框架，其上分别承载有晶粒IGBT和晶粒FRD，并覆于铜片上；所述晶粒IGBT的栅极通过引线结合器电气连接至栅极引线，发射极通过引线结合器电气连接至发射极引线；所述晶粒FRD的阴极与阴极引线电气相连接，所述晶粒FRD的阳极、所述晶粒IGBT的集电极以及集电极引线电气连接，所述晶粒FRD的阴极锡焊在引线框架上；一种密封剂，用于将所述引线框架、晶粒IGBT、晶粒FRD、引线结合器、部分栅极引线、发射极引线、阴极引线、集电极引线密封。
本实用新型还公开了一种一种应用于升压转换器的功率模块，其包括：一个引线框架覆于铜片上，其上承载有晶粒IGBT和晶粒FRD，所述引线框架还包括一集电极引线端；所述晶粒IGBT的栅极通过引线结合器连接至栅极引线，发射极通过引线结合器连接至发射极引线；若所述晶粒FRD的阴极通过引线结合器连接至阴极引线，所述晶粒FRD阳极和所述晶粒IGBT的集电极覆于所述引线框架上，并以此实现连接；一种密封剂，用于将所述引线框架、晶粒IGBT、晶粒FRD、引线结合器、部分栅极引线、发射极引线、阴极引线、集电极引线密封。
我们对本实用新型中比较重要的特征进行了简要的概述，以便能更好的理解下面的详细说明，也更加容易了解本发明对这一技术所做出的贡献。连同以下附图和说明，能够更好的理解本发明的一些特征和优点。
附图说明
图1是一种采用带二极管FRD的IGBT的升压转换器主体电路图；
图2是一种采用不带二极管FRD的IGBT的升压转换器主体电路图；
图3是本实用新型功率模块的框图；
图4是采用本实用新型功率模块的升压转换器主体电路图；
图5是根据本实用新型功率模块内部的示意图1；
图6是根据本实用新型功率模块内部的示意图2；
图7是根据本实用新型功率模块的4-引线TO-247封装的顶视图1；
图8是根据本实用新型功率模块的4-引线TO-247封装的顶视图2；
具体实施方式
请同时参阅图1、图3和图4。本实用新型将晶粒IGBT310和晶粒FRD320封装到一个功率模块300中，对比图4和图1，我们可以看到图4中的功率模块300可以取代图1中的IGBT210和FRD220，从而，在使用功率模块300的情况下，降低了成本。功率模块300和IGBT210的成本是等同的，因为功率模块中300的晶粒和IGBT 210中的晶粒规格是一样的，而且采用同样的TO-247典型封装。这样采用功率模块300的升压转换器主体电路，如图4，较之采用IGBT210和FRD220分立方案的升压转换器主体电路(如图1所示)，节省了一个FRD220(前面我们已说明采用图1和图2的分立方案成本是一样的)，从而大大降低了成本，同时又减小了PCB的面积，减少了器件安装上的麻烦。
根据图5所示，功率模块采用TO-247封装，引线框架500上承载了晶粒IGBT510和晶粒FRD520，引线框架500锡焊在铜片530上。铜片530有两个方面的作用，一是散热，二是在安装模块到外部散热器上时候，保护内部的芯片。当然，也可以根据具体情况选用其它金属片，譬如铝之类的导热性能好的金属片。
晶粒IGBT510的栅极G通过引线结合器540丝焊在栅极引线G1上，晶粒IGBT 510的发射极E通过引线结合器550丝焊在发射极引线E2上，晶粒FRD520的阴极B通过引线结合器560丝焊在阴极引线O3上，而晶粒IGBT510的集电极和晶粒FRD520的阳极锡焊在引线框架500上，以此来实现互联，并与集电极引线C4相连接，从而将IGBT的集电极和FRD的阳极接出来。然后，利用密封剂570将引线框架500、晶粒IGBT510、晶粒FRD 520、引线结合器540～560、部分栅极引线、发射极引线、集电极引线、阴极引线密封。
如图7所示，根据本实用新型的4-引线TO-247封装功率模块700，它包括了塑料压制件710和散热铜片720。
本实用新型的创意，还可以有另外一种方式来实现，具体实现方法：
如图6所示，功率模块采用TO-247封装，引线框架600承载了晶粒IGBT610和晶粒FRD620，且分为两部分，分别锡焊在铜片640和630上。铜片630和640有两个作用，一是散热，二是在安装模块到外部散热器上时候，保护内部的芯片。当然，也可以根据具体情况选用其它金属片，譬如铝、合金等等。
晶粒IGBT610的栅极G通过引线结合器670丝焊在栅极引线G1上，晶粒IGBT 610的发射极E通过引线结合器680丝焊在发射极引线E2上。晶粒IGBT610的集电极锡焊在引线框架600上，通过引线结合器660丝焊在集电极引线C4上，通过引线结合器650和FRD620的阳极A相连接(或者通过引线接合器650将FRD的阳极A直接连接至集电极引线C4)，如此即可保证晶粒IGBT 610的集电极和FRD620的阳极A电气相连接。晶粒FRD620的阴极锡焊在引线框架600上，并与阴极引线O3相连接。然后，利用密封剂690将引线框架600、晶粒IGBT610、晶粒FRD620、引线结合器650～680、部分栅极引线、发射极引线、集电极引线、阴极引线密封。
如图8所示，根据本实施例的4-引线TO-247封装功率模块800，它包括了塑料压制件810和散热铜片820和830。
在上述过程中，只要保证晶粒IGBT的集电极、晶粒FRD的阳极以及集电极引线三者电气连接即可，而不局限于晶粒FRD的哪个极性与引线框架相贴合。
本实用新型决不仅局限于在上述介绍中所陈述的或附图所显示的方法中的具体细节，本实用新型能够具有其它的实施例，也能够以其它的方式实施或实现。此外，还必须认识到，这里所使用的措辞、术语仅是为了叙述的目的，决不要认为仅限于此。

Claims (9)

1.一种功率模块，包括：
至少一个引线框架，其上分别承载有晶粒IGBT和晶粒FRD；
所述晶粒IGBT的栅极通过引线结合器电气连接至栅极引线，发射极通过引线结合器电气连接至发射极引线；
所述晶粒FRD的阴极与阴极引线电气相连，所述晶粒FRD的阳极、所述晶粒IGBT的集电极以及集电极引线电气连接；
一种密封剂，用于将所述引线框架、晶粒IGBT、晶粒FRD、引线结合器、栅引线、发射极引线、阴极引线、集电极引线密封。
2.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包含至少一金属片，用于承载所述引线框架。
3.如权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述引线框架焊在相应的所述金属片上。
4.如权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述金属片为铜片，或铝片，或其他导热性能好的金属片。
5.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述晶粒FRD的阴极覆于引线框架上并通过引线框架，与所述阴极引线电气相连；或者所述晶粒FRD的阳极覆于引线框架上，所述晶粒FRD的阴极通过引线结合器，与所述阴极引线电气相连。
6.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述晶粒FRD的阳极与所述晶粒IGBT的集电极通过引线结合器电气相连后，再电气连接至所述集电极引线。
7.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述晶粒FRD的阳极与所述晶粒IGBT的集电极分别通过引线结合器电气连接至所述集电极引线。
8.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述引线框架还包括一集电极引线端，所述晶粒FRD阳极和所述晶粒IGBT的集电极覆于所述引线框架上，并以此实现连接，所述晶粒FRD的阴极通过引线结合器连接至阴极引线。
9.如权利要求1、2、5、6、7、8中任意一项所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块是4-引线TO-247封装。
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