[发明专利]用于功率模块的低杂散电感母排结构

说明书

本发明公开了一种用于功率模块的低杂散电感母排结构，本结构包括塑壳、正极母排、负极母排、覆铜陶瓷基板、散热器和晶源,晶源焊接在覆铜陶瓷基板上,覆铜陶瓷基板焊接在散热器上,塑壳固定在散热器上,正极母排和负极母排通过超声键合固定在覆铜陶瓷基板上,并且正极母排和负极母排通过注塑与塑壳固定在一起，正极母排和负极母排叠层并列间隔布置并且垂直于覆铜陶瓷基板,正极母排和负极母排从塑壳外部端子处延伸到覆铜陶瓷基板的上方。本结构克服传统功率模块母排结构的缺陷，通过对母排结构进行优化，减少由杂散电感引起的浪涌电压，避免功率模块被击穿的危险，确保功率模块的开关特性，提高电机驱动控制的可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，尤其涉及一种用于功率模块的低杂散电感母排结构。

背景技术

半导体功率器件在经历从20世纪70年代以来的快速发展，已经成为当前世界上各种电力电子系统中的核心器件。大功率、高电压、高效率和高开关频率成为功率半导体器件的发展方向。高开关频率会带来浪涌电压增加的问题，浪涌电压太高会增加半导体功率器件被击穿的风险。

浪涌电压计算如式（1）：

式中：为主回路连接端子母排长度，为主回路连接端子母排宽度，为叠层母排的间距，为真空磁导率。

功率模块的开闭管会带来电流的变化，而高开关频率会带来较高的电流变化率，增加浪涌电压，为了降低由此增加的浪涌电压，功率模块低电感设计成为一个重要研究课题。

为了解决高开关频率问题，半导体器件由硅器件切换成碳化硅器件，而碳化硅器件的开关频率又进一步提高，这对功率模块低电感设计提出了更高的要求。

如图1所示,一般功率模块的结构包括注塑壳3、正极母排1、负极母排2、覆铜陶瓷基板5、散热器4以及晶源6;晶源焊接在覆铜陶瓷基板5上,覆铜陶瓷基板5焊接在散热器4上,塑壳3固定在散热器4上,正极母排1和负极母排2通过超声键合固定在覆铜陶瓷基板5上,并且正极母排1和负极母排2通过注塑与塑壳3固定在一起,形成功率模块的电气回路;其中正极母排1与负极母排2并排设计(非叠层布置),正负母排之间的电磁环路可以看成是与大地形成的电磁环路,此时电流流经的环路面积S较大,导致杂散电感L较大;杂散电感严重影响功率模块的开关特性,降低电机驱动控制的可靠性。

中国专利文献CN107251221A公开了一种半导体装置，其设计了一种低电感的母排端子结构,该结构简化为如图2所示,其中，正负母排1、2上的电流I2与电流I3的电流方向相反,即磁感线强度B方向相反,在一定程度上相互抵消,使线路上的杂散电感得以大幅减小;但是正负母排1、2与覆铜陶瓷基板5连接部的电流I1与电流I4的电流方向相同,所以此处母排位置的电感依然较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于功率模块的低杂散电感母排结构，本结构克服传统功率模块母排结构的缺陷，通过对母排结构进行优化，减少由杂散电感引起的浪涌电压，避免功率模块被击穿的危险，确保功率模块的开关特性，提高电机驱动控制的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明用于功率模块的低杂散电感母排结构包括塑壳、正极母排、负极母排、覆铜陶瓷基板、散热器和晶源, 所述晶源焊接在覆铜陶瓷基板上,所述覆铜陶瓷基板焊接在散热器上,所述塑壳固定在所述散热器上,所述正极母排和负极母排通过超声键合固定在覆铜陶瓷基板上,并且所述正极母排和负极母排通过注塑与塑壳固定在一起，所述正极母排和负极母排叠层并列间隔布置并且垂直于所述覆铜陶瓷基板, 所述正极母排和负极母排从所述塑壳外部端子处延伸到所述覆铜陶瓷基板的上方。

进一步，所述正极母排和负极母排延伸到覆铜陶瓷基板正上方形成折弯部，所述折弯部与覆铜陶瓷基板平行布置。

进一步，所述正极母排和负极母排叠层并列间隔布置的间距≤3mm。