CN218827132U - 一种增强型功率模块及功率模组 - Google Patents

Abstract

一种增强型功率模块，包括：绝缘基板、第一桥臂图案化线路层、第二桥臂图案化线路层、第一桥臂功率芯片、第二桥臂功率芯片、第一功率电极、第二功率电极、输出电极、第一桥臂控制电极、第二桥臂控制电极、第一桥臂导电桥、第二桥臂导电桥；第一桥臂功率芯片设置于第一桥臂图案化线路层上，第二桥臂功率芯片设置于第二桥臂图案化线路层上，第一桥臂导电桥架设于第一桥臂功率芯片上方，第二桥臂导电桥架设于第二桥臂功率芯片上方；第一桥臂功率芯片分别与第一功率电极、输出电极、第一桥臂控制电极电连接；第二桥臂功率芯片分别与第二功率电极、第二桥臂控制电极和输出电极电连接。与现有技术相比，进一步加大模块功率密度，轻薄可靠。

Description

一种增强型功率模块及功率模组

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，具体涉及一种增强型功率模块及功率模组。

背景技术

功率模块是功率电子电力器件如金属氧化物半导体（功率MOS管）、绝缘栅型场效应晶体管（IGBT），快恢复二极管（FRD）按一定的功能组合封装成的电力开关模块，其主要用于电动汽车，风力发电，工业变频等各种场合下的功率转换。

电动汽车的电机驱动电路通常包括三组分别具有上下桥臂的功率模块，图1为现有的一种功率模块的电路示意图，其示出的是一组具有上下桥臂的功率模块的电路示意图，其包括：作为上桥臂的绝缘栅型场效应晶体管Z1，以及与其反向并联的快恢复二极管D1，作为下桥臂的绝缘栅型场效应晶体管Z2，以及与其反向并联的快恢复二极管D2，其中绝缘栅型场效应晶体管Z1的集电极连接功率模块的正极p+，其发射极连接缘栅型场效应晶体管Z2的集电极，缘栅型场效应晶体管Z2的发射极连接功率模块的负极p-，绝缘栅型场效应晶体管Z1的发射极和Z2的集电极共同连接功率模块的输出端子。在实际应用中，通常使用三组该功率模块来为电机提供三相交流电；在此仅以一组功率模块的电路示意图来说明其工作原理：当绝缘栅型场效应晶体管Z1接通时，电流依次经功率模块的正极p+、绝缘栅型场效应晶体管Z1的集电极、发射极、功率模块输出端子OUTPUT输出至电机；当绝缘栅型场效应晶体管Z1关断时，由于电机为感性负载，为保证电流流向不变，续流电流需经其它组的功率模块经该功率模块的负极p-、二极管D2、功率模块输出端子OUTPUT输出至电机。

在某些较小功率的应用下，功率模块中的电子器件也可以采用功率MOS管，图2是另一种功率MOS管模块的电路示意图，其包括：作为上桥臂的功率MOS管M1、作为下桥臂的功率MOS管M2、其中功率MOS管M1的漏极连接功率模块的正极p+，功率MOS管M1的源极连接功率MOS管M2的漏极，功率MOS管M2的源极连接功率模块的负极p-，功率MOS管M1的源极和功率MOS管M2的漏极共同连接接功率模块的输出端子，其工作原理与采用绝缘栅型场效应晶体管的模块类似，其两者之间的区别主要在于功率MOS管内置反向二极管，因此不需要并联反向二极管。另外，逆导型IGBT与功率MOS有相同的结构和功能，由于内置二极管，不需反向并联二极管，模块设计及结构与功率MOS相似，在此不再赘述。

功率模块通常包含至少一个半桥结构，该半桥结构由两个桥臂以及用以为功率模块传导电流的第一功率电极、第二功率电极、输出电极组合而成，第一功率电极、第二功率电极以及输出电极与功率模块内相应的导电层连接，以实现半桥电路功能；在实际应用中，布局布线是功率模块的首要问题，降低寄生电感和优化直流通道一直以来都是功率电子器件应用中需要克服的主要难题，尤其是在高频和大功率的应用场合。模块内部的寄生电感会造成关断过程中的过电压，寄生参数会造成功率模块开关过程中的波形震荡，从而增加了电磁干扰和开关损耗，直流通道太窄会造成大的直流损耗。

发明内容

本实用新型为解决现有技术中存在的问题，一种增强型功率模块，包括：绝缘基板、第一桥臂图案化线路层、第二桥臂图案化线路层、第一桥臂功率芯片、第二桥臂功率芯片、第一功率电极、第二功率电极、输出电极、第一桥臂控制电极、第二桥臂控制电极、第一桥臂导电桥、第二桥臂导电桥；其中，绝缘基板设有第一表面，第一桥臂图案化线路层和第二桥臂图案化线路层设置于第一表面上，第一桥臂功率芯片设置于第一桥臂图案化线路层上，第二桥臂功率芯片设置于第二桥臂图案化线路层上，第一桥臂导电桥架设于第一桥臂功率芯片上方，第二桥臂导电桥架设于第二桥臂功率芯片上方；第一桥臂功率芯片通过第一桥臂图案化线路层分别与第一功率电极、输出电极、第一桥臂控制电极电连接，第二桥臂功率芯片通过第二桥臂导电桥与第二功率电极电连接，第二桥臂功率芯片通过第二桥臂图案化线路层与第二桥臂控制电极电连接，第二桥臂功率芯片依次通过第二桥臂图案化线路层、第一桥臂导电桥与输出电极电连接。

进一步地，所述第一桥臂导电桥包括第一桥臂导电桥主体以及自第一桥臂导电桥主体向外延伸的第一连接端、第二连接端、第三连接端，第一连接端与第一桥臂功率芯片连接，第二连接端与第二桥臂图案化线路层连接，第三连接端与输出电极电连接。

进一步地，所述第二桥臂导电桥包括第二桥臂导电桥主体以及自第二桥臂导电桥主体向外延伸的第四连接端、第五连接端，第四连接端与第二桥臂功率芯片连接，第五连接端与第二功率电极电连接。

进一步地，所述第一桥臂图案化线路层上设置有多个第一桥臂功率芯片，多个第一桥臂功率芯片之间设置有第一绝缘岛，第一绝缘岛内设置有第一控制导电层，多个第一桥臂功率芯片分别与第一控制导电层电连接；第一桥臂控制电极设置于第一控制导电层上，第一桥臂导电桥设有第一通孔，第一桥臂控制电极穿过第一通孔向外延伸。

进一步地，所述第二桥臂图案化线路层上设置有多个第二桥臂功率芯片，多个第二桥臂功率芯片之间设置有第二绝缘岛，第二绝缘岛内设置有第二控制导电层，多个第二桥臂功率芯片分别与第二控制导电层电连接；第二桥臂控制电极设置于第二控制导电层上，第二桥臂导电桥设有第二通孔，第二桥臂控制电极穿过第一通孔向外延伸。

进一步地，第一功率电极包括第一功率电极主体、第一功率电极第一连接部、第一功率电极第二连接部；第二功率电极包括第二功率电极主体、第二功率电极第一连接部、第二功率电极第二连接部；第一功率电极第一连接部与第一桥臂图案化线路层连接，第二功率电极第一连接部与第二桥臂图案化线路层连接，第一功率电极主体和第二功率电极主体均为片状且叠层隔开设置，第一功率电极主体第二连接部自第一功率电极主体向外延伸，第二功率电极主体第二连接部自第二功率电极主体向外延伸，第一功率电极主体第二连接部和第二功率电极主体第二连接部相互错开设置。

进一步地，所述绝缘基板包括与第一表面相对的第二表面，第二表面上设有第一散热导电层。

本发明还提供一种功率模组，包括上述任一技术方案及其改进所述的功率模块、底板，底版包括相对设置的第三表面和第四表面，所述功率模块的数量为多个，且均设置于第三表面上，每个功率模块的第一散热导电层与底板固定连接，第四表面设有多个散热柱。

本实用新型提供的绝缘基板、第一桥臂图案化线路层、第二桥臂图案化线路层、第一桥臂功率芯片、第二桥臂功率芯片、第一功率电极、第二功率电极、输出电极、第一桥臂控制电极、第二桥臂控制电极、第一桥臂导电桥、第二桥臂导电桥；其中，绝缘基板设有第一表面，第一桥臂图案化线路层和第二桥臂图案化线路层设置于第一表面上，第一桥臂功率芯片设置于第一桥臂图案化线路层上，第二桥臂功率芯片设置于第二桥臂图案化线路层上，第一桥臂导电桥架设于第一桥臂功率芯片上方，第二桥臂导电桥架设于第二桥臂功率芯片上方；第一桥臂功率芯片通过第一桥臂图案化线路层分别与第一功率电极、输出电极、第一桥臂控制电极电连接，第二桥臂功率芯片通过第二桥臂导电桥与第二功率电极电连接，第二桥臂功率芯片通过第二桥臂图案化线路层与第二桥臂控制电极电连接，第二桥臂功率芯片依次通过第二桥臂图案化线路层、第一桥臂导电桥与输出电极电连接。与现有技术相比，进一步加大模块功率密度，轻薄可靠，降低加工成本，降低生产工艺难度轻薄可靠，加工成本低。

附图说明

图1是现有的一种功率模块的电路示意图；

图2是现有的另一种功率模块的电路示意图；

图3是本实用新型提供的一种增强型功率模块的展开结构图；

图4是本实用新型提供的一种增强型功率模块绝缘基板第一表面布局图；

图5是本实用新型提供的一种增强型功率模块的侧视图；

图6是本实用新型提供的一种功率模组的立体结构图；

图7是本实用新型提供的一种功率模组的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图3至图7所示,本实用新型为解决现有技术中存在的问题，提供一种增强型功率模块，包括：绝缘基板100、第一桥臂图案化线路层101、第二桥臂图案化线路层102、第一桥臂功率芯片103、第二桥臂功率芯片104、第一功率电极105、第二功率电极106、输出电极107、第一桥臂控制电极108、第二桥臂控制电极109、第一桥臂导电桥110、第二桥臂导电桥120；其中，绝缘基板设有第一表面，第一桥臂图案化线路层101和第二桥臂图案化线路层102设置于第一表面上，第一桥臂功率芯片103设置于第一桥臂图案化线路层101上，第二桥臂功率芯片104设置于第二桥臂图案化线路层102上，第一桥臂导电桥110架设于第一桥臂功率芯片103上方，第二桥臂导电桥120架设于第二桥臂功率芯片104上方；第一桥臂功率芯片103通过第一桥臂图案化线路层101分别与第一功率电极105、输出电极107、第一桥臂控制电极108电连接，第二桥臂功率芯片104通过第二桥臂导电桥120与第二功率电极106电连接，第二桥臂功率芯片104通过第二桥臂图案化线路层102与第二桥臂控制电极109电连接，第二桥臂功率芯片104依次通过第二桥臂图案化线路层102、第一桥臂导电桥110与输出电极107电连接。第一桥臂功率芯片103和第二桥臂功率芯片104可以为IGBT和续流二极管的组合，也可以为自带续流二极管的功率MOSFET。

具体地，如图5所示，在某些实际应用中，所述第一桥臂导电桥110包括第一桥臂导电桥主体111以及自第一桥臂导电桥主体111向外延伸的第一连接端112、第二连接端113、第三连接端114，第一连接端112与第一桥臂功率芯片103连接，第二连接端113与第二桥臂图案化线路层102连接，第三连接端114与输出电极107电连接。

具体地，如图5和图7所示，在某些实际应用中，所述第二桥臂导电桥120包括第二桥臂导电桥主体121以及自第二桥臂导电桥主体121向外延伸的第四连接端122、第五连接端123，第四连接端122与第二桥臂功率芯片104连接，第五连接端123与第二功率电极106电连接。

具体地，图4和图6所示，在某些实际应用中，所述第一桥臂图案化线路层上设置有多个第一桥臂功率芯片103，多个第一桥臂功率芯片103之间设置有第一绝缘岛1011，第一绝缘岛1011内设置有第一控制导电层1012，多个第一桥臂功率芯片103分别与第一控制导电层1012电连接；第一桥臂控制电极108设置于第一控制导电层上，第一桥臂导电桥110设有第一通孔1101，第一桥臂控制电极108穿过第一通孔1101向外延伸。

具体地，图4和图6所示，在某些实际应用中，所述第二桥臂图案化线路层上设置有多个第二桥臂功率芯片104，多个第二桥臂功率芯片104之间设置有第二绝缘岛1021，第二绝缘岛1021内设置有第二控制导电层1022，多个第二桥臂功率芯片104分别与第二控制导电层1022电连接；第二桥臂控制电极109设置于第二控制导电层1022上，第二桥臂导电桥120设有第二通孔1201，第二桥臂控制电极109穿过第二通孔1201向外延伸。

具体地，图3和图6所示，在某些实际应用中，第一功率电极105包括第一功率电极主体1051、第一功率电极第一连接部1052、第一功率电极第二连接部1053；第二功率电极包括第二功率电极主体1061、第二功率电极第一连接部1062、第二功率电极第二连接部1063；第一功率电极第一连接部1052与第一桥臂图案化线路层101连接，第二功率电极第一连接部1062与第二桥臂图案化线路层102连接，第一功率电极主体1051和第二功率电极主体1061均为片状且叠层隔开设置，第一功率电极主体第二连接部1053自第一功率电极主体1051向外延伸，第二功率电极主体第二连接部1063自第二功率电极主体1061向外延伸，第一功率电极主体第二连接部1053和第二功率电极主体第二连接部1063相互错开设置。

具体地，图5和图6所示，在某些实际应用中，所述第二桥臂图案化线路层上设置有多个第二桥臂功率芯片104，多个第二桥臂功率芯片104之间设置有第二绝缘岛1021，第二绝缘岛1021内设置有第二控制导电层1022，多个第二桥臂功率芯片104分别与第二控制导电层1022电连接；第二桥臂控制电极109设置于第二控制导电层1022上，第二桥臂导电桥设有第二通孔1201，第二桥臂控制电极109穿过第二通孔向外延伸。

具体地，图5所示，在某些实际应用中，所述绝缘基板100包括与第一表面相对的第二表面，第二表面上设有第一散热导电层130。

本发明还提供一种功率模组，包括上述任一技术方案及其改进所述的功率模块、底板140，底版包括相对设置的第三表面和第四表面，所述功率模块的数量为多个，且均设置于第三表面上，每个功率模块的第一散热导电层130与底板固定连接，第四表面设有多个散热柱141。散热柱141的形状可以根据实际的需要进行选定，可以为立方体、圆柱体或者其他特定形状。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种增强型功率模块，其特征在于，包括：绝缘基板、第一桥臂图案化线路层、第二桥臂图案化线路层、第一桥臂功率芯片、第二桥臂功率芯片、第一功率电极、第二功率电极、输出电极、第一桥臂控制电极、第二桥臂控制电极、第一桥臂导电桥、第二桥臂导电桥；其中，绝缘基板设有第一表面，第一桥臂图案化线路层和第二桥臂图案化线路层设置于第一表面上，第一桥臂功率芯片设置于第一桥臂图案化线路层上，第二桥臂功率芯片设置于第二桥臂图案化线路层上，第一桥臂导电桥架设于第一桥臂功率芯片上方，第二桥臂导电桥架设于第二桥臂功率芯片上方；第一桥臂功率芯片通过第一桥臂图案化线路层分别与第一功率电极、输出电极、第一桥臂控制电极电连接，第二桥臂功率芯片通过第二桥臂导电桥与第二功率电极电连接，第二桥臂功率芯片通过第二桥臂图案化线路层与第二桥臂控制电极电连接，第二桥臂功率芯片依次通过第二桥臂图案化线路层、第一桥臂导电桥与输出电极电连接。

2.根据权利要求1所述的一种增强型功率模块，其特征在于，所述第一桥臂导电桥包括第一桥臂导电桥主体以及自第一桥臂导电桥主体向外延伸的第一连接端、第二连接端、第三连接端，第一连接端与第一桥臂功率芯片连接，第二连接端与第二桥臂图案化线路层连接，第三连接端与输出电极电连接。

3.根据权利要求1所述的一种增强型功率模块，其特征在于，所述第二桥臂导电桥包括第二桥臂导电桥主体以及自第二桥臂导电桥主体向外延伸的第四连接端、第五连接端，第四连接端与第二桥臂功率芯片连接，第五连接端与第二功率电极电连接。

4.根据权利要求1所述的一种增强型功率模块，其特征在于，所述第一桥臂图案化线路层上设置有多个第一桥臂功率芯片，多个第一桥臂功率芯片之间设置有第一绝缘岛，第一绝缘岛内设置有第一控制导电层，多个第一桥臂功率芯片分别与第一控制导电层电连接；第一桥臂控制电极设置于第一控制导电层上，第一桥臂导电桥设有第一通孔，第一桥臂控制电极穿过第一通孔向外延伸。

5.根据权利要求1所述的一种增强型功率模块，其特征在于，所述第二桥臂图案化线路层上设置有多个第二桥臂功率芯片，多个第二桥臂功率芯片之间设置有第二绝缘岛，第二绝缘岛内设置有第二控制导电层，多个第二桥臂功率芯片分别与第二控制导电层电连接；第二桥臂控制电极设置于第二控制导电层上，第二桥臂导电桥设有第二通孔，第二桥臂控制电极穿过第一通孔向外延伸。

6.根据权利要求1所述的一种增强型功率模块，其特征在于，第一功率电极包括第一功率电极主体、第一功率电极第一连接部、第一功率电极第二连接部；第二功率电极包括第二功率电极主体、第二功率电极第一连接部、第二功率电极第二连接部；第一功率电极第一连接部与第一桥臂图案化线路层连接，第二功率电极第一连接部与第二桥臂图案化线路层连接，第一功率电极主体和第二功率电极主体均为片状且叠层隔开设置，第一功率电极主体第二连接部自第一功率电极主体向外延伸，第二功率电极主体第二连接部自第二功率电极主体向外延伸，第一功率电极主体第二连接部和第二功率电极主体第二连接部相互错开设置。

7.根据权利要求1所述的一种增强型功率模块，其特征在于，所述绝缘基板包括与第一表面相对的第二表面，第二表面上设有第一散热导电层。

8.一种功率模组，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的功率模块、底板，底板包括相对设置的第三表面和第四表面，所述功率模块的数量为多个，且均设置于第三表面上，每个功率模块的第一散热导电层与底板固定连接，第四表面设有多个散热柱。

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