CN214313198U - 一种功率组件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种功率组件，包括：控制电路元件，控制电路元件包括控制电路有源元件和控制电路无源元件；功率模块，功率模块包括：基板，基板的一侧表面上设有功率器件和控制端子；第一电路板，第一电路板位于基板上且与基板间隔，至少部分控制电路无源元件位于第一电路板表面；位于基板和第一电路板之间的导电连接件，导电连接件的一端与功率器件的栅极电学连接，导电连接件的另一端与控制电路无源元件电学连接；位于功率模块侧部的第二电路板，控制电路有源元件位于第二电路板表面，控制电路有源元件与控制端子的第一端电学连接，控制端子的第二端与第一电路板电学连接。功率组件开关损耗小，工作效率高，且降低了控制电路元件的耐温要求。

Description

一种功率组件
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种功率组件。
背景技术
功率半导体模块是大功率电子电力器件按一定的功能组合的组合体。功率半导体模块可根据封装的元器件的不同实现不同功能。功率半导体模块包括功率半导体器件，功率半导体器件以功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率mosfet，常简写为功率mos)、绝缘栅双极晶体管(igbt)以及功率集成电路(power ic，常简写为pic)为主。这些器件或集成电路能在很高的频率下工作，而电路在高频工作时能更节能、节材，能大幅减少设备体积和重量。尤其是集成度很高的单片片上功率系统(power system on a chip，简写psoc)，它能把传感器件与电路、信号处理电路、接口电路、功率器件和电路等集成在一个硅芯片上，使其具有按照负载要求精密调节输出和按照过热、过压、过流等情况自我进行保护的智能功能。
然而，现有功率半导体模块的有效功率回路长，寄生参数大，开关损耗大，工作效率低。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中功率半导体模块的有效功率回路长，寄生参数大，开关损耗大，工作效率低的问题。
本实用新型提供一种功率组件，包括：控制电路元件,所述控制电路元件包括控制电路有源元件和控制电路无源元件；功率模块，所述功率模块包括：基板，所述基板的一侧表面上设有功率器件和控制端子，所述控制端子具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述基板接触；第一电路板，所述第一电路板位于所述基板上且与所述基板间隔，至少部分所述控制电路无源元件位于所述第一电路板表面；位于所述基板和所述第一电路板之间的导电连接件，所述导电连接件的一端与所述功率器件的栅极电学连接，所述导电连接件的另一端与所述第一电路板表面的控制电路无源元件电学连接；位于所述功率模块侧部的第二电路板，所述控制电路有源元件位于所述第二电路板表面，所述控制电路有源元件与所述第一端电学连接，所述第二端与所述第一电路板电学连接。
可选的，所述基板包括陶瓷基板；所述第一电路板和第二电路板均为PCB电路板。
可选的，所述导电连接件包括导电顶针。
可选的，所述控制电路无源元件包括电阻和电容中的一种或者多种。
可选的，所述第一电路板的面积小于所述基板的面积。
可选的，所述第一电路板的面积占据所述基板的面积的5％～80％。
可选的，所述第一电路板在所述基板表面上的投影区位于所述基板的边缘区域；所述投影区位于所述功率器件的侧部且与所述功率器件间隔。
可选的，所述第一电路板至所述基板的距离为1㎜～20㎜。
可选的，所述第二电路板上还设置有功率放大器单元、驱动芯片和隔离电路元件；所述控制电路有源元件与所述功率放大器单元电学连接，所述功率放大器单元与所述驱动芯片电学连接，所述驱动芯片与所述隔离电路元件电学连接。
可选的，所述功率模块还包括：壳体，所述壳体包括壁板和顶板，所述壁板围绕所述基板的边缘设置，所述顶板位于所述基板和所述第一电路板的上方；所述第一电路板的部分边缘通过固定件与所述壁板连接。
本实用新型的技术方案具有以下有益效果：
1.本实用新型技术方案提供的功率组件，功率组件包括第一电路板和第二电路板，第一电路板设置在所述功率模块内构成功率模块的一部分，而第二电路板位于功率模块的外部。功率回路的电学走向为：自功率器件的栅极电学连接至导电连接件的一端，经过导电连接件之后至第一电路板表面的控制电路无源元件，之后经过第一电路板至控制端子的第二端，从控制端子的第二端至控制端子的第一端，从控制端子的第一端再到第二电路板上的控制电路有源元件。由于第一电路板和第二电路板单独设置，这样第一电路板上的控制电路无源元件的位置不会受到基板上功率器件的限制，也不会受到第二电路板上控制电路有源元件的限制，这样能容易做到优化第一电路板中电学路径，使得第二电路板上相邻的电路走向反向以抵消寄生参数。其次第一电路板设置在功率模块内部，这样使得控制电路无源元件距离所述功率器件的之间不至于过远。由于功率回路的有效回路变短，有效的降低了寄生参数，因此开关损耗小，工作效率高。其次，由于第二电路板表面的控制电路有源元件位于所述功率模块外部，这样对第二电路板表面的控制电路有源元件的耐温要求降低，而第一电路板表面的控制电路无源元件至基板间隔，这样对第一电路板表面的控制电路无源元件的耐温要求降低，因此降低了控制电路元件的耐温要求。
2.进一步，导电连接件包括导电顶针。控制电路无源元件和基板之间通过导电顶针连接，可以使导电连接件电学连接功率器件和控制电路无源元件的同时，还起到支撑第一电路板的作用，有利于第一电路板的稳定。
3.进一步，所述第一电路板的面积小于所述基板的面积。第一电路板的面积较小，有利于第一电路板安装，避免第一电路板在重力的作用下振动，提高了功率组件的稳定性和可靠性。
4.进一步，所述投影区位于所述功率器件的侧部且与所述功率器件间隔。也就是功率器件的上方没有被第一电路板遮挡，提高了基板表面功率器件的散热空间，进一步提高了功率组件的散热效果。
5.进一步，所述第一电路板的部分边缘通过固定件与所述壁板连接。防止第一电路板发生振动，提高了第一电路板的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一实施例提供的功率组件的俯视结构示意图；
图2为本实用新型一实施例提供的功率组件的侧视结构示意图；
图3为本实用新型一实施例提供的功率组件的立体结构示意图。
具体实施方式
一种双层结构的功率半导体模块，包括陶瓷基板和位于陶瓷基板上与陶瓷基板间隔的PCB板；控制器件设置在PCB板表面，功率器件设置在陶瓷基板表面，既有利于散热又提高了产品的集成度。
然而，上述结构中，一方面，PCB板位于功率半导体模块内部，控制器件设置在PCB板表面，而功率半导体模块对于器件的耐温要求较高，因此对控制器件的整体耐温要求较高；另一方面，PCB板表面的控制器件包括有源元件和无源元件，无源元件位置的选择会受到有源元件的限制，这样无法更好的优化无源元件的位置，导致控制回路的有效回路变长，寄生参数较大，开关损耗大，工作效率低。
在此基础上，本实施例提供一种功率组件，包括：控制电路元件,所述控制电路元件包括控制电路有源元件和控制电路无源元件；功率模块，所述功率模块包括：基板，所述基板的一侧表面上设有功率器件和控制端子，所述控制端子具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述基板接触；第一电路板，所述第一电路板位于所述基板上且与所述基板间隔，至少部分所述控制电路无源元件位于所述第一电路板表面；位于所述基板和所述第一电路板之间的导电连接件，所述导电连接件的一端与所述功率器件的栅极电学连接，所述导电连接件的另一端与所述第一电路板表面的控制电路无源元件电学连接；位于所述功率模块侧部的第二电路板，所述控制电路有源元件位于所述第二电路板表面，所述控制电路有源元件与所述第一端电学连接，所述第二端与所述第一电路板电学连接。所述功率组件开关损耗小，工作效率高，且降低了控制电路元件的耐温要求。
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供一种功率组件，请结合参考图1至图3，包括：
控制电路元件3，所述控制电路元件3包括控制电路有源元件301和控制电路无源元件；
功率模块1，所述功率模块1包括：基板103，所述基板103的一侧表面上设有功率器件1031和控制端子1032，所述控制端子1032具有相对的第一端(图中未标示)和第二端(图中未标示)，所述第二端与所述基板103接触；第一电路板101，所述第一电路板101位于所述基板103上且与所述基板103间隔，至少部分所述控制电路无源元件302位于所述第一电路板101表面；位于所述基板103和所述第一电路板101之间的导电连接件102，所述导电连接件102的一端与所述功率器件1031的栅极电学连接，所述导电连接件102的另一端与所述第一电路板101表面的控制电路无源元件302电学连接；
位于所述功率模块1侧部的第二电路板2，所述控制电路有源元件301位于所述第二电路板2表面，所述控制电路有源元件301与所述第一端电学连接，所述第二端与所述第一电路板101电学连接。
功率器件1031包括IGBT功率器件或者MOSFET功率器件。
所述第一电路板101至所述基板103的距离为1㎜～20㎜，例如，1㎜、5㎜、10㎜、15㎜或者20㎜。
所述基板103包括陶瓷基板。所述第一电路板101和第二电路板2均为PCB电路板。
本实施例中，功率器件1031为主要的发热源。第二电路板2表面的控制电路有源元件301位于所述功率模块1外部，这样对第二电路板2表面的控制电路有源元件301的耐温要求降低，而第一电路板101表面的控制电路无源元件302至基板103间隔，这样对第一电路板101表面的控制电路无源元件302的耐温要求降低，因此降低了控制电路元件3的耐温要求。
所述导电连接件102包括导电顶针，具体地，导电顶针的一端通过引线与功率器件1031的栅极电学连接，导电顶针的另一端与第一电路板101表面的控制电路无源元件302电学连接，第一电路板101表面的控制电路无源元件302与控制端子1032的第二端电学连接，控制端子1032的第一端接触基板103，并且控制端子1032的第一端通过引线与第二电路板2表面上的控制电路有源元件301电学连接。
第一电路板101表面的控制电路无源元件302和基板103之间通过导电顶针连接，可以使导电连接件102电学连接功率器件1031和控制电路无源元件302的同时，还起到支撑第一电路板101的作用，有利于第一电路板101的稳定。
所述控制电路无源元件302包括电阻和电容中的一种或者多种。
在一个实施例中，所述第一电路板101的面积小于所述基板103的面积，具体地，所述第一电路板101的面积占据所述基板103的面积的5％～80％，例如，5％、20％、30％、50％、70％或者80％。
第一电路板101的面积较小，有利于第一电路板101安装，避免第一电路板101在重力的作用下产生振动，提高了功率组件的稳定性和可靠性。
所述第一电路板101在所述基板103表面上的投影区位于所述基板103的边缘区域，具体地，所述投影区位于所述功率器件1031的侧部且与所述功率器件1031间隔。由于功率器件1031的上方没有被第一电路板101遮挡，提高了基板103表面的功率器件1031的散热空间，进一步提高了功率组件的散热效果。
本实施例提供的功率组件，功率组件包括第一电路板101和第二电路板2，第一电路板101设置在所述功率模块1内构成功率模块1的一部分，而第二电路板2位于功率模块1的外部。功率回路的电学走向为：自功率器件1031的栅极电学连接至导电连接件102的一端，经过导电连接件102之后至第一电路板101表面的控制电路无源元件302，之后经过第一电路板101至控制端子1032的第二端，从控制端子1032的第二端至控制端子1032的第一端，从控制端子1032的第一端再到第二电路板2上的控制电路有源元件301。由于第一电路板101和第二电路板2单独设置，这样第一电路板101上的控制电路无源元件302的位置不会受到基板103上功率器件1031的限制，也不会受到第二电路板2上控制电路有源元件301的限制，这样能容易做到优化第一电路板101中电学路径，使得第二电路板2上相邻的电路走向反向以抵消寄生参数。其次第一电路板101设置在功率模块1内部，这样使得控制电路无源元件302距离所述功率器件1031的之间不至于过远。由于功率回路的有效回路变短，有效的降低了寄生参数，因此开关损耗小，工作效率高。
请参考图2，功率组件还包括散热底板5，基板103背向第一电路板101的一侧表面与散热底板5接触。
散热底板5包括铜散热底板、铝散热底板、铝碳化硅散热底板。
散热底板5有利于导走功率器件1031产生的热量。
结合参考图1和图3，功率模块1还包括：壳体4，所述壳体4包括壁板和顶板(图中未示出)，所述壁板围绕所述基板103的边缘设置，所述顶板位于所述基板103和所述第一电路板101的上方；所述第一电路板101的部分边缘通过固定件6与所述壁板连接。
功率模块1还包括：功率端子1033，功率端子1033与功率器件1031电学连接。
本实施例中，功率端子1033的两端之间的部分区域镶嵌在壁板中，控制端子1032的第一端和第二端之间的部分区域镶嵌在壁板中，有利于功率端子1033和控制端子1032的稳定性。
在一个实施方式中，固定件6为螺栓。
所述第一电路板101的部分边缘通过固定件6与所述壁板连接。防止第一电路板101发生振动，提高了第一电路板101的稳定性。
所述第二电路板2上还设置有功率放大器单元、驱动芯片和隔离电路元件；所述控制电路有源元件301与所述功率放大器单元电学连接，所述功率放大器单元与所述驱动芯片电学连接，所述驱动芯片与所述隔离电路元件电学连接。所述隔离电路元件用于高压隔离。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种功率组件，其特征在于，包括：
控制电路元件,所述控制电路元件包括控制电路有源元件和控制电路无源元件；
功率模块，所述功率模块包括：基板，所述基板的一侧表面上设有功率器件和控制端子，所述控制端子具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述基板接触；第一电路板，所述第一电路板位于所述基板上且与所述基板间隔，至少部分所述控制电路无源元件位于所述第一电路板表面；位于所述基板和所述第一电路板之间的导电连接件，所述导电连接件的一端与所述功率器件的栅极电学连接，所述导电连接件的另一端与所述第一电路板表面的控制电路无源元件电学连接；
位于所述功率模块侧部的第二电路板，所述控制电路有源元件位于所述第二电路板表面，所述控制电路有源元件与所述第一端电学连接，所述第二端与所述第一电路板电学连接。
2.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，所述基板包括陶瓷基板；所述第一电路板和第二电路板均为PCB电路板。
3.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，所述导电连接件包括导电顶针。
4.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，所述控制电路无源元件包括电阻和电容中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，所述第一电路板的面积小于所述基板的面积。
6.根据权利要求5所述的功率组件，其特征在于，所述第一电路板的面积占据所述基板的面积的5％～80％。
7.根据权利要求5所述的功率组件，其特征在于，所述第一电路板在所述基板表面上的投影区位于所述基板的边缘区域；所述投影区位于所述功率器件的侧部且与所述功率器件间隔。
8.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，所述第一电路板至所述基板的距离为1㎜～20㎜。
9.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，所述第二电路板上还设置有功率放大器单元、驱动芯片和隔离电路元件；所述控制电路有源元件与所述功率放大器单元电学连接，所述功率放大器单元与所述驱动芯片电学连接，所述驱动芯片与所述隔离电路元件电学连接。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的功率组件，其特征在于，所述功率模块还包括：壳体，所述壳体包括壁板和顶板，所述壁板围绕所述基板的边缘设置，所述顶板位于所述基板和所述第一电路板的上方；
所述第一电路板的部分边缘通过固定件与所述壁板连接。
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