一种低寄生电感功率模块及双面散热低寄生电感功率模块制造技术

本发明专利技术公开了一种低寄生电感功率模块，包括输入功率端子、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，输入功率端子包括正极功率端子、负极功率端子，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、负极功率端子以及与输出功率端子均与芯片电连接；输出功率端子包括焊接部和位于塑封外壳外部的连接部，焊接部位于顶部金属绝缘基板与底部金属绝缘基板之间。本发明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。

Low parasitic inductance power module and double sided heat radiation low parasitic inductance power module

The invention discloses a low parasitic inductance of the power module, including power input terminals, power output terminals, a top metal insulating substrate, an insulating substrate and a bottom metal plastic shell, the input power terminal includes a positive power terminal, negative power terminal, the top and bottom metal insulating substrate metal insulating substrate laminated metal substrate and the insulating set top the bottom metal insulating substrate in the two opposite sides are sintered with positive and negative power terminal chip, power terminal and power output terminals are connected with the electric power output terminal chip; comprises a welding part and a connecting part positioned on the plastic shell outside, the welding part at the top and bottom metal metal insulating substrate between the insulating substrate. The invention reduces the circuit parasitic inductance, reduces the power module volume, cost savings, reduce weight, especially suitable for SiC power chip package, fully improve the flow capacity, improve the reliability of the module.

【技术实现步骤摘要】
一种低寄生电感功率模块及双面散热低寄生电感功率模块
本专利技术涉及电力电子功率模块，尤其是一种低寄生电感功率模块及双面散热低寄生电感功率模块。
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
专利技术目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术旨在提供一种体积小、重量轻、寄生电感小的一种低寄生电感功率模块及双面散热低寄生电感功率模块。技术方案：一种低寄生电感功率模块，包括输入功率端子、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，所述输入功率端子包括正极功率端子、负极功率端子，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、负极功率端子以及与输出功率端子均与芯片电连接；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与底部金属绝缘基板之间。进一步的，底部金属绝缘基板上烧结有上半桥开关芯片和上半桥二极管芯片，顶部金属绝缘基板上烧结有下半桥开关芯片和下半桥二极管芯片；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，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；焊接部位于顶部金属绝缘基板上烧结的芯片和底部金属绝缘基板上烧结的芯片之间。进一步的，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，底部金属绝缘基板或顶部金属绝缘基板上设有输出局部金属层，输出功率端子通过输出局部金属层连接有芯片连接块，芯片连接块与底部金属绝缘基板上的芯片和顶部金属绝缘基板上的芯片电连接。进一步的，顶部金属绝缘基板上烧结的芯片为下半桥二极管芯片和上半桥二极管芯片，底部金属绝缘基板上烧结的芯片为下半桥开关芯片和上半桥开关芯片，其中，下半桥二极管芯片与下半桥开关芯片叠层设置，上半桥二极管芯片与上半桥开关芯片叠层设置。进一步的，正极功率端子和负极功率端子均烧结在顶部金属绝缘基板上，并且至少一个输入功率端子与底部金属绝缘基板通过金属连接柱相连；或者，正极功率端子和负极功率端子均烧结在底部金属绝缘基板上，并与顶部金属绝缘基板通过金属连接柱相连；或者，正极功率端子和负极功率端子与顶部金属绝缘基板和底部金属绝缘基板均烧结；所述焊接部位于顶部金属绝缘基板上烧结的芯片和底部金属绝缘基板上烧结的芯片之间。进一步的，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，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；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，芯片连接块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，芯片连接块分为第一芯片连接块和第二芯片连接块，第一芯片连接块与第二芯片连接块均与输出局部金属层烧结；第一芯片连接块在面向顶部金属绝缘基板的一面与下半桥二极管芯片烧结，在面向底部金属绝缘基板的一面与上半桥开关芯片烧结；第二芯片连接块在面向顶部金属绝缘基板的一面与下半桥开关芯片烧结，在面向底部金属绝缘基板的一面与上半桥二极管芯片烧结。进一步的，底部金属绝缘基板上设有上半桥表面金属层和输出局部金属层，上半桥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；所述顶部金属绝缘基板上设有下半桥表面金属层、下半桥驱动局部金属层、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，下半桥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，下半桥表面金属层和下半桥驱动局部金属层分别连有一个下半桥驱动端子，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；当下半桥开关芯片为IGBT时，下半桥表面金属层与IGBT芯片的发射极相连；当下半桥开关芯片为MOSFET时，下半桥表面金属层与MOSFET芯片的源极相连，下半桥驱动局部金属层与下半桥开关芯片的门极相连，第一上半桥驱动局部金属层与上半桥开关芯片的门极相连，第二上半桥驱动局部金属层与输出功率端子的焊接部相连。进一步的，顶部金属绝缘基板包括与正极功率端子电连接的顶部金属绝缘基板正极金属层、与负极功率端子电连接的顶部金属绝缘基板负极金属层、与输出功率端子和一个上半桥驱动端子电连接的上半桥开关芯片发射极/源极局部金属层，以及与另一个上半桥驱动端子电连接的上半桥开关芯片门极局部金属层；顶部金属绝缘基板正极金属层的表面烧结有上半桥二极管芯片，顶部金属绝缘基板负极金属层的表面烧结有下半桥二极管芯片，上半桥开关芯片门极局部金属层与上半桥开关芯片的门极电连接；所述底部金属绝缘基板包括与正极功率端子电连接的底部金属绝缘基板正极金属层、与负极功率端子及一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低寄生电感功率模块，其特征在于，包括输入功率端子、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)，所述输入功率端子包括正极功率端子(1)、负极功率端子(2)，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)、负极功率端子(2)以及与输出功率端子(3)均与芯片电连接；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)与底部金属绝缘基板(5)之间。

【技术特征摘要】
1.一种低寄生电感功率模块，其特征在于，包括输入功率端子、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)，所述输入功率端子包括正极功率端子(1)、负极功率端子(2)，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)、负极功率端子(2)以及与输出功率端子(3)均与芯片电连接；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)与底部金属绝缘基板(5)之间。2.根据权利要求1所述的一种低寄生电感功率模块，其特征在于，所述底部金属绝缘基板(5)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)上烧结有下半桥开关芯片(8)和下半桥二极管芯片(9)；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。3.根据权利要求2所述的一种低寄生电感功率模块，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)位于顶部金属绝缘基板(4)上烧结的芯片和底部金属绝缘基板(5)上烧结的芯片之间。4.根据权利要求2所述的一种低寄生电感功率模块，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，底部金属绝缘基板(5)或顶部金属绝缘基板(4)上设有输出局部金属层(562)，输出功率端子(3)通过输出局部金属层(562)连接有芯片连接块，芯片连接块与底部金属绝缘基板(5)上的芯片和顶部金属绝缘基板(4)上的芯片电连接。5.根据权利要求1所述的一种低寄生电感功率模块，其特征在于，所述顶部金属绝缘基板(4)上烧结的芯片为下半桥二极管芯片(9)和上半桥二极管芯片(7)，底部金属绝缘基板(5)上烧结的芯片为下半桥开关芯片(8)和上半桥开关芯片(6)，其中，下半桥二极管芯片(9)与下半桥开关芯片(8)叠层设置，上半桥二极管芯片(7)与上半桥开关芯片(6)叠层设置。6.根据权利要求2或5所述的一种低寄生电感功率模块，其特征在于，所述正极功率端子(1)和负极功率端子(2)均烧结在顶部金属绝缘基板(4)上，并且至少一个输入功率端子与底部金属绝缘基板(5)通过金属连接柱相连；或者，正极功率端子(1)和负极功率端子(2)均烧结在底部金属绝缘基板(5)上，并与顶部金属绝缘基板(4)通过金属连接柱相连；或者，正极功率端子(1)和负极功率端子(2)与顶部金属绝缘基板(4)和底部金属绝缘基板(5)均烧结；所述焊接部(31)位于顶部金属绝缘基板(4)上烧结的芯片和底部金属绝缘基板(5)上烧结的芯片之间。7.根据权利要求3所述的一种低寄生电感功率模块，其特征在于，所述焊接部(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。8.根据权利要求3所述的一种低寄生电感功率模块，其特征在于，所述底部金属绝缘基板(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的负极电连接；所述顶部金属绝缘基板(4)上设有顶部金属绝缘基板表面金属层(42)、第一上半桥驱动局部金属层(421)和第二上半桥驱动局部金属层(422)，所述顶部金属绝缘基板表面金属层(42)上烧结有下半桥开关芯片(8)和下半桥二极管芯片(9)，第一上半桥驱动局部金属层(421)和第二上半桥驱动局部金属层(422)分别连有一个上半桥驱动端子(10)，上半桥开关芯片(6)的门极与所述第一上半桥驱动局部金属层(421)电连接，输出功率端子(3)与第二上半桥驱动局部金属层(422)电连接；所述顶部金属绝缘基板(4)上还设有下半桥驱动局部金属层(423)，下半桥驱动局部金属层(423)与所述下半桥开关芯片(8)的门极相连，下半桥驱动局部金属层(423)的另一端连接有一个下半桥驱动端子(11)，所述顶部金属绝缘基板表面金属层(42)也连接有一个下半桥驱动端子(11)。9.根据权利要求4所述的一种低寄生电感功率模块，其特征在于，所述芯片连接块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。10.根据权利要求4所述的一种低寄生电感功率模块，其特征在于，所述芯片连接块分为第一芯片连接块(361)和第二芯片连接块(362)，第一芯片连接块(361)与第二芯片连接块(362)均与输出局部金属层(562)烧结；第一芯片连接块(361)在面向顶部金属绝缘基板(4)的一面与下半桥二极管芯片(9)烧结，在面向底部金属绝缘基板(5)的一面与上半桥开关芯片(6)烧结；第二芯片连接块(362)在面向顶部金属绝缘基板(4)的一面与下半桥开关芯片(8)烧结，在面向底部金属绝缘基板(5)的一面与上半桥二极管芯片(7)烧...

【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：发明
国别省市：江苏,32