[发明专利]载板及其适用的功率模块

说明书

本发明提供了一种载板及其适用的功率模块。载板包括本体、至少两个金属布线层以及至少一金属块。本体具有至少两个出端位于至少一表面。两个金属布线层，邻设于至少一表面，且形成至少两部分金属走线，分别连接至两个出端。金属块嵌埋于本体，于空间上相对且连接至两个出端中的一者。两个金属走线的厚度小于金属块的厚度，且由金属走线所连接的两个出端计算得到的回路电感量在频率大于1MHz的情况下小于或等于1.4nH。载板有助于降低功率模块中的钳位电感，提高散热性能。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种载板及其适用的功率模块。

背景技术

现代电力电子装置作为电力转换的重要组成部分，广泛应用于电力、电子、电机和能源行业。确保电力电子装置的长期稳定运行和提高电力电子装置的电能转换效率，一直是本领域技术人员的重要追求目标。

功率半导体器件作为现代电力电子设备的核心部件，其性能直接决定了电力电子装置的可靠性和电能转换效率。为了设计更加可靠、安全、高性能的电力电子设备，希望功率半导体器件具备电压应力低，功率损耗低的特性。电力电子设备所使用的功率半导体器件工作于开关状态，而高频率的开关动作会在线路中造成较高的电流变化率di/dt。根据电路原理，变化的电流作用在寄生电感Ls上会产生电压Vs，计算公式如下：

由此可知，在电流变化率不变的情况下，较大的寄生电感会产生较高的电压尖峰，而过高的电压尖峰值会降低器件的可靠性，增加器件关断损耗。线路寄生电感降低后，允许开关使用更小的驱动电阻来达到更快的开关速度，降低开关损耗以提升变换器效率。此外，电压尖峰除了影响效率，还会引起电磁干扰问题。

同时，由于功率回路中不可避免的存在寄生电感，功率器件的高开关频率引起的电压变化速度快，会造成电路中EMI超标。

此外，功率半导体器件的性能与热管理息息相关。良好的热管理对于提高功率器件的转换效率、功率密度以及可靠性均至关重要。理由有以下几点：1)在较低的工作温度下，MOSFET、IGBT等功率器件的通态损耗会降低，有利于系统效率的提升。2)在很多场合下热能的大小直接决定功率密度的高低，因为电源变换器是用于处理功率转换的系统，通常半导体器件是损耗比较多的器件，而半导体器件能够耐受的温度是有一定限制的，超过这一限制器件将丧失工作能力或者性能急剧恶化。因此，散热系统需要将半导体芯片的温度控制在可接受范围内。3)通常散热成本占系统的成本的比例也比较大。4)半导体器件的寿命和温度息息相关，在电子领域通常有这样的工程经验，即温度每上升10度其寿命就会降低一半。更低的工作温度可以有效延长器件的使用寿命。

另一方面，功率器件的输出电容，例如MOSFET器件漏极与源极之间的电容，对功率器件的开关损耗影响非常大。为了不增加开关损耗，于配置各组件的走线关系时，亦需要考虑减小功率器件的输出电容。

因此，如何发展一种载板及其适用的功率模块来解决现有技术所面临的问题，并达到降低寄生电感及EMI的同时提升散热效能目的，实为本领域极需面对的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种载板及其适用的功率模块。通过优化各个构成组件布设实现降低寄生电感及EMI的目的，使其装配固定简单可靠，同时减小功率模块的体积以及功率模块的整体功率密度。