一种功率模块芯片电极连接结构制造技术

本发明专利技术公开了一种功率模块芯片电极连接结构，包括衬底，所述衬底上的芯片电极区设有用来实现芯片电极连接的端子排组件，所述衬底的芯片电极区通过芯片弹性连接组件完成芯片电极与端子排组件之间的弹性连接。本发明专利技术具有可降低芯片串并联过程中的杂散电感、降低组装成本、提高功率模块可靠性等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到功率模块的设计领域，特指一种功率模块芯片电极连接结构。
技术介绍
随着功率模块技术的发展，功率模块朝着高功率密度、低损耗、高可靠性的方向飞速发展。芯片作为功率开关器件，是功率模块的核心部件，通常需要通过并联或者串联以实现功率模块电压电流要求。同时，芯片电极作为开关器件功率端子输出源，需要实现功率电流传输。传统的功率模块芯片串、并联通常采用绑定线焊接和柔性连接这两种方式的方式来实现。绑定线焊接方式是目前IGBT功率模块芯片电极普遍采用的接触方式，其可实现芯片之间串、并联电流导通。但由于焊接疲劳存在，其绑定线在长期运行中可能会导致脱落，对功率模块的可靠性存在不利影响。同时，对于高开关频率模块，绑定线存在较高电感值，从而IGBT芯片与二极管之间存在较高的杂散电感，易导致过高的开关损耗及电流振荡。由于绑定线一般采用比较细的铝线，其上面存在一定的压降，因而会产生较高的功率损耗，对功率模块可靠性产生不利影响。芯片电极功率电流传输通过芯片也是通过绑定线焊接至衬板，通过母排实现电流传输。柔性连接方式主要是采用柔性箔取代绑定性，与采用绑定线系的系统不同的是，该芯片的上部和底部具有相同的金属化层（如银层），这意味着芯片顶部和底部的高可靠烧结层与电流路径广泛连接。但由于采用银层金属化层，增加了产品成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种可降低芯片串并联过程中的杂散电感、降低组装成本、提高功率模块可靠性的功率模块芯片电极连接结构。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种功率模块芯片电极连接结构，包括衬底，所述衬底上的芯片电极区设有用来实现芯片电极连接的端子排组件，所述衬底的芯片电极区通过芯片弹性连接组件完成芯片电极与端子排组件之间的弹性连接。作为本专利技术的进一步改进：所述芯片弹性连接组件包括弹性接触体紧固框和弹性接触体，所述弹性接触体紧固框与端子排组件进行连接，所述弹性接触体与芯片电极区形成弹性连接配合。作为本专利技术的进一步改进：所述弹性接触体紧固框与端子排组件中的端子排之间通过过盈配合连接。作为本专利技术的进一步改进：所述弹性接触体采用弹性梳状结构。作为本专利技术的进一步改进：所述弹性接触体的压接区为芯片上表面。作为本专利技术的进一步改进：所述衬底包括上管和下管，所述上管包括上管FRD和上管IGBT，所述下管包括下管FRD和下管IGBT。作为本专利技术的进一步改进：所述衬底的压接区包含DC+压接区、DC-区及AC压接区。作为本专利技术的进一步改进：所述端子排组件包括端子排+、端子排交流和端子排-。作为本专利技术的进一步改进：所述三个端子排为一个模块化的整体。便于组装，易实现标准化生产，降低制造成本。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的功率模块芯片电极连接结构，采用免焊接工艺，可有效提高功率模块可靠性，降低芯片串、并联过程中的杂散电感，同时芯片与弹性接触装置采用模块设计思路，可有效降低制造成本。2、本专利技术的功率模块芯片电极连接结构，芯片电极连接端子排采用组件结构，降低组装成本。3、本专利技术的功率模块芯片电极连接结构，芯片电极连接采用弹性接触方式，可保证芯片电极之间的可靠连接，降低杂散电感。附图说明图1是IGBT半桥逆变电路原理图。图2是本专利技术的结构原理示意图。图3是本专利技术中衬板的布局示意图。图4是本专利技术中衬板压接区的布局示意图。图5是本专利技术中芯片弹性连接组件的结构示意图。图6是本专利技术中端子排的结构原理示意图。图7是本专利技术中弹性接触体紧固框的结构原理示意图。图8是本专利技术中弹性接触体的结构原理示意图。图例说明：101、上管FRD；102、上管IGBT；103、下管FRD；104、下管IGBT；105、DC+压接区；106、DC-区；107、AC压接区；108、上管；109、下管；201、衬底；202、端子排+；203、端子排交流；204、端子排-；301、弹性接触体紧固框；302、弹性接触体。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。在具体应用中，单相全桥逆变电路、三相桥式逆变电路均可看成若干个半桥逆变电路组合，而整流电路可以看成逆变电路的逆过程。如图1所示，对半桥逆变电路的原理进行分析：半桥逆变电路有两个桥臂，即上管108（上桥臂）和下管109（下桥臂），每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二极管组成。当V1或V2为通态时，负载电流和电压同向，直流侧向负载提供能量；而当VD1或VD2为通态时，负载电流和电压反向，负载电感中储存的能量相直流侧反馈，即负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧。基于以上原理，如图2所示，本专利技术的功率模块芯片电极连接结构，包括衬底201，衬底201上的芯片电极区设有用来实现芯片电极连接的端子排组件，衬底201的芯片电极区通过芯片弹性连接组件，采用弹性接触的方式实现芯片电极与端子排组件之间的弹性连接。如图3所示，衬底201包括上管108和下管109，其中上管108包括上管FRD101和上管IGBT102，下管109包括下管FRD103和下管IGBT104。FRD为快恢复二极管，IGBT为绝缘栅双极型晶体管。参见图4，衬底201的压接区包含DC+压接区105、DC-区106及AC压接区107。如图2和图6所示，端子排组件包括端子排+202、端子排交流203和端子排-204，其中三个端子排可做成一个模块化的整体，便于组装，易实现标准化生产，降低制造成本。如图5所示，芯片弹性连接组件包括弹性接触体紧固框301和弹性接触体302。参见图8，弹性接触体302采用弹性梳状结构，可实现端子排之间适当的弹性，即使芯片电极与端子排之间存在一定弹性接触，提供芯片之间串、并联通道，保证可靠的导流能力，还能够有效降低芯片串并联过程中的杂散电感。参见图7，弹性接触体紧固框301与端子排之间通过过盈配合保证弹性接触体302与端子排之间的紧密接触。弹性接触体302的压接区为芯片上表面，即IGBT-E极与FRD-A极。以上仅是本专利技术的优选实施方式，本专利技术的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本专利技术思路下的技术方案均属于本专利技术的保护范围。应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理前提下的若干改进和润饰，应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块芯片电极连接结构，其特征在于，包括衬底（201），所述衬底（201）上的芯片电极区设有用来实现芯片电极连接的端子排组件，所述衬底（201）的芯片电极区通过芯片弹性连接组件完成芯片电极与端子排组件之间的弹性连接。

【技术特征摘要】
1.一种功率模块芯片电极连接结构，其特征在于，包括衬底（201），所述衬底（201）上的芯片电极区设有用来实现芯片电极连接的端子排组件，所述衬底（201）的芯片电极区通过芯片弹性连接组件完成芯片电极与端子排组件之间的弹性连接。
2.根据权利要求1所述的功率模块芯片电极连接结构，其特征在于，所述芯片弹性连接组件包括弹性接触体紧固框（301）和弹性接触体（302），所述弹性接触体紧固框（301）与端子排组件进行连接，所述弹性接触体（302）与芯片电极区形成弹性连接配合。
3.根据权利要求2所述的功率模块芯片电极连接结构，其特征在于，所述弹性接触体紧固框（301）与端子排组件中的端子排之间通过过盈配合连接。
4.根据权利要求2所述的功率模块芯片电极连接结构，其特征在于，所述弹性接触体（302）采用弹性梳状结构。
5.根据权利要求2所述的功率模块芯片电极连接结构，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋云富，常桂钦，刘国友，窦泽春，彭勇殿，陈燕平，黄南，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43