一种脉冲功率开关电路封装结构制造技术

本发明专利技术公开了一种脉冲功率开关电路封装结构。包括第一铜箔、半导体脉冲功率开关芯片、电容、第二铜箔、铜柱、磁开关和第三铜箔；电容的一端焊接第三铜箔，另一端焊接铜柱的一端，铜柱与电容的中心轴垂直，铜柱的另一端穿过磁开关的中心焊接至第二铜箔的一端，第二铜箔与电容的中心轴平行，其另一端靠近电容的一面焊接半导体脉冲功率开关芯片的阳极，半导体脉冲功率开关芯片的阴极焊接第一铜箔。本发明专利技术将多个外围器件与半导体脉冲功率开关封装在一起形成一个整体模块，体积小，功能完善，降低了杂散参数并简化了外围电路，采用新型封装工艺，增强了功率器件的稳定性，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成封装
，更具体地，涉及一种脉冲功率开关电路封装结构，主要应用于低电感脉冲电源装置。
技术介绍
脉冲功率技术是一种将功率密度小的能量进行压缩存储后，在极短的时间内以高功率释放的技术。其始于1962年，经过数十年的蓬勃发展，已经成为一项重要的工程应用技术，在军事和工业上有着重要的科学意义和应用价值。对于一个脉冲功率系统而言，核心包括电路拓扑、绝缘和开关三大技术。常见的半导体脉冲功率开关有脉冲晶闸管、门极可关断晶闸管(Gate Turn-off Thyristor,GTO)、绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)、功率金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)、反向开关晶体管(Reversely Switched Dynistor,RSD)等。高通态电流上升率(di/dt)在脉冲功率技术中的应用很多，例如准分子激光器、电磁轨道炮等。它们对于电压的要求不高，但对电流的要求比较苛刻，理想的电流一般为梯形脉冲电流，其峰值要求几百kA至MA，峰值上升时间短(一般为微秒级别)，峰值持续时间达到毫秒量级。一般而言，半导体脉冲功率开关都需要在电路中增加缓冲电路以防止di/dt过高导致器件损坏。传统的脉冲功率电路一般是使用导线或者铜排等连接各个分立器件，各个器件的连接通过螺栓，连接处的金属接触依靠挤压力保持，所带来的杂散参数较大且难以计算。另外，随着对脉冲功率电路中的di/dt、最高电压、重复频率等的等级要求越来越高，寄生参数所带来的影响越来越大，电路的分析和计算也变得相当复杂，还会带来一些难以预计的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种脉冲功率开关电路封装结构，将多个外围器件与半导体脉冲功率开关封装在一起形成一个整体模块，体积小，功能完善，降低了杂散参数并简化了外围电路，采用新型封装工艺，增强了功率器件的稳定性，降低了成本。对比传统的放电回路，本专利技术的脉冲功率开关电路达到的di/dt量级能提升至原来的两倍。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种脉冲功率开关电路封装结构，其特征在于，包括第一铜箔、半导体脉冲功率开关芯片、电容、第二铜箔、铜柱、磁开关和第三铜箔；所述电容的一端焊接所述第三铜箔，另一端焊接所述铜柱的一端，所述铜柱与所述电容的中心轴垂直，所述铜柱的另一端穿过所述磁开关的中心焊接至所述第二铜箔的一端，所述第二铜箔与所述电容的中心轴平行，其另一端靠近所述电容的一面焊接所述半导体脉冲功率开关芯片的阳极，所述半导体脉冲功率开关芯片的阴极焊接所述第一铜箔。按照本专利技术的另一方面，提供了一种脉冲功率开关电路封装结构，其特征在于，包括半导体脉冲功率开关芯片、电容、磁开关、第一DBC铜层块、第二DBC铜层块和第三DBC铜层块；所述第二DBC铜层块穿过所述磁开关的中心，所述电容的两端分别焊接在所述第一DBC铜层块和所述第二DBC铜层块上，所述半导体脉冲功率开关芯片的阳极焊接在所述第二DBC铜层块上，其阴极通过铜箔焊接在所述第三DBC铜层块上，所述磁开关位于所述半导体脉冲功率开关芯片和所述电容之间。优选地，所述半导体脉冲功率开关芯片为门极可关断晶闸管或反向开关晶体管。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：1、将半导体脉冲功率开关与电容器、磁开关等回路器件集成封装在一起，通过合理设计各元件的结构和位置关系，使各元件之间的连接关系更稳固，连线长度最小，封装结构更紧凑，从而使杂散参数的分布也得到优化和降低，提升了其di/dt等特性，使回路在低电压情况下获得比传统回路更加高的电流上升率。2、采用回流焊接工艺与铜箔进行键合，减少了传统半导体脉冲功率开关采用铝线键合技术带来的电流分配不均，杂散电感过大等问题。3、通过集成封装，减小了整个装置的体积，简化了电路连接方式，降低了使用者使用半导体脉冲功率开关的难度。附图说明图1是本专利技术实施例1的脉冲功率开关电路封装结构示意图；图2是本专利技术实施例1的脉冲功率开关电路封装结构的立体图；图3是本专利技术实施例2的脉冲功率开关电路封装结构示意图；图4是本专利技术实施例2的脉冲功率开关电路封装结构的立体图；图5是本专利技术实施例的脉冲功率开关电路封装结构的电路原理图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-第一铜箔，2-半导体脉冲功率开关芯片，3-电容，4-第二铜箔，5-铜柱，6-磁开关，7-第三铜箔，8-第一DBC铜层块，9-第二DBC铜层块，10-铜箔，11-第三DBC铜层块。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。集成电路技术在微电子
的应用成功地改变了整个世界，本发明将集成电路技术的发展思路应用于脉冲功率领域，通过集成技术，将元器件、电路、控制、电磁、材料、传热等方面的技术难题和主要设计工作解决在集成模块内部，减小了整个装置的体积与接线长度，有效降低了电路本身带来的杂散参数，从而降低了杂散参数带来的影响。实施例1如图1和图2所示，脉冲功率开关电路封装结构包括：第一铜箔1、半导体脉冲功率开关芯片2、电容3、第二铜箔4、铜柱5、磁开关6和第三铜箔7。磁开关6为圆环结构。电容3的一端焊接第三铜箔7，另一端焊接铜柱5的一端，铜柱5与电容3的中心轴垂直，铜柱5的另一端穿过磁开关6的中心焊接至第二铜箔4的一端，第二铜箔4与电容3的中心轴平行，其另一端靠近电容3的一面焊接半导体脉冲功率开关芯片2的阳极，半导体脉冲功率开关芯片2的阴极焊接第一铜箔1的一端，第一铜箔1的另一端折弯以形成电极。第一铜箔1和第三铜箔7用于外接负载。实施例2如图3和图4所示，脉冲功率开关电路封装结构包括：半导体脉冲功率开关芯片2、电容3、磁开关6、第一DBC铜层块8、第二DBC铜层块9、铜箔10和第三DBC铜层块11。预先设计直接覆铜(Direct Bonding C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲功率开关电路封装结构，其特征在于，包括第一铜箔(1)、半导体脉冲功率开关芯片(2)、电容(3)、第二铜箔(4)、铜柱(5)、磁开关(6)和第三铜箔(7)；所述电容(3)的一端焊接所述第三铜箔(7)，另一端焊接所述铜柱(5)的一端，所述铜柱(5)与所述电容(3)的中心轴垂直，所述铜柱(5)的另一端穿过所述磁开关(6)的中心焊接至所述第二铜箔(4)的一端，所述第二铜箔(4)与所述电容(3)的中心轴平行，其另一端靠近所述电容(3)的一面焊接所述半导体脉冲功率开关芯片(2)的阳极，所述半导体脉冲功率开关芯片(2)的阴极焊接所述第一铜箔(1)。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲功率开关电路封装结构，其特征在于，包括第一铜箔(1)、
半导体脉冲功率开关芯片(2)、电容(3)、第二铜箔(4)、铜柱(5)、
磁开关(6)和第三铜箔(7)；
所述电容(3)的一端焊接所述第三铜箔(7)，另一端焊接所述铜柱
(5)的一端，所述铜柱(5)与所述电容(3)的中心轴垂直，所述铜柱(5)
的另一端穿过所述磁开关(6)的中心焊接至所述第二铜箔(4)的一端，
所述第二铜箔(4)与所述电容(3)的中心轴平行，其另一端靠近所述电
容(3)的一面焊接所述半导体脉冲功率开关芯片(2)的阳极，所述半导
体脉冲功率开关芯片(2)的阴极焊接所述第一铜箔(1)。
2.一种脉冲功率开关电路封装结构，其特征在于，包括半导体脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁琳，常文光，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42