功率模块制造技术

一种功率模块包括一第一功率器件及一第二功率器件，各所述的功率器件具有至少两个电极，其中所述的功率模块所应用的一电源变换器的功率密度大于15w/inch3且最高效率高于92％，或者功率密度大于20w/inch3，或者最高效率高于93％。所述功率器件的至少一个的工作频率在25kHz以上。因此，既可节约成本，又可提升空间利用率，进一步提升电源变换器性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术系关于一种功率模块，特别关于一种应用在电源变换器的功率模块。
技术介绍
高效率和高功率密度一直是业界对电源变换器的要求。高效率意味着减少能耗， 利于节能减排保护环境，并减少使用成本。高功率密度则意味着体积小、重量轻，减少运输成本和空间需求，从而减少建设成本；高功率密度也意味着材料使用量的减少，进一步利于节能减排保护环境。因此，电源领域对高效率、高功率密度的追求将永不停息。电源变换器由于用途不同，其种类较多。由转换电能类型来分，其可分为非隔离型AC/DC电源变换器，例如，由一个用在功率因数校正(下称PFC电路)的AC/DC转换电路组成；非隔离型DC/DC电源变换器；隔离型DC/DC变换器；隔离型AC/DC电源变换器，例如， 由一个PFC电路加一个或者多个DC/DC变换器而成；DC/AC、AC/AC等等。由于需要转换的电能性质和转换的级数不同，各种变换器的容易达成的功率密度和效率也不尽相同。以隔离型AC\DC电源变换器为例，目前业界普遍的功率密度为10W/inch3，效率为90%左右。非隔离型AC/DC电源变换器、隔离型DC/DC变换器和DC/AC的效率和功率密度则会还高些。如前所提，电源变换器的高效率意味着低能耗。如效率90%时，其转换能耗约是整个电源变换器总输入能量的10%。效率91%的电源变换器，其转换能耗则降低为总输入能量的9%。也就是说，效率每提升一个点，其能耗就较90%效率的电源变换器降低10%，极为可观。事实上，电源变换器效率提升的努力常常以0. 5%甚至0. 的量级进行。电源变换器的能耗主要由通态损耗和开关损耗特别是有源器件的开关损耗组成。 开关损耗受工作频率的影响较大。电源变换器，特别是开关电源变换器，为降低音频噪音， 其工作频率通常在20kHz以上。其实际工作频率的选择受无源器件特别是磁组件的影响较大。若磁组件体积小，为了可靠工作，通常需要高频率来降低其工作磁通密度从而带来高开关损耗；或者减小磁性组件中线组的线径并增加匝数，从而增加通态损耗，均带来高损耗。 反的，若磁组件体积大，则可以在保证可靠工作的前提下降低工作频率从而降低开关损耗; 也可以增加磁性组件中线组的线径或者减小匝数，从而降低通态损耗，以降低总损耗，得到高效率。因此，不难理解，提升电源内部的空间利用率，是得到高功率密度或者高效率的关键因素的一。空间利用率越高，留给对电源变换效率很重要的无源器件特别是磁性组件的空间就越大，就更容易使用到大体积的无源组件，从而提升电源效率。也可以通过使用大体积的无源器件来增加电源总功率，从而提升电源变换器的功率密度。所以，高的电源空间利用率，更易于在特定功率密度下达成高效率或者在特定效率下达成高功率密度，也有机会高功率密度和高效率兼顾。半导体器件是决定电源变换器效率的重要因素的一。但使用半导体器件，往往不可避免的需要使用对电变换效率无益的额外材料，如保护半导体的封装材料、帮助散热的散热器、固定半导体器件的夹具等等。这些材料在电源变换器内部的比例越大，电源的内部5空间利用率就越差。也正因为此，功率半导体器件及其被使用而实际占用的空间体积(下称功率器件占用空间)，越来越被重视。集成功率模块antegrated Power Module, IPM)，由于将多个半导体器件集成在一个器件封装里，为提升封装内的空间利用率提供了可能。但现有功率模组并不能很好降低功率器件占用空间，从而少有被高性能电源转换器使用。因此，为进一步提升电源变换器的功率密度或者变换效率，需要空间利用率高的、 成本合理的功率模块解决方案。目前的已有技术尚不能很好满足。
技术实现思路
有鉴于上述课题，本专利技术提出了一种适合电源变换器的功率模块，用以提升功率密度或效率的解决方案，并给出了支持所述的解决方案的功率模块实施方案。为达上述目的，依据本专利技术的一种功率模块包括一第一功率器件及一第二功率器件，各所述的功率器件被封在同一封料中，各所述的功率器件具有至少两个电极，所述功率器件的至少一个具有至少三电极，所述功率器件的至少一个的工作频率在25kHz以上，其中所述的功率模块是应用在一电源变换器，所述的电源变换器内部至少一个处功率器件的操作电压高于48伏特，所述的电源变换器的功率密度及最高效率分别大于15W/inch3和高于92%、或者所述的电源变换器的功率密度大于20W/inch3、或者所述的电源变换器的最高效率高于93%，所述的功率模块占所述的电源变换器总体积比例小于50%，应用所述的功率模组的电能变换级处理功率占所述的电源变换器总输出功率至少30 %以上，所述的电源变换器总输出功率在150W以上。所述的电源变换器是一隔离型AC/DC电源、或非隔离型AC/DC电源变换器、或隔离型DC/DC变换器、或DC/AC变换器，所述的电源变换器的功率密度及最高效率分别大于20w/ inch3且高于93%、或者所述的电源变换器的功率密度大于25W/inch3、或者所述的电源变换器的最高效率高于94%。当所述的功率模块立装在一电路板的一表面时，所述的功率模块的最高点离所述的电路板的所述的表面的高度系在35mm以下，其中所述的功率模块的总厚度系小于6mm。所述的功率模块的最高点离所述的电路板的所述的表面的高度系在21mm以上。所述的功率模块的引脚是从所述的功率模块的下方伸出且直立在所述的电路板。所述的功率模块具有一前表面和一后表面，其中，处在5m/s均衡风速平行风散热环境下，所述的前表面和所述的后表面，至少80%以上面积内，各点最大温差，小于所述的前表面和所述的后表面相对于工作环境平均温升的20%。所述的功率模块是应用在一电源变换器，所述的电源变换器的功率密度及最高效率分别大于25W/inch3且高于95%、或者所述的电源变换器的功率密度大于30W/inch3、或者所述的电源变换器的最高效率高于96 %。所述的功率模块所应用的电源变换器内部至少一个处功率器件的操作电压高于 200伏特。所述的功率模块的宽度小于60mm，其中于400V的操作电压下，其引脚间距系介在 3mm至5mm、其中在30V的操作电压下，其引脚间距系介在0. 5mm至2mm。所述的功率模块还包括一第一散热单元，所述的第一功率器件及所述的第二功率器件系设置在所述的第一散热单元上方；一引线框架，与所述的第一功率器件及所述的第二功率器件的至少一个电性连接；以及一封料，系包覆所述的第一功率器件、所述的第二功率器件及所述的引线框架的一部分。所述的第一散热单元具有一第一区及一第二区，所述的第一功率器件设置在所述的第一区，所述的功率模块还包括一导热绝缘材料层，设置在所述的第二区并具有一绝缘层，第二功率器件通过所述的导热绝缘材料层设置在所述的第一散热单元；其中所述的封料，还包覆所述的导热绝缘层的一部分；以及所述的第一散热单元，与所述的第一功率器件及所述的第二功率器件的至少一个电性连接。所述的第一散热单元与所述的引线框架一体成型。所述的第一散热单元完全设置在封料内、或部分位在封料外、或完全位在封料外。所述的第一散热单元系与一穿出所述的封料的引脚连接、或是所述的第一散热单元穿出所述的封料并形成一引脚。所述的第一散热单元系与一电压静地点电性连接。所述的第一散热单元系分割是多个部分。所述的导热绝缘材本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种功率模块，其特征在于，包括：一第一功率器件及一第二功率器件，各所述的功率器件被封在同一封料中，各所述的功率器件具有至少两个电极，所述功率器件的至少一个具有至少三个电极，所述功率器件的至少一个的工作频率在２５ｋＨｚ以上，其中所述的功率模块是应用在一电源变换器，所述的电源变换器内部至少一个处功率器件的操作电压高于４８伏特，所述的电源变换器的功率密度及最高效率分别大于１５ｗ／ｉｎｃｈ３和高于９２％、或者所述的电源变换器的功率密度大于２０ｗ／ｉｎｃｈ３、或者所述的电源变换器的最高效率高于９３％，所述的功率模块占所述的电源变换器总体积比例小于５０％，应用所述的功率模组的电能变换级处理功率占所述的电源变换器总输出功率至少３０％以上，所述的电源变换器总输出功率在１５０Ｗ以上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾剑鸿，洪守玉，叶奇峰，郭雪涛，仝爱星，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71