專利名稱：較低雜散電感的功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功率電子學(xué)領(lǐng)域，涉及一種功率模塊，具體地說是一 種有較低雜散電感的功率模塊。
背景技術(shù)：
功率模塊包括絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊、二極管模塊， MOSFET模塊，智能功率(IPM)模塊等?，F(xiàn)有的這些功率模塊中由 于功率端子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，造成在模塊內(nèi)部有較高的寄生電感，使 得模塊關(guān)斷的時(shí)候承受較大的電壓應(yīng)力。
現(xiàn)以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊為例說明因較高寄生電 感存在，導(dǎo)致關(guān)斷的時(shí)候是如何承受較大的電壓應(yīng)力的。絕緣柵雙極 型晶體管(IGBT)模塊是一種新型電力電子器件，兼有MOSFET的 輸入特性和BJT的輸出特性，它在關(guān)斷的時(shí)候承受較大的電壓應(yīng)力現(xiàn) 以圖6說明。如圖6所示，在絕緣柵雙極型晶體管模塊的內(nèi)部以絕緣 基板(DBC)、鍵合鋁線以及功率端子組成的電路中存在著寄生電感和 電阻，該寄生電感包括與正極母線連結(jié)處模塊內(nèi)部的寄生電感Ll、 與負(fù)極母線連結(jié)處模塊內(nèi)部的寄生電感L2、模塊輸出部分的內(nèi)部寄 生電感L3 。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管模塊關(guān)斷時(shí)在寄生電感上會(huì)產(chǎn)生 一個(gè)瞬間電壓VL，該電壓疊加在總線電壓上，這樣在IGBT的C-E 間實(shí)際電壓為VDD+Vu瞬間電壓V^正比于寄生電感的大小和電流的 變化率diCE/dt，隨著器件的工作頻率越來越高，瞬間diCE/dt越來越大。
而現(xiàn)有的絕緣柵雙極型晶體管模塊的耐壓主要是由絕緣柵雙極
3型晶體管芯片決定的，但芯片只有一定的耐壓。所以在要求VDD+Vl 小于器件耐壓的條件下， 一條可行的改善途徑是盡量減小模塊內(nèi)的總
寄生電感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)出 一種有較低雜散電感的功率模塊。 本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有功率模塊存在的寄生電感過大的問題 本發(fā)明的技術(shù)實(shí)施方案是包括芯片、絕緣基板、散熱板和功率 端子，絕緣基板位于散熱板上，芯片焊接到絕緣基板上，模塊內(nèi)至少 設(shè)有兩個(gè)功率端子分別連結(jié)到直流母線的正極和負(fù)極上，而該二個(gè)連 結(jié)到直流母線上的功率端子采用層疊母線結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明相比現(xiàn)有的功率模塊的優(yōu)點(diǎn)是寄生電感小、關(guān)斷時(shí)承受 的電壓應(yīng)力小。


圖1是本發(fā)明IGBT模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明IGBT模塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是功率端子寄生電感的等效電路圖。
圖4是本發(fā)明IGBT模塊與層疊母線的連接示意圖。
圖5是層疊母線的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是寄生電感引起電壓過沖的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本實(shí)施例的功率模塊為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊。如
圖1到圖5所示，該功率模塊包括絕緣柵雙極型晶體管芯片2、 二極 管芯片8、絕緣基板(DBC) 12、散熱板IO、鍵合鋁線9、功率端子 4和功率端子5、支架13、信號(hào)端子1和外殼7。絕緣基板12位于散 熱板10上，絕緣柵雙極型晶體管芯片2和二極管芯片8回流焊接到 絕緣基板12上。
功率模塊15內(nèi)設(shè)有功率端子4和功率端子5，它們分別連結(jié)到 母線的正極(P) 3和母線的負(fù)極(N) 6上，而該二個(gè)連結(jié)到母線上 的功率端子4和功率端子5采用層疊母線結(jié)構(gòu)。
連結(jié)到母線上的功率端子4和功率端子5的層疊母線結(jié)構(gòu)包括功 率端子4、功率端子5和絕緣層11，絕緣層11位于功率端子4和功 率端子5之間，且緊貼于功率端子4和功率端子5上。功率端子4和 功率端子5之間間距在滿足絕緣的條件下，盡可能接近。功率端子4 和功率端子5之間的絕緣層用硅膠或H型聚酰亞胺薄膜(KaptonHN)。 如用H型聚酰亞胺薄膜，當(dāng)模塊絕緣要求為1200V時(shí)，H型聚酰亞 胺薄膜的厚度只要25 u m即可滿足。
上述層疊母線結(jié)構(gòu)的功率端子4和功率端子5，由于分別與母線 的正極(P) 3和負(fù)極(N) 6相連，所以流經(jīng)它們的電流方向剛好相 反，它們所產(chǎn)生的磁場(chǎng)剛好互相抵消。本發(fā)明模塊15外部連接的直 流母線14采用直流母線排結(jié)構(gòu)。該母線排結(jié)構(gòu)包括正極板16、負(fù)極 板18和絕緣板17組成，正極板16和負(fù)極板18由銅板制成，中間用 絕緣板17隔開，三者用絕緣夾墊固定，組成一個(gè)整體。母線排的上 下導(dǎo)電板，即正極板16、負(fù)極板18的形狀、面積相近。當(dāng)上下導(dǎo)電 板的形狀、面積相近，且流過反方向的電流時(shí)，二者所產(chǎn)生的磁場(chǎng)將 互相抵消，理論上該母線極板的電感為零。所以母線14電感對(duì)瞬態(tài) 關(guān)斷絕緣柵雙極型晶體管模塊電壓過沖的影響極小。在同一絕緣柵雙極型晶體管模塊15內(nèi)以絕緣柵雙極型晶體管芯
片2和二極管芯片8構(gòu)成的組數(shù)在模塊內(nèi)部至少為一組。在同一絕緣 柵雙極型晶體管模塊15內(nèi)部的絕緣柵雙極型晶體管芯片2和二極管 芯片8構(gòu)成的組數(shù)大于1組時(shí)，各組芯片之間通過鍵合鋁線9鍵合實(shí) 現(xiàn)電氣連接，再通過層疊母線結(jié)構(gòu)的功率端子4和功率端子5引到模 塊的外部。
本發(fā)明能減少模塊內(nèi)總寄生電感的原理為 本發(fā)明中在絕緣柵雙極型晶體管的C-E間總寄生電感可以
表示為
￡= i>十丄/ +丄/) + 2AfA eg ^
Lt為與母線負(fù)極相連的功率端子的自感
Lb為與母線正極相連的功率端子的自感
Mtb為兩功率端子的互感
Li為模塊內(nèi)部其它部分的電感 當(dāng)功率端子4和功率端子5中流過的電流方向相反，則互感為負(fù)值， 那么總的寄生電感將小于兩導(dǎo)體自感之和，當(dāng)功率端子4和功率端子 5的距離減小到極小的時(shí)候，總的寄生電感可以減小到極小。
本發(fā)明的功率模塊除了上述絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊 外，還包括二極管模塊，MOSFET模塊，智能功率(IPM)模塊等模 塊。
權(quán)利要求
1、一種較低雜散電感的功率模塊，包括芯片、絕緣基板、散熱板和功率端子，絕緣基板位于散熱板上，芯片焊接到絕緣基板上，其特征是功率模塊內(nèi)至少設(shè)有兩個(gè)功率端子且分別連結(jié)到直流母線的正極和負(fù)極上，而該二個(gè)連結(jié)到直流母線上的功率端子采用層疊母線結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的較低雜散電感的功率模塊，其特征是模 塊內(nèi)功率端子的層疊母線結(jié)構(gòu)包括二個(gè)功率端子和緊貼于功率端子 之間的絕緣層，二個(gè)功率端子之間的間距在滿足絕緣的條件下，盡可 能接近。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的較低雜散電感的功率模塊，其特征是功 率端子之間的絕緣層采用硅膠或H型聚酰亞胺薄膜。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的較低雜散電感的功率模塊，其特征是在 同一功率模塊內(nèi)部芯片的組數(shù)大于1組時(shí)，各組芯片之間通過鍵合實(shí) 現(xiàn)電氣連接，再通過層疊母線結(jié)構(gòu)的功率端子引到模塊的外部。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的較低雜散電感的功率模塊，其特征是 所述的芯片包括雙極型晶體管芯片、二極管芯片。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的較低雜散電感的功率模塊，其特征該 模塊內(nèi)由絕緣柵雙極型晶體管芯片和二極管芯片構(gòu)成的組數(shù)至少為 一組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種較低雜散電感的功率模塊，包括芯片、絕緣基板、散熱板和功率端子，絕緣基板位于散熱板上，芯片焊接到絕緣基板上，模塊內(nèi)至少設(shè)有兩個(gè)功率端子分別連結(jié)到直流母線的正極和負(fù)極上，而該二個(gè)連結(jié)到直流母線上的功率端子采用層疊母線結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有寄生電感小、關(guān)斷的時(shí)承受的電壓應(yīng)力小的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L25/00GK101582413SQ20091009741
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者劉志宏, 翔 朱, 馮 李, 華 沈 申請(qǐng)人:嘉興斯達(dá)微電子有限公司