减小电感的功率模块组件制造技术

一种功率模块组件具有多个导电层，其包括第一层和第三层。一个或多个电绝缘层操作地连接至该多个导电层中的每一个。该电绝缘层包括第二层，其定位在该第一层与该第三层之间并且配置成电隔离该第一层和该第三层。该第一层配置成携带在第一方向流动的第一电流。该第三层配置成携带在与该第一方向相反的第二方向流动的第二电流，由此减小该组件的电感。该电绝缘层可以包括第四层，其定位在该第三层与第五层之间并且配置成电隔离该第三层和该第五层。该组件产生组合基底和散热器结构。该组件消除了对分离的基底和散热器结构之间的连接的需要。

Power module components that reduce inductance

A power module component has a plurality of conductive layers, which includes the first layer and the third layer. One or more electrical insulating layers are operatively connected to each of the plurality of conductive layers. The electrical insulation layer consists of second layers, which are positioned between the first layer and the third layers and are configured to electrically isolate the first layer and the third layer. The first layer is configured to carry a first current flowing in the first direction. The third layer is configured to carry a second current flowing in the second direction opposite to the first direction, thereby reducing the inductance of the component. The electrical insulating layer can include fourth layers, which are located between the third layers and the fifth layers and are configured to electrically isolate the third layer and the fifth layer. The assembly produces a combination base and a radiator structure. This component eliminates the need for a connection between the separated base and the structure of the radiator.

【技术实现步骤摘要】
减小电感的功率模块组件
本专利技术涉及一种减小电感的功率模块组件。
技术介绍
在多种环境中采用具有半导体装置的功率模块。例如，混合动力车辆可以利用功率模块来对电动机/发电机供电。功率模块通常包括经由各种装置连接的分离的基底和散热器结构。例如，分离的基底和散热器结构可以经由焊接来连接。
技术实现思路
一种功率模块组件具有多个导电层，其包括第一层和第三层。一个或多个电绝缘层操作地连接至该多个导电层中的每一个。该电绝缘层包括第二层，其定位在该第一层与该第三层之间并且配置成电隔离该第一层和该第三层。该第一层配置成携带在第一方向流动的第一电流。该第三层配置成携带在与该第一方向相反的第二方向流动的第二电流，由此减小该组件的电感。换言之，通过在第一层和第三层中在相反方向流动的电流的抵消效应来减小净电感。该组件产生组合基底和散热器结构。多层组件消除了对分离的基底和散热器结构之间的连接(诸如焊接接缝)的需要。功率模块组件配置成支持高开关频率操作并且提供具有低寄生电感的高功率密度。另外，消除基底与散热器之间的焊接接缝减少了组装步骤，这也提高了功率模块组件的热性能。该多个导电层包括第五层。该电绝缘层包括第四层，其定位在该第三层与该第五层之间并且配置成电隔离该第三层和该第五层。该多个导电层和电绝缘层可以形成为一体或铸造为单件。第一层、第二层、第三层、第四层和第五层中的每一个配置成进行导热使得第一层中的热量经由第二层、第三层和第四层中的每一个传导至第五层。该第五层可以包括配置成将热量耗散的多个管脚。第一层、第三层和第五层可以各自由铝和铜中的至少一种组成。该第二层和第四层可以各自由氮化铝、氧化铝或氮化硅组成。第一层、第二层、第三层、第四层和第五层各自分别限定第一宽度W1、第二宽度W2、第三宽度W3、第四宽度W4和第五宽度W5。第一宽度、第二宽度、第三宽度、第四宽度和第五宽度以升序增加，其中第一宽度是最小宽度，W1＜W2＜W3＜W4＜W5。该第二层可以包括多侧。第一层和第二层居中成分别与参考水平面相距第一高度(h1)和第二高度(h2)。第三层可以包括居中成与参考水平面相距第三高度(h3)的基部、居中成与参考水平面相距第一高度(h1)的第一缠绕部以及居中成与参考水平面相距第二高度(h2)的第二缠绕部。第一缠绕部和第二缠绕部可以配置成缠绕第二层的多侧中的至少一侧。第一缠绕部和第二缠绕部可以配置成在至少三个方向缠绕第二层。该组件可以包括多个柔性电路，其操作地连接至第一层并且配置成对栅极控制回路提供低电感。该多个柔性电路中的每一个包括紧靠放置并且彼此电隔离的相应漏极、栅极和源极柔性构件。多个电容器可以操作地连接至第一层。单母线操作地连接至多个电容器中的每一个。该单母线包括第一端子和第二端子。第一端子相对于第二端子具有相反的极性。第一层包括第一导电构件和第二导电构件，其各自居中成与参考水平面相距第一高度(h1)。该第一和第二导电构件在垂直于第一高度的方向彼此间隔开。该第一和第二导电构件可以包括相应电路图案。该组件可以配置成支持高开关频率下的操作。在一个非限制性示例中，高开关频率为至少75kHz。高频操作有利于整个系统设计，因为其允许减小体积、质量和大小。该功率模块组件被设计成结合宽带隙半导体装置，从而减少了相关装置能量损耗。该功率模块配置成使用反相导电裸片。从用于实行结合附图取得的本专利技术的最佳模式的以下详细描述，上述特征和优点以及本专利技术的其它特征和优点容易地显而易见。附图说明图1是功率模块组件的示意性透视图；图2是图1中所示的组件穿过轴线2-2的示意性截面图；图3是图1中所示的组件的第一子模块的示意性透视放大图；以及图4是用于图1的组件的示意性三相逆变器控制图。具体实施方式参考附图，其中相同的附图标号是指相同的部件，图1示意地说明功率模块组件10。图2是组件10穿过图1的轴线2-2的示意性截面图。组件10可以用于对装置14(参见图2)的一个或多个部件供电。装置14可以是移动平台，诸如但不限于标准乘用车、运动型多用途车、轻型卡车、重型车辆、ATV、小型货车、公共汽车、过境车辆、自行车、机器人、农具、运动相关设备、船、飞机、火车或任何其它运输装置。装置14可以采取许多不同的形式并且包括多个和/或替代部件和设施。图式不一定按比例绘制。参考图2，组件10具有多个导电层16，其包括第一层18和第三层20。一个或多个电绝缘层22操作地连接至该多个导电层16中的每一个。该电绝缘层22包括第二层24，其定位在该第一层18与该第三层20之间并且配置成电隔离该第一层18和该第三层20。该第一层18配置成携带在第一方向流动的第一电流26。该第三层20配置成携带在与该第一方向相反的第二方向流动的第二电流28，由此减小该组件10的电感。换言之，通过在第一层18和第三层20中在相反方向流动的电流的抵消效应来减小净电感。第一层18可以是正的或负的。参考图1至2，导电层16(以下省略“多个”)包括第五层30。该电绝缘层22包括第四层32，其定位在该第三层20与该第五层30之间并且配置成电隔离该第三层20和该第五层30。第三层20可以用作开关电流的回流路径，实现低电感换向路径。该布局提供优越的热、机械和电性能。第一层18、第三层20和第五层30可以各自由铝和铜中的至少一种组成。第二层24和第四层32可以各自由本领域技术人员所已知的任何材料组成，该材料包括(但不限于)氮化铝、氧化铝和氮化硅。参考图2，第一层18、第二层24、第三层20、第四层32和第五层30中的每一个配置成进行导热使得第一层18中的热量按顺序经由第二层24、第三层20和第四层32中的每一个传导至第五层30。第五层30配置成将热量耗散至冷却介质(未示出)。第五层30可以包括多个管脚36以实现更有效的热量耗散。导电层16和电绝缘层22可以形成为一体或铸造为单件。具有导电层16和电绝缘层22的组件10产生组合基底和散热器结构。该组件10消除了对分离的基底和散热器结构之间的连接(诸如焊接接缝)的需要。该组件10配置成支持高开关频率操作并且提供具有低寄生电感的高功率密度。另外，消除基底与散热器之间的焊接接缝减少了组装步骤，这提高了功率模块组件10的热性能。参考图2，夹紧器40可以操作地连接至第五层30用于安装组件10。夹紧器40可以围绕第五层30的整个周边(所有侧)延伸，提供均匀的夹紧负载并且减小第五层30的四个角中的应力。夹紧器40消除了对用于安装组件10的螺栓的需要，由此允许减小在第五层30的平面中的尺寸。参考图2，可以采用密封环44(诸如O环)来相对于安装构件(未示出)密封第五层30。密封环44可以被放置在第五层30的下侧上的第一凹槽46中。密封环44可以被放置在第五层30的该侧上的第二凹槽48中。参考图2，第一层18、第二层24、第三层20、第四层32和第五层30各自分别限定第一宽度W1、第二宽度W2、第三宽度W3、第四宽度W4和第五宽度W5。第一宽度、第二宽度、第三宽度、第四宽度和第五宽度以升序增加，其中第一宽度是最小宽度，W1＜W2＜W3＜W4＜W5。此配置提供了机械支持并且具有延长电压断线的技术优点。参考图2，第一层18可以包括各自居中成与参考水平面R相距第一高度(h1)的第一导电构件50和第二导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块组件，其包括：多个导电层，其包括第一层和第三层；一个或多个电绝缘层，其操作地连接至所述多个导电层中的每一个，其中所述一个或多个电绝缘层包括第二层，其定位在所述第一层与所述第三层之间并且配置成电隔离所述第一层和所述第三层；其中所述第一层配置成携带在第一方向流动的第一电流；并且其中所述第三层配置成携带在与所述第一方向相反的第二方向流动的第二电流。

【技术特征摘要】
2016.09.09 US 15/2608581.一种功率模块组件，其包括：多个导电层，其包括第一层和第三层；一个或多个电绝缘层，其操作地连接至所述多个导电层中的每一个，其中所述一个或多个电绝缘层包括第二层，其定位在所述第一层与所述第三层之间并且配置成电隔离所述第一层和所述第三层；其中所述第一层配置成携带在第一方向流动的第一电流；并且其中所述第三层配置成携带在与所述第一方向相反的第二方向流动的第二电流。2.根据权利要求1所述的组件，其中：所述多个导电层包括第五层；并且所述一个或多个电绝缘层包括第四层，其定位在所述第三层与所述第五层之间并且配置成电隔离所述第三层和所述第五层。3.根据权利要求2所述的组件，其中：所述第一层、第二层、第三层、第四层和第五层配置成进行导热使得所述第一层中的热量经由所述第二层、第三层和第四层中的每一个传导至所述第五层；并且所述第五层包括配置成将所述热量耗散的多个管脚。4.根据权利要求2所述的组件，其中：所述第一层、第二层、第三层、第四层和第五层各自分别限定第一宽度W1、第二宽度W2、第三宽度W3、第四宽度W4和第五宽度W5；并且所述第一宽度、第二宽度、第三宽度、第四宽度和第五宽度以升序增加，所述第一宽度是最小宽度，W1＜W2＜W3＜W4＜W5。5.根据权利要求1所述的组件，其中：所述第二层包括多侧；所述第一层和第二层居中成分别与参考水平面相...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·G·沃德，C·C·斯坦库，M·亚克希奇，B·S·曼，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US