功率模块制造技术

本发明专利技术提供了一种功率模块，该功率模块包括基板，该基板包括绝缘件和位于该绝缘件上的图案化敷镀金属。该图案化敷镀金属被分割成隔开的多个敷镀金属区域。敷镀金属区域中的相邻敷镀金属区域由穿过图案化敷镀金属延伸至绝缘件的凹槽分离。第一功率晶体管电路包括附接至敷镀金属区域中的第一敷镀金属区域的第一功率开关以及附接至敷镀金属区域中的邻近第一敷镀金属区域的第一侧的第二敷镀金属区域的第二功率开关。第二功率晶体管电路包括附接至第一敷镀金属区域的第三功率开关以及附接至敷镀金属区域中的邻近第一敷镀金属区域的与第一侧相对的第二侧的第三敷镀金属区域的第四功率开关。第二功率晶体管电路为第一功率晶体管电路的镜像。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种功率模块(power module),具体地涉及一种具有低杂散电感(stray inductance)的功率模块。
技术介绍
当设计新的功率模块时，IGBT (绝缘栅双极晶体管)功率模块内的效率是一个主要的挑战。影响功率模块的效率的一个因素是杂散电感。杂散电感直接地受功率模块的设计影响并且较少地受模块的基本物理性质影响。传统的IGBT功率模块设计趋于牺牲杂散电感，以增大模块的功率密度。这通常包括分离基板上的正(+ )与负(_) DC路径，横跨主电流路径横向地接合以易于将功率晶体管芯片接合至功率模块中的多个电势，和/或提供重复的布局以由于存在于模块中的共用元件的数量而容易制造。在每种情形中，结果是功率模块内的杂散电感的增加以及因此降低的效率。
技术实现思路
本文中描述的实施方式使功率模块内的杂散电感最小化，并且还使通过其中使用功率模块的系统的且用于将电流输送到功率模块外的功率模块外部的杂散电感最小化。从模块提取的功率的量通过减小杂散电感而增加。根据功率模块的一个实施方式，该功率模块包括基板，该基板包括绝缘件和位于该绝缘件上的图案化敷镀金属(patterned metallization)。该图案化敷镀金属被分割成隔开的多个敷镀金属区域。敷镀金属区域中的相邻敷镀金属区域由穿过图案化敷镀金属延伸至绝缘件的凹槽分离。第一功率晶体管电路包括附接至敷镀金属区域中的第一敷镀金属区域的第一功率开关以及附接至敷镀金属区域中的邻近第一敷镀金属区域的第一侧的第二敷镀金属区域的第二功率开关。第二功率晶体管电路包括附接至第一敷镀金属区域的第三功率开关以及附接至敷镀金属区域中的邻近第一敷镀金属区域的与第一侧相对的第二侧的第三敷镀金属区域的第四功率开关。第二功率晶体管电路为第一功率晶体管电路的镜像。根据功率模块的另一个实施方式，该功率模块包括基板，该基板包括绝缘件和位于该绝缘件上的图案化敷镀金属。该图案化敷镀金属分割成隔开的多个敷镀金属区域。敷镀金属区域中的相邻敷镀金属区域由穿过图案化敷镀金属延伸至绝缘件的凹槽分离。第一半桥电路包括附接至第一敷镀金属区域的第一功率开关以及附接至邻近第一敷镀金属区域的第一侧的第二敷镀金属区域的第二功率开关。第二半桥电路包括附接至第一敷镀金属区域的第三功率开关以及附接至邻近第一敷镀金属区域的与第一侧相对的第二侧的第三敷镀金属区域的第四功率开关。第二半桥电路为第一半桥电路的镜像。在阅读以下描述细节时并且在观看附图时，本领域技术人员将认识到其他特征和优点。附图说明附图的元件并非必须相对于彼此按比例绘制。相同的附图标记指代相应的类似部件。多个示出的实施方式的特征可以结合，除非它们相互排斥。实施方式在附图中描绘并且在以下描述中详述。图1示出了功率模块的平面图；图2示出了图1中示出的功率模块的示意性横截面图；图3示出了具有用于DC电源接线端的迭置标签的图1中示出的功率模块的平面图；图4示出了具有模块内的电流回路的迭置指示器的图1中示出的功率模块的平面图；图5示出了具有外电流路径和内电流路径的迭置指示器的图1中示出的功率模块的平面图。具体实施例方式图1示出了功率模块100 (诸如IGBT模块、MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)模块、或者其他类型的功率模块)的一个实施方式。例如，功率模块100包括位于模块100的一侧106上的DC电源接线端102，104以及位于模块100的另一侧112上的AC电源接线端108，110。功率模块100内的杂散电感可以减小，同时包括本文中所描述的特征。一个特征是包括在设计和布局上相互为镜像的两个功率晶体管电路114，116。功率晶体管电路114，116介于模块100的DC电源接线端102，104与AC电源接线端108，110之间。在操作过程中每个电路114，116都产生电流回路。电流回路通过相应的功率晶体管电路在相反方向上延伸，并且通过标记为“A”和“B”的迭置回路在图1中指出。这些回路产生相应的磁场，因为电流回路在相反方向上流动，所以这些磁场至少部分地相互抵消。抵消磁场减小了与电流回路相关的电感，这又减小了功率模块100内的杂散电感。功率模块100的杂散电感可以通过将镜像的功率晶体管电路114，116附接至相同的基板118而进一步减小。当如上所述将两个反向旋转的回路(图1中的“A”和“B”)设计在功率模块100中时，如果将两个回路都集成在相同的基板118上，那么模块100内的杂散电感可以进一步减小，因为这种设计确保了功率模块100内的功率晶体管的均一切换(即，防止了晶体管的不均一切换)。图2示出了沿着图1中标记为C-C’的线的功率模块100的局部横截面图，包括基板118的更详细视图。基板118包括绝缘件120 (诸如陶瓷基板)和位于绝缘件120上的图案化敷镀金属122。可选的敷镀金属123可以像图案化敷镀金属122那样设置在绝缘件120的相对侧上，例如以改进功率模块100的传热能力。基板118可以是直接铜结合(directcopper bonded DCB)基板、直接铝结合(DAB)基板或者活性金属钎焊(AMB)基板。可替代地，基板118可以是绝缘金属基板(MS)或包括被介质层(诸如环氧树脂)和介质层上的金属层(诸如铜或铝)覆盖的金属底板(例如，由铝或铜制成)的类似基板。在每种情形中，图案化敷镀金属122被分割成多个隔开的敷镀金属区域124。相邻的敷镀金属区域124由穿过图案化敷镀金属122延伸至下层的绝缘件120的凹槽126分离。参照图1和图2，第一功率晶体管电路114包括附接至第一敷镀金属区域124的第一功率开关128以及附接至邻近第一敷镀金属区域124的第一侧132的第二敷镀金属区域124的第二功率开关130。第二功率晶体管电路116包括附接至与第一电路114的第一功率开关128相同的敷镀金属区域124的第三功率开关134以及附接至邻近第一敷镀金属区域124的与第一侧132相对的第二侧138的第三敷镀金属区域124的第四功率开关136。该功率模块还具有集电器接线端140、电流感应接线端142，144、高边(high-side)发射器接线端146、高边栅极接线端148、低边(low-side)发射器接线端150、低边栅极接线端152和附加的控制接线端154，156。多个连接件162 (诸如接合线连接件)形成功率模块的接线端与功率晶体管电路114，116之间的电连接件。功率模块100还具有带有开口 158的框架160，例如以用于将功率模块100固定至散热器。第二功率晶体管电路116在设计和布局上为第一功率晶体管电路14的镜像。在一个实施方式中，功率晶体管电路114，116为半桥电路的镜像。半桥电路114，116的高边开关128，134可以附接至第一(中间)敷镀金属区域124，第一半桥电路114的低边开关130可以附接至第二(右侧)敷镀金属区域124，并且第二半桥电路116的低边开关136可以附接至第三(左侧)敷镀金属区域124，如图1中示出的。可替代地，半桥电路114，116的低边开关130，136可以附接至第一(中间)敷镀金属区域124，并且相应的高边开关128，134可以附接至相应的相邻敷镀金属区域124。可以使用其他类型的功率晶体管电路。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块，所述功率模块包括：基板，所述基板包括绝缘件和位于所述绝缘件上的图案化敷镀金属，所述图案化敷镀金属被分割成隔开的多个敷镀金属区域，所述敷镀金属区域中的相邻敷镀金属区域由穿过所述图案化敷镀金属延伸至所述绝缘件的凹槽分离；第一功率晶体管电路，所述第一功率晶体管电路包括附接至所述敷镀金属区域中的第一敷镀金属区域的第一功率开关以及附接至所述敷镀金属区域中的邻近所述第一敷镀金属区域的第一侧的第二敷镀金属区域的第二功率开关；以及第二功率晶体管电路，所述第二功率晶体管电路包括附接至所述第一敷镀金属区域的第三功率开关以及附接至所述敷镀金属区域中的邻近所述第一敷镀金属区域的与所述第一侧相对的第二侧的第三敷镀金属区域的第四功率开关，所述第二功率晶体管电路为所述第一功率晶体管电路的镜像。

【技术特征摘要】
2011.10.26 US 13/281,5481.一种功率模块，所述功率模块包括: 基板，所述基板包括绝缘件和位于所述绝缘件上的图案化敷镀金属，所述图案化敷镀金属被分割成隔开的多个敷镀金属区域，所述敷镀金属区域中的相邻敷镀金属区域由穿过所述图案化敷镀金属延伸至所述绝缘件的凹槽分离； 第一功率晶体管电路，所述第一功率晶体管电路包括附接至所述敷镀金属区域中的第一敷镀金属区域的第一功率开关以及附接至所述敷镀金属区域中的邻近所述第一敷镀金属区域的第一侧的第二敷镀金属区域的第二功率开关；以及 第二功率晶体管电路，所述第二功率晶体管电路包括附接至所述第一敷镀金属区域的第三功率开关以及附接至所述敷镀金属区域中的邻近所述第一敷镀金属区域的与所述第一侧相对的第二侧的第三敷镀金属区域的第四功率开关，所述第二功率晶体管电路为所述第一功率晶体管电路的镜像。2.根据权利要求1所述的功率模块，其中，所述第一功率晶体管电路可操作成在第一方向上产生第一电流，并且所述第二晶体管电路可操作成在与所述第一方向相反的第二方向上产生第二电流，以使响应于所述第一电流出现的磁场至少部分地被响应于所述第二电流出现的磁场抵消。3.根据权利要求1所述的功率模块,其中,所述第一功率晶体管电路可操作成产生通过所述第一功率开关和所述第二功率开关的电流回路，所述电流回路具有与以下各项相对应的宽度:所述第一功率开关的和所述第二功率开关的宽度、分离所述第一敷镀金属区域和所述第二敷镀金属区域的所述凹槽的宽度、所述凹槽的第一边缘与所述第一功率开关的面向所述凹槽的一侧之间的距离、以及所述凹槽的相对的第二边缘与所述第二功率开关的面向所述凹槽的一侧之间的距离。4.根据权利要求1所述的功率模块，其中，所述基板是直接铜结合基板。5.根据权利要求1所述的功率模块，还包括沿着所述功率模块的相同侧布置的第一极性的多个第一 DC电源接线端以及第二极性的多个第二 DC电源接线端，以使所述多个第一DC电源接线端被分组在一起，并共同地介于所述多个第二 DC电源接线端的第一组与所述多个第二 DC电源接线端的第二组之间。6.根据权利要求5所述的功率模块，还包括容纳所述基板、所述第一功率晶体管电路和所述第二功率晶体管电路的塑料框架，并且其中，所述多个第一 DC电源接线端和所述多个第二 DC电源接线端沿着所述塑料框架的相同侧布置，并由与所述塑料框架的爬电距离相对应的最小距离隔开。7.根据权利要求1所述的功率模块，其中，分离所述第一敷镀金属区域和所述第二敷镀金属区域的所述凹槽具有第一边缘和相对的第二边缘，并且其中，所述第一功率开关布置在所述第一边缘附近，并且所述第二功率开关布置在所述第二边缘附近。8.根据权利要求7所述的功率模块，其中，所述凹槽的所述第一边缘与所述第一功率开关的面向所述凹槽的一侧之间的距离是0.5mm或更小，并且其中，所述凹槽的所述第二边缘与所述第二功率开关的面向所述凹槽的一侧之间的距离是0.5mm或更小。9.根据权利要求1所述的功率模块，其中，分离所述第一敷镀金属区域和所述第三敷镀金属区域的所述凹槽具有第一边缘和相对的第二边缘，并且其中，所述第三功率开关布置在所述第一边缘附近，并且所述第四功率开关布置在所述第二边缘附近。10.根据权利要求9所述的功率模块，其中，所述凹槽的所述第一边缘与所述第三功率开关的面向所述凹槽的一侧之间的距离是0.5mm或更小，并且其中，所述凹槽的所述第二边缘与所述第四功率开关的面向所述凹槽的一侧之间的距离是0.5mm或更小。11.一种功率模块，所述功率模块包括: 基板，所述基板包括绝缘件和位于所述绝缘件上的图案化敷镀金属，所述图案化敷...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈·克里斯特曼，丹尼尔·多梅斯，帕特里克·琼斯，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：