[发明专利]一种高频防电磁干扰功率模块

说明书

 

技术领域

本发明涉及到电子领域，尤其涉及到一种高频防电磁干扰功率模块。

背景技术

绝缘栅极双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）作为电压工作型器件，具有控制方便，开关速度快，安全工作区大等优点，在功率逆变器领域的应用正变得越来越广泛。当前功率逆变器的发展趋势是进一步缩小体积，降低重量。能够满足这种发展需求的方法之一就是不断提升逆变器的开关频率。

目前，以单晶硅为技术基础的IGBT器件，开关频率已经可以达到20kHz以上。随着IGBT器件性能的不断提升，如沟槽型栅极和场中止技术的发展，以硅基IGBT为基础的逆变器正在跨上50kHz开关频率的台阶。另一方面，以碳化硅（SiC）器件为代表的宽禁带器件的发展，使进一步将高压逆变器的开关频率提升到100kHz以上成为可能。

但随着开关频率的不断提升，di/dt会变得越来越大，开关电路将产生严重的电磁干扰（Electromagnetic Interferenc，EMI）。在高功率密度的条件下，功率器件、驱动电路和逻辑控制电路的距离变得非常接近，如何在如此复杂的电磁环境下，有效控制EMI，并使逆变器符合电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）标准的要求，已经成为目前逆变器设计与制造的主要挑战之一。

抑制电磁辐射干扰的最有效方法是对电磁场进行屏蔽，用导体把两个带电体之间的电力线截断，或用高导磁率的磁性材料把产生干扰磁场的物体进行屏蔽。根据S.A.Schelkunoff电磁屏蔽理论，电磁波传播到屏蔽材料表面时，将发生在入射表面的反射损耗，未被反射部分进入屏蔽体的吸收损耗，以及在屏蔽体内产生的多重反射损耗。吸收损耗是导体材料中的电偶极子和磁偶极子与电磁场作用的结果。吸收率与屏蔽层的厚度，导电率以及导磁率有关，这些数值越大，吸收电磁波的效果越好。因此，镍铁合金等具有高导磁率的材料，对电磁波有较好的吸收性能。另一方面，反射损耗是导体材料中带电粒子与电磁场相互作用的结果，具有高导电率和低导磁率的材料，反射损耗明显。因此，金、银、铜等金属是有效的电磁波反射材料。在吸收层内部，电磁波经过衰减后，在另一面发生反射和透射，反射波再次进入吸收层内部，如此经过多次以后，使电磁波能量迅速衰减。 在高频电磁波情形下，多重反射消耗基本可以忽略不计。为了有效控制高频功率器件的电磁干扰，可以通过合理组合不同特点的电磁屏蔽材料，通过反射损耗和吸收损耗的结合，取得最佳的电磁干扰吸收效果。但用于电场屏蔽的导体需要良好接地才能有效，如果屏蔽电场的导体不能良好接地，屏蔽电场的导体不但起不到屏蔽作用，反而对电场辐射干扰起到接力赛的效果，因为电场也会通过感应使屏蔽导体带电。

发明内容

为解决上述现有技术的问题，本发明提出了一种高频防电磁干扰功率模块，可以有效降低功率模块电磁干扰，能够使功率模块在更高的开关频率下工作,而在电磁干扰特性上仍符合逆变器的设计标准要求。根据本发明制作的适合高频(50kHz以上)应用的功率模块，为逆变装置的小型化提供了可行条件，同时也为新型宽禁带功率模块，如碳化硅（SiC）功率模块在更高开关频率下的可靠工作，提供了保障。

本发明公开了一种高频防电磁干扰功率模块，包括陶瓷覆铜基板、功率芯片，硅凝胶层和盖板，所述高频防电磁干扰功率模块还设有电磁辐射吸收层，所述电磁辐射吸收层设置在所述硅凝胶层上部表面，由与硅凝胶机械性能相近的材料制成。

进一步的，在所述电磁辐射吸收层上方、间隔一段空间处，设有用于导电的电磁辐射反射层。

进一步的，电磁辐射吸收层与所述硅凝胶层结合在一起。

进一步的，电磁辐射吸收层为加入铁镍合金粉末的硅凝胶层。

进一步的，电磁辐射反射层设置在所述盖板中，通过物理模压的方式与所述盖板组合在一起。

进一步的，电磁辐射反射层的材质是铜或银或铝，或者是铜银或铜铝或银铝或铜银铝合金。

进一步的，电磁辐射反射层是薄片状材料或者网状材料。

进一步的，电磁辐射反射层接地。

进一步的，电磁辐射反射层通过延伸出盖板的接地片进行接地，或者通过将接地片与高频防电磁干扰功率模块接地的引线端子直接连接的方式进行接地。