一种低寄生电感的集成固态开关模块及其封装设计方法技术

本发明专利技术公开了一种低寄生电感的集成固态开关模块及其封装设计方法，开关模块包括：固态电子开关芯片的串并联阵列、陶瓷覆铜板、PCB板等。本发明专利技术利用陶瓷覆铜板多层板集成固态开关工艺，下层板用于焊接固态开关阵列的一极，中间层与顶层焊接固态开关阵列的另一极。底层、中间层、顶层板在固态快关模块导通时都可以流通电流，通过对固态快关阵列进行特殊排序，使得流过底层、中间层、顶层电路的电流方向互相相反从而使得电流流过电路时产生的寄生电感相互抵消得到一个比较小的寄生电感值。本发明专利技术通过对陶瓷覆铜板上的固态开关芯片进行特殊排序来降低集成模块的寄生电感，从而提高电子开关的开关速度，降低开关损耗。降低开关损耗。降低开关损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种低寄生电感的集成固态开关模块及其封装设计方法


[0001]本专利技术涉及电力领域，尤其是涉及一种低寄生电感的集成固态开关模块及其封装设计方法。

技术介绍

[0002]集成固态开关广泛用于与高压电场相关的领域，包括但不限于电动汽车、水力发电、核能控制、高速铁路、生物医学等。
[0003]目前主流的集成固态开关的封装结构可分为三种：传统键合线结构、混合结构、平板结构。传统键合线结构生产工艺成熟、制造成本低，但是功率回路中寄生电感值较大，固态开关关断过冲中会存在较严重的过冲、振铃现象，严重的会导致器件被击穿；混合结构是改良了传统键合线结构，优点是相对传统键合线结构，其封装模块内部的寄生电感值相对较低，工艺成熟，但是相对于平板结构其寄生电感值还是较大；所以平板结构是寄生电感值最低的封装结构之一，但其仍存在闭合时产生的过冲、振铃、高开关损耗等问题，并且寄生电感仍有优化的空间。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术的不足，实现降低集成封装模块内部电路技术参数、提高开关稳定、降低开关损耗的目的，本专利技术采用如下的技术方案：本专利技术设备主要用于降低开关功率回路的寄生电感等杂散参数。
[0005]一种低寄生电感的集成固态开关模块，包括顶层、中间层和底层，电子开关芯片设置于底层，电子开关芯片构成固态开关集成阵列，包括依次排布为第三行阵列、第一行阵列和第二行阵列，第一行阵列中电子开关芯片的源极，通过中间层与第二行阵列中对应的电子开关芯片的漏极连接，第二行阵列中电子开关芯片的源极，通过顶层与第三行阵列中对应的电子开关芯片的漏极连接，中间层电流主要是第一行阵列流向第二行阵列的电流，顶层电流是第二行阵列流向第三行阵列的电流，当开关导通时，中间层电流的方向与顶层的电流方向相反，使各层之间回路的电流方向相反，通过各电路层的电感相互抵消的方法，得到较小的功率回路寄生电感，从而得到了一个电流电压等级高、低寄生电感的集成开关模块，减少了开关损耗，提高了输入电压转换功率，保证了集成开关模块的工作稳定性。
[0006]进一步地，第一行阵列中电子开关芯片的漏极与开关模块的输入端连接，第三行阵列中电子开关芯片的源极与开关模块的输出端连接。
[0007]进一步地，同一行电子开关芯片的漏极相互连接、栅极相互连接，相互连接的漏极和栅极分别与电子开关控制端连接，电子开关控制端通过输入控制信号，控制电子开关芯片的导通与关断。
[0008]进一步地，同一行电子开关芯片设有静态均压电路，静态均压电路包括二极管、电容和电阻，二极管的一端与电子开关芯片的漏极连接，另一端经并联的电容和电阻后，与电子开关芯片的源极连接，用于保证开关模块的稳定性，在电子开关芯片不工作处于断开状
态时，每个电子开关芯片所受电压相等。
[0009]进一步地，开关模块的一侧设置输入端和输出端，另一侧设置电子开关控制端，分开两侧的设计，目的是为了避免功率输入、输出端口的大电流大电压对控制端口产生干扰。
[0010]进一步地，所述电子开关芯片的顶部与中间层连接，电子开关芯片的源极设置在芯片顶部，漏极设置在芯片底部，便于实现第一行阵列与第二行阵列在中间层的连接。
[0011]一种低寄生电感的集成固态开关模块封装设计方法，包括如下步骤：S1，构建包含顶层、中间层和底层的开关模块，并将电子开关芯片构成的固态开关集成阵列设置于底层；S2，将固态开关集成阵列包含的三行阵列，依次排布为第三行阵列、第一行阵列和第二行阵列；S3，将第一行阵列中电子开关芯片的源极，通过中间层与第二行阵列中对应的电子开关芯片的漏极连接，第二行阵列中电子开关芯片的源极，通过顶层与第三行阵列中对应的电子开关芯片的漏极连接。
[0012]中间层电流主要是第一行阵列流向第二行阵列的电流，顶层电流是第二行阵列流向第三行阵列的电流，当开关导通时，中间层电流的方向与顶层的电流方向相反，使各层之间回路的电流方向相反，通过各电路层的电感相互抵消的方法，得到较小的功率回路寄生电感，从而得到了一个电流电压等级高、低寄生电感的集成开关模块，减少了开关损耗，提高了输入电压转换功率，保证了集成开关模块的工作稳定性。
[0013]进一步地，电子开关芯片的顶部设置源极，底部设置漏极，步骤S3中，将第一行阵列中电子开关芯片的顶部与中间层连接，由设置在所述电子开关芯片顶部的源极，通过中间层与第二行阵列中电子开关芯片底部的漏极连接，便于实现第一行阵列与第二行阵列在中间层的连接。
[0014]进一步地，步骤S3中，将同一行电子开关芯片的漏极相互连接、栅极相互连接，相互连接的漏极和栅极分别与电子开关控制端连接，电子开关控制端通过输入控制信号，控制电子开关芯片的导通与关断。
[0015]进一步地，步骤S3中，将第一行阵列中电子开关芯片的漏极与开关模块的输入端连接，将第三行阵列中电子开关芯片的源极与开关模块的输出端连接。
[0016]本专利技术的优势和有益效果在于：本专利技术基于平板结构，对固态开关进行特殊排序，进一步地得到更低的寄生电感值，极大优化了集成固态开关在闭合时产生的过冲、振铃、高开关损耗等问题，从而降低了集成封装模块内部电路的技术参数、提高了开关稳定性、降低了开关损耗。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例中由电子开关SiC MOSFET构成的3
╳
5固态开关集成阵列和静态均压电路的拓扑示意图。
[0018]图2为本专利技术实施例中固态开关芯片在陶瓷覆铜基板同一水平面的分布图。
[0019]图3a为本专利技术实施例中固态开关集成模块的三维模型图。
[0020]图3b为本专利技术实施例中固态开关集成模块的侧视图。
具体实施方式
[0021]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0022]本专利技术通过调节固态开关芯片在陶瓷覆铜板上的位置，使各层间的电流方向流向相反，得到一个电流电压等级高、低寄生电感的集成开关模块。减少了开关损耗，提高了输入电压转换功率，保证了集成开关模块的工作稳定性。
[0023]如图1所示，一种低寄生电感的集成固态开关模块，包括3
╳
5的固态开关集成阵列、静态均压电路RCD、陶瓷覆铜板AlN DBC、PBC板、灌封胶、外壳。底层是陶瓷覆铜板、中间层以及顶层是PCB板，电子开关芯片底部通过银烧结焊接于陶瓷覆铜板上、而电子开关芯片顶部通过烧结焊接于中间层，中间层再通过盲孔把回路引上顶层。其中底部陶瓷覆铜板的厚度300um、焊料厚度100um、PCB底层铜层厚度100um、PCB介质层厚度100um、PCB顶层铜层厚度100um。考虑空气的击穿场强和器件的长久稳定性，可以在集成封装模块中灌入灌封胶，将功率器件与外部环境进行隔离，起保护功率器件作用，灌封胶可选用Qgel 310。该平板结构的封装无须用到键合线，降低了固态开关功率回路的寄生电感。
[0024]电子开关SiC MOSFET（本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低寄生电感的集成固态开关模块，包括顶层、中间层和底层，电子开关芯片设置于底层，其特征在于：所述电子开关芯片构成固态开关集成阵列，包括依次排布为第三行阵列、第一行阵列和第二行阵列，第一行阵列中电子开关芯片的源极，通过中间层与第二行阵列中对应的电子开关芯片的漏极连接，第二行阵列中电子开关芯片的源极，通过顶层与第三行阵列中对应的电子开关芯片的漏极连接。2.根据权利要求1所述的一种低寄生电感的集成固态开关模块，其特征在于：所述第一行阵列中电子开关芯片的漏极与开关模块的输入端连接，第三行阵列中电子开关芯片的源极与开关模块的输出端连接。3.根据权利要求1所述的一种低寄生电感的集成固态开关模块，其特征在于：同一行所述电子开关芯片的漏极相互连接、栅极相互连接，相互连接的漏极和栅极分别与电子开关控制端连接，电子开关控制端通过输入控制信号，控制电子开关芯片的导通与关断。4.根据权利要求1所述的一种低寄生电感的集成固态开关模块，其特征在于：同一行所述电子开关芯片设有静态均压电路，静态均压电路包括二极管、电容和电阻，二极管的一端与电子开关芯片的漏极连接，另一端经并联的电容和电阻后，与电子开关芯片的源极连接。5.根据权利要求1所述的一种低寄生电感的集成固态开关模块，其特征在于：所述开关模块的一侧设置输入端和输出端，另一侧设置电子开关控制端。6.根据权利要求1所述的一种低寄生电感的集成固态开关模块，其特征在于：所述电子开关芯片的顶部与中间层连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶鑫，陈昊君，陈晓东，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：