CN220896670U - 一种dpim功率开关模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种DPIM功率开关模块，涉及功率半导体技术领域，解决了现有的IGBT导通和关断瞬间电压过高，导通时和关断时电压不均衡，导致器件损坏的技术问题。该模块包括DBC陶瓷基板、芯片模块、输出模块和输入模块；所述芯片模块、输出模块和输入模块均设置在所述DBC陶瓷基板上，所述输出模块分别与所述芯片模块和输入模块连接；所述输出模块包括输出端子和阻尼二极管芯片，所述输入模块包括输入端子，所述阻尼二极管芯片分别与所述输出端子和所述输入端子连接。本实用新型在输出模块上设置有阻尼二极管芯片，当出现过电压时，并联的阻尼二极管芯片会过滤尖峰电压，能有效的克服关断电压不平衡，能较好的实现动态导通时电压的均衡。

Description

一种DPIM功率开关模块

技术领域

本实用新型涉及功率半导体技术领域，尤其涉及一种DPIM功率开关模块。

背景技术

随着IGBT技术的成熟和发展，IGBT的耐压和通流能力不断加强，IGBT作为大功率全控型器件在电力系统中的应用越来越广。虽然IGBT的容量在不断提高，但是在较大应用场合，IGBT的容量还是有限。因而需要多个IGBT的串联和并联来承受更大的电压和电流。

串联IGBT的电压均衡分为动态电压均衡和静态电压均衡。当串联IGBT器件稳定工作时的电压不均衡称为静态不均衡。IGBT器件串联工作时，在其切换状态的瞬间，由于器件自身参数差异，串联回路杂散电感不同，栅极驱动信号延时等原因，会出现串联连接的IGBT器件两端的电压不均衡，称为动态电压不均衡。动态电压不均衡分为导通时引起的电压不均衡以及关断时引起的电压不均衡。

在串联IGBT的动态电压不均衡中，由于IGBT导通和关断瞬间电压变化率dv/dt很快，关断电压不均衡容易出现部分IGBT承受过高的电压尖峰而使器件损坏。

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

IGBT导通和关断瞬间电压过高，导通时和关断时电压不均衡，导致器件损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种DPIM功率开关模块，以解决现有技术中存在的IGBT导通和关断瞬间电压过高，导通时和关断时电压不均衡，导致器件损坏的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种DPIM功率开关模块，包括DBC陶瓷基板、芯片模块、输出模块和输入模块；

所述芯片模块、输出模块和输入模块均设置在所述DBC陶瓷基板上，所述输出模块分别与所述芯片模块和输入模块连接；

所述输出模块包括输出端子和阻尼二极管芯片，所述输入模块包括输入端子，所述阻尼二极管芯片分别与所述输出端子和所述输入端子连接。

优选的，所述输出模块还包括输出铜层，所述输出铜层刻蚀在所述DBC陶瓷基板的第一覆铜层上；

所述输出端子与所述阻尼二极管芯片均设置在所述输出铜层上；

所述输出端子设置在所述输出铜层的侧边。

优选的，所述输入模块还包括输入铜层，所述输入铜层刻蚀在所述DBC陶瓷基板的第一覆铜层上；所述输入铜层设置在所述输出铜层的一侧；

所述输入端子设置在所述输入铜层上；

所述输入铜层通过键合线与所述阻尼二极管芯片连接。

优选的，所述芯片模块包括第一功率芯片、第二功率芯片和门极端子；所述第一功率芯片、第二功率芯片通过键合线与所述输出铜层连接；所述门极端子与所述第一功率芯片连接。

优选的，所述芯片模块还包括芯片模块铜层，所述芯片模块铜层刻蚀在所述DBC陶瓷基板的第一覆铜层上；所述芯片模块铜层设置在所述输出铜层的另一侧；

所述芯片模块还包括参考端子，所述第一功率芯片、第二功率芯片和参考端子均设置在所述芯片模块铜层上；

所述第一功率芯片和第二功率芯片在所述芯片模块铜层上间隔设置；所述参考端子设置在所述芯片模块铜层的侧边。

优选的，所芯片模块还包括门极端子铜层，所述门极端子铜层刻蚀在所述DBC陶瓷基板的第一覆铜层上；

所述门极端子设置在所述门极端子铜层上；

所述门极端子铜层通过键合线与所述第一功率芯片的门极连接。

优选的，所述输出端子、输入端子、参考端子和门极端子为S形或Z形的贴片或流片。

优选的，所述DBC陶瓷基板包括第一覆铜层、陶瓷绝缘层和第二覆铜层，所述陶瓷绝缘层设置在所述第一覆铜层和所述第二覆铜层之间。

优选的，所述第一覆铜层、陶瓷绝缘层和第二覆铜层之间通过DBC、AMB或平面陶瓷衬底工艺热压、无机胶焊接、焊接或低温烧结进行连接。

优选的，还包括封装胶体，所述封装胶体包裹所述第二覆铜层、芯片模块、输出模块和输入模块。

实施本实用新型上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

本实用新型在输出模块上设置有阻尼二极管芯片，当出现过电压时，并联的阻尼二极管芯片会过滤尖峰电压，能有效的克服关断电压不平衡，能较好的实现动态导通时电压的均衡。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，附图中：

图1是本实用新型实施例的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例的俯视图；

图3是本实用新型实施例的电路图。

图中：1、DBC陶瓷基板；11、第一覆铜层；12、陶瓷绝缘层；2、芯片模块；21、第一功率芯片；22、第二功率芯片；23、门极端子；24、参考端子；25、芯片模块铜层；26、门极端子铜层；3、输出模块；31、输出端子；32、阻尼二极管芯片；33、输出铜层；4、输入模块；41、输入端子；42、输入铜层；5、键合线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本实用新型可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本实用新型的范围和实质。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的是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元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“多个”的含义是两个或两个以上。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、通信连接、直接相连、通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

实施例：

如图1-2所示，本实用新型提供了一种DPIM功率开关模块，包括DBC陶瓷基板1、芯片模块2、输出模块3和输入模块4；芯片模块2、输出模块3和输入模块4均设置在DBC陶瓷基板1上，输出模块3分别与芯片模块2和输入模块4连接；输出模块3包括输出端子31和阻尼二极管芯片32，输入模块4包括输入端子41，阻尼二极管芯片32分别与输出端子31和输入端子41连接。

如图1所示，芯片模块2、输出模块3和输入模块4均设置在DBC陶瓷基板1上，输出模块3分别与芯片模块2和输入模块4连接。芯片模块2、输入端子41及输出端子31均与阻尼二极管芯片32连接。

如图3所示，输入端子41与正极连接(图中的Out+端)，输出端子31与负极连接(图中的Out-端)，阻尼二极管芯片32与芯片模块2并联连接。

当电流导通时，电流流经芯片模块2和输出模块3，并从输出端子31流出；当断流时，包括突然停电和正常停止工作，输出端子31会激起高反压，输出端子31激起的高反电压会高于输入端子41的电压，容易损坏正常的控制电路以及电源，此时阻尼二极管芯片32将会起到电压钳位的作用，保护芯片模块2中的芯片不被击穿，从而起到保护作用。当出现过电压时，并联的阻尼二极管芯片32会过滤尖峰电压，能有效的克服关断电压不平衡，能较好的实现动态导通时电压的均衡。

具体来说，如图3所示，当IGBT关断时，即Gate＝0时，输出端子31的电压介于输入端子41的电压和芯片模块2中的端子的电压之间，相较于传统的结构，本实施例中添加了阻尼二极管芯片32。当IGBT关断时，即断流时，输出端子31激起的高反电压此时高于输入端子41的电压，容易将器件整体击穿，但由于并联了一个阻尼二极管芯片32，形成回路，此时的电路整体电压即输出端子31的电压不会高于参考端子24的电压，起到钳位作用，给了电路的一个电压下限。

当IGBT导通时，即GATE＝1，此时，输出端子31的电压等于参考电压，模块正常工作，阻尼二极管芯片32不导通。

例如：假设输入端子41(OUT+)的电压为1000V，参考端子24(REFER)的电压为1200V，即当Gate关断时，输出端子31的电压范围是1000V～1200V(传统的没有电压下限，没有钳位作用)；当Gate导通时，输出端子31的电压为：1200V。

作为可选的实施方式，如图1-2所示，输出模块3还包括输出铜层33，输出铜层33刻蚀在DBC陶瓷基板1的第一覆铜层11上；输出端子31与阻尼二极管芯片32均设置在输出铜层33上；输出端子31设置在输出铜层33的侧边。

具体的，如图1-2所示，输出端子31和阻尼二极管芯片32均设置在输出铜层33上。输出端子31和阻尼二极管芯片32在输出铜层33上间隔设置，阻尼二极管芯片32设置在输出铜层33中部，输出端子31设置在输出铜层33的侧边，输出端子31和阻尼二极管芯片32在输出铜层33上电气连接。输出铜层33的设置便于输出端子31和阻尼二极管芯片32的安装，保证焊接质量。

作为可选的实施方式，如图1-2所示，输入模块4还包括输入铜层42，输入铜层42刻蚀在DBC陶瓷基板1的第一覆铜层11上；输入铜层42设置在输出铜层33的一侧；输入端子41设置在输入铜层42上；输入铜层42通过键合线5与阻尼二极管芯片32连接。

输入端子41设置在输出铜层33上，输入铜层42设置在输出铜层33的一侧。输入端子41设置在输入铜层42上后，使用键合线5将输入铜层42和阻尼二极管芯片32相连，从而实现连接。当IGBT关断时，即断流时，输出端子31激起的高反电压会高于输入端子41的电压，容易将器件整体击穿，但由于并联了一个阻尼二极管芯片32，与其形成回路，此时的电路整体电压即输出端子31的电压不会高于参考端子24的电压，输入模块4和阻尼二极管芯片32就会起到钳位作用，保证芯片模块2中的芯片不会被击穿。

作为可选的实施方式，如图1-2所示，芯片模块2包括第一功率芯片21、第二功率芯片22和门极端子23；第一功率芯片21、第二功率芯片22通过键合线5与输出铜层33连接；门极端子23与第一功率芯片21连接。

芯片模块2还包括芯片模块铜层25，芯片模块铜层25刻蚀在DBC陶瓷基板1的第一覆铜层11上；芯片模块铜层25设置在输出铜层33的另一侧；芯片模块2还包括参考端子24，第一功率芯片21、第二功率芯片22和参考端子24均设置在芯片模块铜层25上；第一功率芯片21和第二功率芯片22在芯片模块铜层25上间隔设置；参考端子24设置在芯片模块铜层25的侧边。如图3所示，参考端子24与电源正极连接(图中的Refer端)。

如图1-2所示，第一功率芯片21、第二功率芯片22和参考端子24均设置在芯片模块铜层25上。芯片模块铜层25上设置有用于放置第一功率芯片21和第二功率芯片22的区域，第一功率芯片21和第二功率芯片22能够对应放置在相应的区域内，从而形成间隔设置。参考端子24设置在芯片模块铜层25的侧边，第一功率芯片21和第二功率芯片22通过键合线5与阻尼二极管芯片32连接，参考端子24通过芯片模块铜层25与第一功率芯片21和第二功率芯片22进行电气连接。

在本实施例中，第一功率芯片21为IGBT芯片，第二功率芯片22为FRD续流二极管。

作为可选的实施方式，如图1-2所示，所芯片模块2还包括门极端子铜层26，门极端子铜层26刻蚀在DBC陶瓷基板1的第一覆铜层11上；门极端子23设置在门极端子铜层26上；门极端子铜层26通过键合线5与第一功率芯片21的门极连接。

具体的，门极端子23设置在门极端子铜层26上。门极端子铜层26可设置在芯片模块铜层25的下方，也可设置在输出铜层33的下方。由于门极端子23需要与第一芯片模块2中的门极进行连接，因此，门极端子铜层26的位置只要便于与第一芯片模块2中的门极连接即可。

作为可选的实施方式，输出端子31、输入端子41、参考端子24和门极端子23为S形或Z形的贴片或流片。此外，输出端子31、输入端子41、参考端子24和门极端子23除了能够使用S形或Z形的贴片或流片之外，还可使用插针型端子。

具体的，S形或Z形的贴片或流片采用铜、铝、铜合金、铝合金、电镀金、镍、锡、银等可焊接金属材料制成。

需要说明的是，第一功率芯片21、第二功率芯片22、参考端子24、门极端子23、阻尼二极管芯片32、输出端子31和输入端子41均通过锡膏或纳米银锡膏粘接或真空回流焊接在对应的铜层上。

作为可选的实施方式，如图1所示，DBC陶瓷基板1包括第一覆铜层11、陶瓷绝缘层12和第二覆铜层(图中未示出)，陶瓷绝缘层12设置在第一覆铜层11和第二覆铜层之间。第一覆铜层11、陶瓷绝缘层12和第二覆铜层之间通过DBC、AMB或其他平面陶瓷衬底工艺热压、无机胶焊接、焊接或低温烧结进行连接。

如图1-2所示，第一覆铜层11上刻蚀有芯片模块铜层25、门极端子铜层26、输出铜层33和输入铜层42，芯片模块铜层25、门极端子铜层26、输出铜层33和输入铜层42均为在第一覆铜层11上所刻蚀的铜层，且芯片模块2、输入模块4和输出模块3均对应设置在相应的铜层上。因此，芯片模块2和过滤输出模块3能够在第一覆铜层11上设置，并且能够在第一覆铜层11上进行连接。

在第一覆铜层11上刻蚀芯片模块铜层25、门极端子铜层26、输出铜层33和输入铜层42，用于放置第一功率芯片21、第二功率芯片22、门极端子23、输出端子31和输入端子41，能够便于各个端子和功率芯片的焊接，避免在焊接工程中产生误差，提高焊接的稳定性和可靠性。

作为可选的实施方式，DPIM功率开关模块还包括封装胶体，封装胶体包裹第二覆铜层、芯片模块2和过滤输出模块3。具体的，封装胶体能够将第二覆铜层、芯片模块2、输出模块3和输入模块4进行包裹，将其封装，但是在封装完成后，芯片模块2中的参考端子24、输出模块3中的输出端子31和输入模块4中的输入端子41的一部分会裸露在外部，便于与外部电路连接。

需要说明的是，若输出端子31、输入端子41、参考端子24和门极端子23采用S形贴片或流片，则封装胶体的高度不超过S形输出端子31、输入端子41、参考端子24和门极端子23的1/2；若端子采用插针型，则封装胶体的高度不超过插针型输出端子31、输入端子41、参考端子24和门极端子23的1/3。

封装胶体的材料优选为封装树脂或硅凝胶。

此外，还需要说明的是，本实施例中的DPIM功率开关模块也可以采用塑料外壳进行封装，但通过封装胶体封装已经能使得模块保持稳定，出于成本考虑，可以不使用塑料外壳进行封装，但也可以视需要采用塑料外壳进行封装。

实施例仅是一个特例，并不表明本实用新型就这样一种实现方式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种DPIM功率开关模块，其特征在于，包括DBC陶瓷基板(1)、芯片模块(2)、输出模块(3)和输入模块(4)；

所述芯片模块(2)、输出模块(3)和输入模块(4)均设置在所述DBC陶瓷基板(1)上，所述输出模块(3)分别与所述芯片模块(2)和输入模块(4)连接；

所述输出模块(3)包括输出端子(31)和阻尼二极管芯片(32)，所述输入模块(4)包括输入端子(41)，所述阻尼二极管芯片(32)分别与所述输出端子(31)和所述输入端子(41)连接。

2.根据权利要求1所述的一种DPIM功率开关模块，其特征在于，所述输出模块(3)还包括输出铜层(33)，所述输出铜层(33)刻蚀在所述DBC陶瓷基板(1)的第一覆铜层(11)上；

所述输出端子(31)与所述阻尼二极管芯片(32)均设置在所述输出铜层(33)上；

所述输出端子(31)设置在所述输出铜层(33)的侧边。

3.根据权利要求2所述的一种DPIM功率开关模块，其特征在于，所述输入模块(4)还包括输入铜层(42)，所述输入铜层(42)刻蚀在所述DBC陶瓷基板(1)的第一覆铜层(11)上；所述输入铜层(42)设置在所述输出铜层(33)的一侧；

所述输入端子(41)设置在所述输入铜层(42)上；

所述输入铜层(42)通过键合线(5)与所述阻尼二极管芯片(32)连接。

4.根据权利要求2所述的一种DPIM功率开关模块，其特征在于，所述芯片模块(2)包括第一功率芯片(21)、第二功率芯片(22)和门极端子(23)；

所述第一功率芯片(21)、第二功率芯片(22)通过键合线(5)与所述输出铜层(33)连接；所述门极端子(23)与所述第一功率芯片(21)连接。

5.根据权利要求4所述的一种DPIM功率开关模块，其特征在于，所述芯片模块(2)还包括芯片模块铜层(25)，所述芯片模块铜层(25)刻蚀在所述DBC陶瓷基板(1)的第一覆铜层(11)上；所述芯片模块铜层(25)设置在所述输出铜层(33)的另一侧；

所述芯片模块(2)还包括参考端子(24)，所述第一功率芯片(21)、第二功率芯片(22)和参考端子(24)均设置在所述芯片模块铜层(25)上；

所述第一功率芯片(21)和第二功率芯片(22)在所述芯片模块铜层(25)上间隔设置；所述参考端子(24)设置在所述芯片模块铜层(25)的侧边。

6.根据权利要求5所述的一种DPIM功率开关模块，其特征在于，所芯片模块(2)还包括门极端子铜层(26)，所述门极端子铜层(26)刻蚀在所述DBC陶瓷基板(1)的第一覆铜层(11)上；

所述门极端子(23)设置在所述门极端子铜层(26)上；

所述门极端子铜层(26)通过键合线(5)与所述第一功率芯片(21)的门极连接。

7.根据权利要求6所述的一种DPIM功率开关模块，其特征在于，所述输出端子(31)、输入端子(41)、参考端子(24)和门极端子(23)为S形或Z形的贴片或流片。

8.根据权利要求1所述的一种DPIM功率开关模块，其特征在于，所述DBC陶瓷基板(1)包括第一覆铜层(11)、陶瓷绝缘层(12)和第二覆铜层，所述陶瓷绝缘层(12)设置在所述第一覆铜层(11)和所述第二覆铜层之间。

9.根据权利要求8所述的一种DPIM功率开关模块，其特征在于，所述第一覆铜层(11)、陶瓷绝缘层(12)和第二覆铜层之间通过DBC、AMB或平面陶瓷衬底工艺热压、无机胶焊接、焊接或低温烧结进行连接。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的一种DPIM功率开关模块，其特征在于，还包括封装胶体，所述封装胶体包裹所述芯片模块(2)、输出模块(3)输入模块(4)。