降低功率模块中的封装寄生电感制造技术

本公开提供了“降低功率模块中的封装寄生电感”。一种功率模块，包括具有一对并排间隔开的母线的封装结构，每根母线均连接到对应的开关。所述功率模块包括导电垫，所述导电垫位于所述母线与所述开关之间并与所述母线和所述开关电隔离，并且被配置成响应于由所述开关产生的通过所述母线并且在所述母线之间产生功率回路磁通量的电流流动，而产生部分地抵消所述功率回路磁通量的磁通量。

Reducing package parasitic inductance in power module

【技术实现步骤摘要】
降低功率模块中的封装寄生电感
本公开涉及用于降低功率模块中的封装寄生电感的系统和方法。
技术介绍
术语“电动车辆”可以用于描述具有用于车辆推进的至少一个电动马达的车辆，诸如电池电动车辆(BEV)和混合动力电动车辆(HEV)。BEV包括至少一个电动马达，其中马达的能量源是可从外部电网再充电的电池。HEV包括内燃发动机和一个或多个电动马达，其中发动机的能量源是燃料，而马达的能量源是电池。HEV电池可以是更大容量的电池，其可从外部电网再充电并且可以用作用于车辆推进的主能量源，直到电池耗尽到低能量水平，此时HEV可以至少部分地依赖于用于车辆推进的内燃发动机。
技术实现思路
一种功率模块包括：封装结构，其具有一对并排间隔开的母线，每根母线均连接到对应的开关；以及导电垫，其位于母线与开关之间并与母线和开关电隔离，并且被配置成响应于由开关产生的通过母线并且在母线之间产生功率回路磁通量的电流流动，而产生部分地抵消功率回路磁通量的磁通量。一种逆变器包括功率模块，所述功率模块包括：封装结构；设置在所述结构上的一对并排间隔开的母线；以及导电垫，所述导电垫布置成使得通过母线的电流流动在母线之间感应出功率回路磁通量并且在所述垫中感应出涡电流，所述涡电流产生与所述功率回路磁通量相反的磁通量。一种用于逆变器的功率模块包括：一对并排间隔开的母线，其彼此电连接并且每根母线均连接到对应的开关；以及导电垫，其设置在母线与开关之间并与母线和开关电隔离，并且被配置成响应于由开关产生的通过母线并且在母线之间产生功率回路磁通量的电流流动，而产生与功率回路磁通量相反的磁通量。附图说明图1A是示出混合动力车辆(HEV)的逆变器的框图；图1B是示出封装电感的逆变器功率模块的框图；图2A是示出功率模块布局的俯视图的框图；图2B是示出功率模块布局的横截面视图的框图；图3是示出功率回路电流的路径的框图；图4A和图4B是示出在各种杂散电感值下的开关行为的曲线图；图5A是示出包括导电垫的功率模块的俯视图的框图；图5B是示出具有导电垫的功率模块的横截面视图的框图；并且图6是示出功率回路和涡电流的路径的框图。具体实施方式本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导所属领域技术人员以不同方式采用本专利技术的代表性基础。如所属领域一般技术人员将理解，参考任何一个附图示出并描述的各个特征可以结合一个或多个其他附图中示出的特征以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，可能需要根据本公开的教导对这些特征做出各种组合和修改。示例性混合动力电动车辆(HEV)可以包括机械连接到发动机和驱动轴驱动轮的混合动力变速器。在一些示例中，混合动力变速器还可以机械连接到能够作为马达或发电机来操作的一个或多个电机。在例如电池电动车辆(BEV)的纯电动车辆中，混合动力变速器可以是连接到电机的齿轮箱，并且发动机可以不存在。逆变器的功率模块可以包括多个开关半导体元件，以及电容器和其他电子部件。当闭合时，一个或多个逆变器开关可以形成功率回路并且可以被配置成将电能传输到逆变器和牵引电池以及从逆变器和牵引电池传输电能。当一个或多个开关闭合时形成的功率回路电路可以产生杂散电感，或者功率模块的一个或多个部件、DC链路电容器和母线固有的分布式寄生电感参数。功率回路杂散电感可以影响开关半导体元件的操作，例如，绝缘栅双极结晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等。在一个示例中，杂散电感可能在开关元件的开关期间引起电压过冲，从而导致开关的过早磨损或故障。图1A示出了逆变器106的示例性功率开关布置100-A。电机104可以电连接到逆变器106，从而在电机104与至少一个牵引电池102之间提供双向能量传递。例如，在马达模式中，逆变器106可以将由牵引电池102提供的直流电(DC)输出转换成电机104正常工作可能需要的三相交流电(AC)。作为另一个示例，在再生模式中，逆变器106可以将来自用作发电机的电机104的三相AC输出转换成牵引电池102所需的DC电压。在一个示例中，逆变器106可以包括多个功率开关108，所述多个功率开关108被配置成向电机104提供三相电压/电流。当闭合时，功率开关108可以被配置成将电压从高压DC母线传输到电机104的对应的相输入。第一对开关108a可以被配置成选择性地将DC母线功率和返回端子耦合到电机104的第一相输入。第二对开关108b和第三对开关108c可以选择性地将对应的DC母线功率和返回端子分别耦合到电机104的第二相输入端和第三相输入端。开关108可以包括一个或多个功率开关装置。作为一个示例，开关108中的每一个可以包括一个或多个IGBT、MOSFET和其他固态开关装置。每个开关108还可以包括对应的控制输入(例如，栅极输入)，可以通过该控制输入操作开关108接通和关断，或者闭合和断开。每个开关108的对应控制输入可以电耦合到车辆的一个或多个控制器。因此，电机104的每个相输入可以通过一对开关108选择性地耦合到牵引电池102的端子。作为一个示例，可以操作开关108，使得在给定时间仅接通对108a、108b和108c中的每一者的一个开关108。图1B示出了用于逆变器106的示例性功率回路电路布置100-B。电路布置100-B可以包括功率模块部分120和DC链路电容器和母线部分122。功率模块120可以包括多个功率半导体开关110，所述多个功率半导体开关110彼此串联电连接并且与DC链路电容器112电串联。一个或多个开关110在闭合时可以例如经由母线与DC链路电容器112一起完成电路，并且可以被配置成在逆变器106与牵引电池102之间传输电能。在一些情况下，DC链路电容器112可以是薄膜电容器。虽然本文中没有单独示出，但是逆变器106可以包括更多或更少的功率模块120和DC链路电容器112，以及一个或多个其他功率装置、主电路母线、功率模块驱动电路板、马达控制电路板、三相电流传感器、DC和AC连接器和其他电气部件。开关110可以被配置成传输预定义的电流值，并且可以具有足以操作电机104以满足对应的功率和扭矩请求的相关联的额定功率。开关110中的每一个可以包括控制通过开关110的电流流动的多个端子。例如，开关110可以是IGBT型开关，并且可以包括连接到电容器112的正端子112a的集电极(C)端子114和连接到电容器112的负端子112b的发射极(E)端子116。在一些情况下，开关110可以是MOSFET型开关，并且可以包括漏极(D)端子、源极(S)端子等。另外或替代地，开关110可以是其他类型的半导体装置。开关110中的每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率模块，其包括：/n封装结构，其包括一对并排间隔开的母线，每根母线均连接到对应的开关；以及/n导电垫，其位于所述母线与所述开关之间并与所述母线和所述开关电隔离，并且被配置成响应于由所述开关产生的通过所述母线并且在所述母线之间产生功率回路磁通量的电流流动，而产生部分地抵消所述功率回路磁通量的磁通量。/n

【技术特征摘要】
20180605 US 16/000,3981.一种功率模块，其包括：
封装结构，其包括一对并排间隔开的母线，每根母线均连接到对应的开关；以及
导电垫，其位于所述母线与所述开关之间并与所述母线和所述开关电隔离，并且被配置成响应于由所述开关产生的通过所述母线并且在所述母线之间产生功率回路磁通量的电流流动，而产生部分地抵消所述功率回路磁通量的磁通量。


2.如权利要求1所述的模块，其中所述垫是具有铜平面的印刷电路板。


3.如权利要求1所述的模块，其中所述垫是金属垫。


4.如权利要求1所述的模块，其中所述电流流动经由对应的引线框架部分进行，每个引线框架部分连接到所述母线中的不同母线。


5.如权利要求4所述的模块，其中所述垫与所述引线框架部分电隔离。


6.如权利要求4所述的模块，其中所述开关是硅裸片，所述开关中的每一个均具有与所述母线中的对应母线相邻设置的一侧和与所述引线框架部分相邻设置的另一侧。


7.如权利要求4所述的模块，其还包括两个铜间隔件，每个铜间隔件设置在所述引线框架的至少一部分与所述开关中的对应开关之间。


8.一种逆变器，其包括：
功率模块，其包括：封装...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐竹娴，雷光寅，内文·阿尔通尤尔特，陈靖奇，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US