CN220627805U - 一种dpim功率半导体全桥模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种DPIM功率半导体全桥模块，该模块包括环形的DBC板（1）、电源引脚（2）、控制引脚（3）、负极引脚（4）、输出引脚（5）和功率半导体（6），所述DBC板（1）上环形分布有与上桥数量相等并间隔的第一功率区（11），与下桥数量相等并间隔的第二功率区（12），以及引脚区；功率半导体（6）装配于所述第一功率区（11）和所述第二功率区（12），所述电源引脚（2）、所述控制引脚（3）、所述负极引脚（4）和所述输出引脚（5）分别装配于所述引脚区上，与功率半导体（6）构建成全桥模块。本模块各个电流回路区的电流电感在此形成涡流，彼此之间能够相互抵消减弱并有效地降低杂散电感。

Description

一种DPIM功率半导体全桥模块

技术领域

本实用新型属于半导体领域，尤其是涉及一种DPIM功率半导体全桥模块。

背景技术

功率半导体模块一般是由两个或两个以上的功率芯片按一定电气连接在覆铜陶瓷基板(DCB)上，用弹性硅凝胶等保护材料密封在一个绝缘外壳内或采用塑料封装，实现半导体分立器件功能的模块。其主要应用于高压大电流场合，如智能电网、高铁/动车组等，这就导致了功率半导体全桥模块在工作中会参数大量的热，并且，由于芯片之间电流电感的相互影响，加之现有的功率半导体模块大多数为矩形封装，这就进一步导致封装在功率半导体模块中的功率芯片之间距离较近，彼此之间相互影响，进而产生了较大的杂散电感。

实用新型内容

基于此，为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种DPIM功率半导体模块，该模块杂散电感低，且具有较好地散热能力。

为此，本实用新型提供的DPIM功率半导体全桥模块，包括环形的DBC板、电源引脚、控制引脚、负极引脚、输出引脚和功率半导体，所述DBC板上环形分布有与上桥数量相等并间隔的第一功率区，与下桥数量相等并间隔的第二功率区，以及引脚区；功率半导体装配于所述第一功率区和所述第二功率区，所述电源引脚、所述控制引脚、所述负极引脚和所述输出引脚分别装配于所述引脚区上，与功率半导体构建成全桥模块。

在一些实施方式中，所述引脚区包括：

第一引脚区，用于所述电源引脚装配，形成于所述第一功率区上；

第二引脚区，用于所述控制引脚装配；

第三引脚区，用于所述负极引脚装配；

第四引脚区，用于所述输出引脚装配，形成于所述第二功率区上。

在一些实施方式中，所述第二引脚区数量为所述第一功率区和所述第二功率区的数量之和，分别形成于所述第一功率区、所述第二功率区边缘和所述DBC板外周之间，与所述第一功率区、所述第二功率区一一对应。

在一些实施方式中，所述第三引脚区数量与所述第二功率区数量相等，分别形成于所述第二功率区边缘和所述DBC板外周之间，与所述第二功率区一一对应。

在一些实施方式中，所述第四引脚区形成于所述DBC板圆心外周。

在一些实施方式中，所述第一功率区和所述第二功率区交替间隔形成于所述DBC板上。

在一些实施方式中，还包括用于塑封的封胶体。

在一些实施方式中，还包括环形外壳，所述DBC板位于所述环形外壳内，所述电源引脚、所述控制引脚、所述负极引脚和所述输出引脚的顶端沿竖直方向延伸出所述环形外壳。

在一些实施方式中，所述第一功率区和所述第二功率区交替间隔，所述第一功率区指向所述DBC板圆周的一端沿所述DBC圆周方向延伸形成用于所述电源引脚装配并与所述电源引脚电性连接的第一引脚区；

所述第二功率区指向所述DBC板圆心的一端沿所述DBC板圆心方向延伸形成用于所述输出引脚装配并与所述输出引脚电性连接的第四引脚区；

所述第三引脚区数量与所述第二功率区数量相等，分别形成于所述第二功率区边缘和所述DBC板外周之间，与所述第二功率区一一对应；

所述功率半导体分别装配于所述第一功率区和所述第二功率区上，装配于所述第一功率区上的功率半导体的漏极与所述第一功率区电性连接，源极通过键合线与所述第二功率区电性连接，门极经键合线与所述第二引脚区电性连接；

装配于所述第二功率区上的功率半导体的漏极与所述第二功率区电性连接，门极和源极分别通过键合与所述第二引脚区、所述第三引脚区电性连接。

在一些实施方式中，所述功率半导体为IGBT芯片和FRD芯片，通过焊料以真空回流焊焊接在功率区上。

本实用新型的有益效果：本模块各个电流回路区的电流电感在此形成涡流，彼此之间能够相互抵消减弱并有效地降低杂散电感；功率半导体在工作中产生大量的热量，在相同尺寸的DBC基上，环形的DBC板芯片布局更分散，相较于传统矩形的功率模块集中布置功率芯片而言使芯片发热面分散，显著地提升了模块的散热能力，可以被适用于大功率的需求。

附图说明

图1-2为本实用新型提供的全桥模块的结构示意图；

图3为本实用新型实施全桥模块电气分布图；

图4为本实用新型描述的全桥电气电路原理拓扑图；

图中带箭头的虚线是电流流向的指示。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案,因此只作为一部分示例而非全部,并不能以此来限制本实用新型的保护范围。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

需要注意的是,除非另有说明,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述：

本实用新型提供的DPIM功率半导体全桥模块包括环形的DBC板1、电源引脚2、控制引脚3、负极引脚4、输出引脚5和功率半导体6，DBC板1上分布有第一功率区11，第二功率区12，以及引脚区；功率半导体6装配于第一功率区11和第二功率区12，电源引脚2、控制引脚3、负极引脚4和输出引脚5分别装配于引脚区上，功率半导体6与引脚之间通过键合引线、导线、铝线、铝带等具有导电性的零件实现电性连接，构建成如图4所示的全桥电路。

DBC板1为圆形或环状结构，包括第一覆铜层、陶瓷层、第二覆铜层，第一覆铜层、陶瓷层、第二覆铜层采用DBC或AME陶瓷衬底工艺制成DBC板1，第一功率区11、第二功率区12和引脚区形成于第二覆铜层上。

结合图1、2，本全桥模块DBC板1上形成与上桥数量相等并间隔的第一功率区11，与下桥数量相等并间隔的第二功率区12，用于控制引脚3装配并与控制引脚3电性连接的第二引脚区61，以及用于负极引脚4装配并与负极引脚4电性连接的第三引脚区62。

第一功率区11和第二功率区12交替间隔，第一功率区11指向DBC板1圆周的一端沿DBC1圆周方向延伸形成用于电源引脚2装配并与电源引脚2电性连接的第一引脚区。

第二功率区12指向DBC板1圆心的一端沿DBC板1圆心方向延伸形成用于输出引脚5装配并与输出引脚5电性连接的第四引脚区；第二引脚区61数量为第一功率区11和第二功率区12的数量之和，分别形成于第一功率区11、第二功率区12边缘和DBC板1周之间，与第一功率区11、第二功率区12一一对应；第三引脚区62数量与所述第二功率区12数量相等，分别形成于第二功率区12边缘和DBC板1外周之间，与第二功率区12一一对应。

功率半导体6分别装配于第一功率区11和第二功率区12上，装配于第一功率区11上的功率半导体6的漏极与第一功率区11电性连接，源极通过键合线与第二功率区12电性连接，门极经键合线与第二引脚区61电性连接；

装配于第二功率区12上的功率半导体6的漏极与第二功率区12电性连接，门极和源极分别通过键合与第二引脚区61、第三引脚区62电性连接。

本模块电流在第一功率区进入后，再从第二功率区流出，经过环形DBC板中心时，各个电流回路区的电流电感在此形成涡流，彼此之间能够相互抵消减弱；并且，圆形基板的设置能让各个电流回路区，第一功率区和第二功率区的功率芯片的之间能够形成涡流效应并有效的降低杂散电感。

输出引脚5可以被配置为三个、六个或其它数量，其用于负载连接，在电源引脚2和控制引脚3上分别接入有效信号（能够使功率芯片工作的信号），功率半导体6工作，实现全桥驱动功能驱动连接于输出引脚5上的负载。如本模块被用于驱动电机时，输出引脚5可以被定义为V相、U相和W相，分别接电机；控制引脚3上根据需要接入控制信号，使图4中VT1-VT6导通、截止，实现电极正反转的驱动控制。

功率半导体6通过粘接或焊接方式装配于第一、二、三功率区，焊接方式下采用锡膏或者纳米银焊膏焊接；功率芯片7可以被配置为IGBT芯片或者IGBT芯片和FRD芯片，FRD芯片为IGBT芯片的续流二极管，提供IGBT芯片的保护。

本模块中，第一功率区、第二功率区将DBC板等面积划分，各引脚区对应分布，有利于布局。

当然，本领域技术人员应当理解是的，各引脚不相对设置也是可以的。

本领域技术人员还应当理解的是，本模块中第一引脚区和第四引脚区，也可以是分别独立于第一功率区、第二功率区，如图1、3所示第二引脚区、第三引脚区的分隔结构。

本模块通过封胶体7封装，或通过环形外壳封装，或通过封胶体7和环形外壳进行封装，以保证模块的稳定性；封胶体7封装时，封胶体7的厚度以能够完全封装功率半导体6和各功能引脚根部即可；功能引脚可以是插针型，包括底座和引脚本体，封胶体7的厚度将引脚的底座完全覆盖即可；功能引脚还可以是瓦片式结构，封胶体7的厚度不超过引脚的高度即可。各功能引脚的高度可以相等，也可以不等；相等时，封胶体7的厚度为引脚高度的1/3。

环形外壳封装时，DBC板1置于环形外壳内，功能引脚延伸出环形外壳。封胶体7和环形外壳封装时，先用封胶体7将功率半导体6和各功能引脚根部封装，再将模块置于环形外壳内，各功能引脚延伸出环形外壳。

本公开中，封胶体7为封装树脂或者硅凝胶。

本模块结构简单，效果显著，如图3虚线示出的电流流向，由于全桥模式下的功率半导体布局在圆形或者环形的DBC板上较为分散，彼此之间产生的电流电感影响较低，能够很好的进一步降低功率模块的杂散电感；同时电气结构层布局使电极端子对称设计，方便PCB板布板走线；并且，由于功率芯片在工作中还会产生大量的热量，在相同此村的DBC基上，圆形的DBC板芯片布局更分散，相较于传统矩形的功率模块集中布置功率芯片而言使芯片发热面分散，能够显著增强散热能力，可满足大功率的需求。

最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制。尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种DPIM功率半导体全桥模块，其特征在于，该模块包括环形的DBC板（1）、电源引脚（2）、控制引脚（3）、负极引脚（4）、输出引脚（5）和功率半导体（6），所述DBC板（1）上环形分布有与上桥数量相等并间隔的第一功率区（11），与下桥数量相等并间隔的第二功率区（12），以及引脚区；功率半导体（6）装配于所述第一功率区（11）和所述第二功率区（12），所述电源引脚（2）、所述控制引脚（3）、所述负极引脚（4）和所述输出引脚（5）分别装配于所述引脚区上，与功率半导体（6）构建成全桥模块。

2.根据权利要求1所述的DPIM功率半导体全桥模块，其特征在于，所述引脚区包括：

第一引脚区，用于所述电源引脚（2）装配，形成于所述第一功率区（11）上；

第二引脚区（61），用于所述控制引脚（3）装配；

第三引脚区（62），用于所述负极引脚（4）装配；

第四引脚区，用于所述输出引脚（5）装配，形成于所述第二功率区（12）上。

3.根据权利要求2所述的DPIM功率半导体全桥模块，其特征在于，所述第二引脚区（61）数量为所述第一功率区（11）和所述第二功率区（12）的数量之和，分别形成于所述第一功率区（11）、所述第二功率区（12）边缘和所述DBC板（1）外周之间，与所述第一功率区（11）、所述第二功率区（12）一一对应。

4.根据权利要求2所述的DPIM功率半导体全桥模块，其特征在于，所述第三引脚区（62）数量与所述第二功率区（12）数量相等，分别形成于所述第二功率区（12）边缘和所述DBC板（1）外周之间，与所述第二功率区（12）一一对应。

5.根据权利要求2所述的DPIM功率半导体全桥模块，其特征在于，所述第四引脚区形成于所述DBC板（1）圆心外周。

6.根据权利要求1所述的DPIM功率半导体全桥模块，其特征在于，所述第一功率区（11）和所述第二功率区（12）交替间隔形成于所述DBC板（1）上。

7.根据权利要求1所述的DPIM功率半导体全桥模块，其特征在于，还包括用于塑封的封胶体（7）。

8.根据权利要求1所述的DPIM功率半导体全桥模块，其特征在于，还包括环形外壳，所述DBC板（1）位于所述环形外壳内，所述电源引脚（2）、所述控制引脚（3）、所述负极引脚（4）和所述输出引脚（5）的顶端沿竖直方向延伸出所述环形外壳。

9.根据权利要求3所述的DPIM功率半导体全桥模块，其特征在于，所述第一功率区（11）和所述第二功率区（12）交替间隔，所述第一功率区（11）指向所述DBC板（1）圆周的一端沿所述DBC（1）圆周方向延伸形成用于所述电源引脚（2）装配并与所述电源引脚（2）电性连接的第一引脚区；

所述第二功率区（12）指向所述DBC板（1）圆心的一端沿所述DBC板（1）圆心方向延伸形成用于所述输出引脚（5）装配并与所述输出引脚（5）电性连接的第四引脚区；

所述第三引脚区（62）数量与所述第二功率区（12）数量相等，分别形成于所述第二功率区（12）边缘和所述DBC板（1）外周之间，与所述第二功率区（12）一一对应；

所述功率半导体（6）分别装配于所述第一功率区（11）和所述第二功率区（12）上，装配于所述第一功率区（11）上的功率半导体（6）的漏极与所述第一功率区（11）电性连接，源极通过键合线与所述第二功率区（12）电性连接，门极经键合线与所述第二引脚区（61）电性连接；

装配于所述第二功率区（12）上的功率半导体（6）的漏极与所述第二功率区（12）电性连接，门极和源极分别通过键合与所述第二引脚区（61）、所述第三引脚区（62）电性连接。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的DPIM功率半导体全桥模块，其特征在于，所述功率半导体（6）为IGBT芯片和FRD芯片，通过焊料以真空回流焊焊接在功率区上。