一种低寄生电感双面散热功率模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低寄生电感双面散热功率模块，包括正极功率端子、负极功率端子、输出功率端子、顶部金属绝缘基板以及底部金属绝缘基板，顶部金属绝缘基板与底部金属绝缘基板叠层设置，顶部金属绝缘基板与底部金属绝缘基板在二者相对的面上均烧结有芯片，正极功率端子与底部金属绝缘基板上的芯片电连接，负极功率端子与顶部金属绝缘基板上的芯片电连接；输出功率端子包括焊接部和设有安装孔的连接部，焊接部位于顶部金属绝缘基板上烧结的芯片与底部金属绝缘基板上烧结的芯片之间。本实用新型专利技术大大降低了回路寄生电感，减小了功率模块的体积，节约了成本，减轻了重量，尤其适合SiC功率芯片的封装，充分提高了过流能力，提高了模块的可靠性。

A double side cooling power module with low parasitic inductance

The utility model discloses a low parasitic inductance double-sided cooling power module includes a positive terminal and a negative electrode power power terminals, power output terminals, the top and bottom metal insulating substrate metal insulating substrate, the top and bottom metal insulating substrate metal insulating substrate laminated set top metal insulating substrate and the bottom of the two relatively insulated metal substrates the surfaces are sintered with chip, positive power terminal and bottom metal insulator chip is electrically connected to the substrate, the negative power terminal and a top metal insulating substrate of the chip is electrically connected; the power output terminal comprises a connecting part and the welding part is provided with a mounting hole, the welding department at the top of the metal insulating substrate chip and bottom metal sintering the insulating substrate sintering between chips. The utility model greatly reduces the circuit parasitic inductance, reduces the volume of the power module, saves the cost and lightens the weight, is especially suitable for the encapsulation of the SiC power chip, improves the overcurrent capability and improves the reliability of the module.

【技术实现步骤摘要】
一种低寄生电感双面散热功率模块
本技术涉及电力电子功率模块，尤其是一种低寄生电感双面散热功率模块。
技术介绍
电力电子技术在当今快速发展的工业领域占有非常重要的地位，电力电子功率模块作为电力电子技术的代表，已广泛应用于电动汽车，光伏发电，风力发电，工业变频等行业。随着我国工业的崛起，电力电子功率模块有着更加广阔的市场前景。现有电力电子功率模块封装体积大，重量重，不符合电动汽车、航空航天等领域的高功率密度、轻量化的要求。体积较大的电力电子功率模块，其寄生电感往往也比较大，这会造成过冲电压较大、损耗增加，而且也限制了在高开关频率场合的应用。SiC电力电子器件具有高频、高温、高效的特性，但现有功率模块的寄生电感较大，限制了SiC性能的发挥。另外，随着应用端功率密度的不断升级，现有功率模块的封装结构已经阻碍了功率密度的进一步提升，必须开发出更加有效的散热结构才能满足功率密度日益增长的需求。现有的双面散热功率模块如CN105161477A，由于芯片单层设置，电流的换流回路面积仍然较大，往往寄生电感也比较大，而且芯片单层设置，使得功率模块的体积相对较大，另外功率端子与控制端子只与第一衬板连接，设置不够灵活、衬板面积无法进一步减小，还会由于电流路径较长造成损耗增加。
技术实现思路
技术目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本技术旨在提供一种体积小、重量轻、寄生电感小的双面散热功率模块。技术方案：一种低寄生电感双面散热功率模块，包括正极功率端子、负极功率端子、输出功率端子、顶部金属绝缘基板、底部金属绝缘基板和塑封外壳，所述顶部金属绝缘基板与底部金属绝缘基板叠层设置，顶部金属绝缘基板与底部金属绝缘基板在二者相对的面上均烧结有芯片，正极功率端子与底部金属绝缘基板上的芯片电连接，负极功率端子与顶部金属绝缘基板上的芯片电连接；所述输出功率端子包括焊接部和位于塑封外壳外部的连接部，所述焊接部位于顶部金属绝缘基板上烧结的芯片与底部金属绝缘基板上烧结的芯片之间。进一步的，所述底部金属绝缘基板在面向顶部金属绝缘基板的一面上烧结有上半桥开关芯片和上半桥二极管芯片，顶部金属绝缘基板在面向底部金属绝缘基板的一面上烧结有下半桥开关芯片和下半桥二极管芯片。进一步的，所述正极功率端子烧结在底部金属绝缘基板上，负极功率端子烧结在顶部金属绝缘基板上，焊接部在面向底部金属绝缘基板的一面与上半桥开关芯片和上半桥二极管芯片烧结，在面向顶部金属绝缘基板的一面与下半桥开关芯片和下半桥二极管芯片烧结。进一步的，所述上半桥开关芯片与下半桥二极管芯片叠层设置，下半桥开关芯片与上半桥二极管芯片叠层设置。进一步的，所述底部金属绝缘基板上设有底部金属绝缘基板表面金属层，底部金属绝缘基板表面金属层上烧结有上半桥开关芯片和上半桥二极管芯片，当所述上半桥开关芯片为IGBT时，正极功率端子与上半桥开关芯片的集电极以及上半桥二极管芯片的负极电连接，当所述上半桥开关芯片为MOSFET时，所述正极功率端子与上半桥开关芯片的漏极以及上半桥二极管芯片的负极电连接。进一步的，所述顶部金属绝缘基板上设有顶部金属绝缘基板表面金属层、第一上半桥驱动局部金属层和第二上半桥驱动局部金属层，所述顶部金属绝缘基板表面金属层上烧结有下半桥开关芯片和下半桥二极管芯片，第一上半桥驱动局部金属层和第二上半桥驱动局部金属层分别连有一个上半桥驱动端子，上半桥开关芯片的门极与所述第一上半桥驱动局部金属层电连接，输出功率端子与第二上半桥驱动局部金属层电连接。所述顶部金属绝缘基板上还设有下半桥驱动局部金属层，下半桥驱动局部金属层与所述下半桥开关芯片的门极相连，下半桥驱动局部金属层的另一端连接有一个下半桥驱动端子，所述顶部金属绝缘基板表面金属层也连接有一个下半桥驱动端子。进一步的，所述顶部金属绝缘基板背面金属层与底部金属绝缘基板背面金属层上分别设有第一散热装置和第二散热装置。进一步的，所述输出功率端子的焊接部在与芯片接触的位置为基体，在不与芯片接触的位置为三层结构，中间一层为基体，上下两侧为填充体。进一步的，所述输出功率端子的焊接部与芯片之间填充有应力缓冲层。进一步的，所述塑封外壳为传递模一体化成型工艺制作，顶部金属绝缘基板背面金属层上表面的中间部分以及底部金属绝缘基板背面金属层下表面的中间部分均露出在塑封外壳的外部，并且高出塑封外壳。进一步的，所述低寄生电感双面散热功率模块为三相桥结构，包括三个正极功率端子、三个负极功率端子和三个输出功率端子，拓扑结构为三个半桥。有益效果：本技术的顶部金属绝缘基板与底部金属绝缘基板叠层设置，部分芯片之间存在堆叠关系，输出功率端子也作为层状结构烧结在顶部金属绝缘基板与底部金属绝缘基板之间，可以大大降低回路寄生电感，并且功率模块内部芯片及电极的堆叠设置，减小了功率模块的体积，节约了成本，减轻了重量，尤其适合SiC功率芯片的封装；同时，功率模块的两侧均可设置散热装置，可以减小功率模块的热阻，提高功率模块的散热效率；并且，功率模块内部芯片的功率端全部采用大面积烧结结构，内部互连结构的键合线仅有一条或无键合线，大大降低了键合线失效造成的模块失效，充分提高了过流能力，提高了模块的可靠性。附图说明图1是实施例1整体外观结构图；图2是实施例1主视图及局部放大图；图3是实施例1内部示意图；图4是实施例1内部主视图及局部放大图；图5是实施例1底部金属绝缘基板组件示意图；图6是实施例1顶部金属绝缘基板组件示意图；图7是实施例1爆炸示意图；图8是传统半桥功率模块拓扑结构及换流回路示意图；图9是实施例1半桥功率模块拓扑结构及换流回路示意图；图10是三相桥功率模块散热方案示意图；图11是三相桥功率模块安装爆炸图；图12是三相桥功率模块整体结构示意图；图13是三相桥功率模块拓扑图；图14是实施例2结构示意图；图15是实施例3结构示意图；图16是实施例4内部示意图；图17是实施例4底部金属绝缘基板组件示意图；图18是实施例4顶部金属绝缘基板组件示意图；图19是实施例4爆炸示意图。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本技术方案进行详细说明。实施例1：本技术通过将开关芯片与相对桥臂的续流二极管芯片堆叠设置，使得换流回路路径最短，从而大大减少回路寄生电感；通过在堆叠设置芯片的两侧设置散热通路，达到双面散热的目的，进一步降低功率模块的热阻。如图1所示，一种低寄生电感双面散热功率模块，包括正极功率端子1、负极功率端子2、输出功率端子3、与正极功率端子1相连的底部金属绝缘基板5、与负极功率端子2相连的顶部金属绝缘基板4、上半桥驱动端子10、下半桥驱动端子11以及用于包封的塑封外壳15，本实施例中的正极功率端子1烧结在底部金属绝缘基板5上，负极功率端子2烧结在顶部金属绝缘基板4上，也可以将两个功率端子均烧结在同一基板上，再通过金属连接块或其他连接方式连接到另一基板，实现正极功率端子1与底部金属绝缘基板5上的芯片电连接，负极功率端子2与顶部金属绝缘基板4上的芯片电连接；并且，本实施例中顶部金属绝缘基板4与底部金属绝缘基板5所采用的金属绝缘基板均为DBC，即顶部金属绝缘基板4包括绝缘基板和基板两侧的金属层，面向底部金属绝缘基板5的一面上安装了芯片，未安装芯片的另一面则为顶部金属绝缘基板背面金属层41，同理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低寄生电感双面散热功率模块，包括正极功率端子(1)、负极功率端子(2)、输出功率端子(3)、顶部金属绝缘基板(4)、底部金属绝缘基板(5)和塑封外壳(15)，其特征在于，所述顶部金属绝缘基板(4)与底部金属绝缘基板(5)叠层设置，顶部金属绝缘基板(4)与底部金属绝缘基板(5)在二者相对的面上均烧结有芯片，正极功率端子(1)与底部金属绝缘基板(5)上的芯片电连接，负极功率端子(2)与顶部金属绝缘基板(4)上的芯片电连接；所述输出功率端子(3)包括焊接部(31)和位于塑封外壳(15)外部的连接部(32)，所述焊接部(31)位于顶部金属绝缘基板(4)上烧结的芯片与底部金属绝缘基板(5)上烧结的芯片之间。

【技术特征摘要】
1.一种低寄生电感双面散热功率模块，包括正极功率端子(1)、负极功率端子(2)、输出功率端子(3)、顶部金属绝缘基板(4)、底部金属绝缘基板(5)和塑封外壳(15)，其特征在于，所述顶部金属绝缘基板(4)与底部金属绝缘基板(5)叠层设置，顶部金属绝缘基板(4)与底部金属绝缘基板(5)在二者相对的面上均烧结有芯片，正极功率端子(1)与底部金属绝缘基板(5)上的芯片电连接，负极功率端子(2)与顶部金属绝缘基板(4)上的芯片电连接；所述输出功率端子(3)包括焊接部(31)和位于塑封外壳(15)外部的连接部(32)，所述焊接部(31)位于顶部金属绝缘基板(4)上烧结的芯片与底部金属绝缘基板(5)上烧结的芯片之间。2.根据权利要求1所述的一种低寄生电感双面散热功率模块，其特征在于，所述底部金属绝缘基板(5)在面向顶部金属绝缘基板(4)的一面上烧结有上半桥开关芯片(6)和上半桥二极管芯片(7)，顶部金属绝缘基板(4)在面向底部金属绝缘基板(5)的一面上烧结有下半桥开关芯片(8)和下半桥二极管芯片(9)。3.根据权利要求2所述的一种低寄生电感双面散热功率模块，其特征在于，所述正极功率端子(1)烧结在底部金属绝缘基板(5)上，负极功率端子(2)烧结在顶部金属绝缘基板(4)上，焊接部(31)在面向底部金属绝缘基板(5)的一面与上半桥开关芯片(6)和上半桥二极管芯片(7)烧结，在面向顶部金属绝缘基板(4)的一面与下半桥开关芯片(8)和下半桥二极管芯片(9)烧结。4.根据权利要求2所述的一种低寄生电感双面散热功率模块，其特征在于，所述上半桥开关芯片(6)与下半桥二极管芯片(9)叠层设置，下半桥开关芯片(8)与上半桥二极管芯片(7)叠层设置。5.根据权利要求2所述的一种低寄生电感双面散热功率模块，其特征在于，底部金属绝缘基板(5)上设有底部金属绝缘基板表面金属层(52)，底部金属绝缘基板表面金属层(52)上烧结有上半桥开关芯片(6)和上半桥二极管芯片(7)，当所述上半桥开关芯片为IGBT时，正极功率端子(1)与上半桥开关芯片(6)的集电极以及上半桥二极管芯片的负极电连接，当所述上半桥开关芯片(6)为MOSFET时，所述正极功率端子(1)与上半桥开关芯片(6)的漏极以及上半桥二极管芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛利刚，王玉林，滕鹤松，徐文辉，
申请(专利权)人：扬州国扬电子有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32