一种用于逆变器的大功率模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于逆变器的大功率模块，包括上模块和下模块。三相逆变器上模块由3个共漏极MOS、或共集电极IGBT组成，桥式逆变器上模块由2个共漏极MOS、或共集电极IGBT组成；三相逆变器下模块由3个共源极MOS、或共发射极IGBT组成，桥式逆变器下模块由2个共源极MOS、或共发射极IGBT组成。上模块共漏极MOS芯片的漏极、或者共集电极IGBT芯片的集电极直接连接于上模块铜基板；下模块共源极MOS芯片的源极、或者共发射极IGBT芯片的发射极直接连接于下模块铜基板；大功率应用外接散热器时，模块铜基板直接连接到散热器，芯片和散热器之间没有绝缘层。间没有绝缘层。间没有绝缘层。

【技术实现步骤摘要】
一种用于逆变器的大功率模块


[0001]本技术属于功率器件
，尤其涉及应用于三相逆变器和桥式逆变器的大功率器件。

技术介绍

[0002]三相逆变器原理如附图1，一般由6个IGBT/或者MOS器件组成，传统应用中是由6个功率器件组合实现，后来也有人为了简化后期生产装配，纵向分成3组上管+下管(通常称之为半桥)模式；本技术把它分解为上、下两部分结构，整合上半部分3个共集电极IGBT/或者共漏极MOS为上模块，整合下半部分3个共发射极IGBT/或共源极MOS为下模块。
[0003]桥式逆变器原理如附图2，一般由4个IGBT/或者MOS器件组成，传统应用中是由4个功率器件组合实现，后来也有人为了简化后期生产装配，纵向分成2组上管+下管(通常称之为半桥)模式；本技术将它分解为上、下两部分结合，整合上半部分2个共集电极IGBT/或者共漏极MOS为上模块，整合下半部分2个共发射极IGBT/或共源极MOS为下模块。
[0004]所有功率器件都存在发热和散热问题，现有应用技术方案是：所有功率器件都是从IGBT芯片集电极、或者MOS芯片漏极散热，多个IGBT/或者MOS功率器件先分别绝缘、然后连接到散热器散热；功率器件通过(云母、陶瓷、或者塑胶等)绝缘垫隔离连接至散热器，芯片发热经过绝缘垫、然后通过散热器向外散发，但是云母、陶瓷、塑胶等绝缘层，严重限制功率器件的散热能力；此外，附加绝缘垫层也给生产加工带来麻烦。
[0005]我们通常使用的绝缘材料，一般导热率低、散热性能差，虽然也有部分绝缘性能好、导热率也很好的绝缘材料，比如SiN等，但是其成本高高在上，无法满足常规应用成本要求；本技术完全解决了散热的问题，还可以减少后期生产工作量，同时全方位提升器件综合性能。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术的缺陷，本技术提出一种用于逆变器的大功率模块，包括应用于三相逆变器和桥式逆变器的不同状况，当然也适用于和附图1、附图2电路原理相一致的其它应用状况。
[0007]对于大功率三相逆变器的应用中，6个分立的功率器件整合为上、下两部分模块组成，上模块由3个共漏极MOS或者共集电极IGBT组成，下模块由3个共源极MOS或者共发射极IGBT组成，这样保持原有6个功率器件的作用，大功率应用时，上、下模块的铜基板直接外接到散热器。
[0008]对于大功率桥式逆变器的应用中，4个分立的功率器件整合为上、下两部分模块组成，上模块由2个共漏极MOS或者共集电极IGBT组成，下模块由2个共源极MOS或者共发射极IGBT组成，这样保持原有4个功率器件的作用，大功率应用时，上、下模块的铜基板直接外接到散热器。
[0009]三相逆变器中，上模块是共集电极，3只功率管集电极电位一致，本技术安排
将3只功率管芯片集电极直接连接到封装基板，3只上管从集电极一端散热；下模块是共发射极，3只功率管发射极电位一致，本技术将这3只功率管芯片发射极直接连接到封装基板，3只下管从发射极一端散热；这样规避了早期总是从芯片集电极一端散热，不管三七二十一，先安排隔离、再考虑散热；对于小功率器件应用，可以照顾到器件的通用性，使器件制造变得相对简单，但是对于大功率应用、尤其是现如今要求功率越来越大的形势下，本技术从芯片到散热器之间没有绝缘层，芯片发热直接通过封装铜基板传导给散热器散发，可以大幅提升功率器件散热能力，有效改进散热难的问题，大幅提升器件综合性能。
[0010]桥式逆变器中，上模块是共集电极，2只功率管集电极电位一致，本技术安排这2只功率管芯片集电极直接连接到封装基板，2只上管从集电极一端散热；下模块是共发射极，2只功率管发射极电位一致，本技术将这2只功率管芯片发射极直接连接到封装基板，2只下管从发射极一端散热；这样规避了早期总是从芯片集电极一端散热，不管三七二十一，先安排隔离、再考虑散热；对于小功率器件应用，可以照顾到器件的通用性，使器件制造变得相对简单，但是对于大功率应用、尤其是现如今要求功率越来越大的形势下，本技术从芯片到散热器之间没有绝缘层，芯片发热直接通过封装铜基板传导给散热器散发，可以大幅提升功率器件散热能力，有效改进散热难的问题，大幅提升器件综合性能。
[0011]无论是三相逆变器、还是桥式逆变器中，我们依据其电位情况，整合为共集电极C的上模块，和共发射极E的下模块，芯片和散热器之间不设置绝缘层，先散热、散热后考虑满足电隔离，芯片发热直接通过模块铜基板传导给散热器，突破电隔离的绝缘层阻止器件散热这一难关，大幅提升器件散热性能。
[0012]从传统的应用经验、以及业内相关资料可以发现，绝缘层的热阻一般占功率器件散热系统热阻的60～80％，严重限制功率器件的散热。本技术上模块、和下模块，从芯片到散热器之间没有绝缘层，芯片发热通过封装铜基板直接传导给散热器散发，因此可以大幅降低功率器件的热阻，提升功率器件散热能力，有效改进现有应用方案中散热难的问题。
[0013]热阻降低60％，可以推算出同样的芯片，其载流能力将提升50％以上，大幅提升功率器件的综合性能。
[0014]有益效果
[0015]1、传统方式器件都是从IGBT的集电极、或者MOS的漏极一端散热，总是每个器件分别电隔离，功率芯片发热经过绝缘垫、然后通过散热器散热。通常绝缘层的导热性能差，绝缘垫阻碍系统散热、抬高芯片工作温度、限制功率器件的载流能力、降低功率器件的可靠性。
[0016]2、本技术经过整合电路结构，对功率器件隔离和散热进行合理优化，先散热、后隔离，芯片和散热器之间不存在绝缘层，电隔离绝缘层不再影响系统散热，大大提高系统散热能力，降低功率芯片的工作温度，提升功率器件的综合性能，改善功率器件的可靠性。
[0017]3、三相逆变器整合6个器件的组装为2个模块的安装，桥式逆变器整合4个器件的组装为2个模块的安装，改善了后期产品装配，既优化性能、减少工作量，又降低了产品成本。
附图说明
[0018]图1、为三相逆变器电路原理图。
[0019]图2、为桥式逆变器电路原理图。
[0020]图3、为现有功率器件各自绝缘隔离实物示例。
[0021]图4、业内整合传统三相逆变器为3组上管+下管，替代6个单管的方式。
[0022]图5、业内整合传统桥式逆变器为2组上管+下管，替代4个单管的方式。
[0023]图6A、三相逆变器上模块电路图；图6B、三相逆变器下模块电路图。
[0024]图7A、桥式逆变器上模块电路图；图7B、桥式逆变器下模块电路图。
[0025]图8A、上模块剖面图，共集电极C连接于封装铜底板，栅极G和发射极E各自通过打线(本图例)、或者CLIP连接到铜框架；
[0026]图8B、为三相逆变器上模块芯片布置示意图；图8C、为桥式逆变器上模块芯片布置示意图。
[0027]图9A、下模块剖面图，共发射极E连接于封装铜底板，栅极G各自焊接到铜框架，集电极C各自通过打线(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于逆变器的大功率模块，其特征在于，逆变器电路整合为上、下结构，即上模块和下模块，所述上模块由多个共集电极IGBT、或共漏极MOS功率芯片组成；所述下模块由多个共发射极IGBT、或共源极MOS功率芯片组成；功率芯片直接连接到模块铜基板，芯片与散热器之间无绝缘层，功率芯片发热直接通过基板传导给散热器散发；所述上模块功率芯片从集电极一端散热；所述下模块功率芯片从发射极一端散热。2.如权利要求1所述的用于逆变器的大功率模块，其特征在于，所述上模块由多个共集电极IGBT组成，在三相逆变器应用中，3只功率管集电极电位一致，3只/组功率管芯片集电极直接连接到上模块封装基板；所述下模块由多个共发射极...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏新海，
申请(专利权)人：晏新海，
类型：新型
国别省市：