一種功率模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力電子領域，特別是涉及一種功率模塊。
【背景技術】
[0002]功率模塊是功率電子電力器件如金屬氧化物半導體(功率M0S管)、絕緣柵型場效應晶體管(IGBT)，快恢復二極管(FRD)按一定的功能組合封裝成的電力開關模塊，其主要用于電動汽車，光伏發電，風力發電，工業變頻等各種場合下的功率轉換。
[0003]由于模塊中的功率開關被重復地切換，由其結構配置所產生的電感會降低功率模塊的可靠性。現有的模塊續流回路面積大，模塊的續流回路電感很大，使模塊的開關損耗大，可靠性低。
【實用新型內容】
[0004]實用新型目的:本實用新型的目的是提供一種雜散電感低、開關損耗小、可靠性高的功率模塊。
[0005]技術方案:為達到此目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0006]本實用新型所述的功率模塊，包括底板、正電極、負電極、輸出電極和絕緣基板，絕緣基板設于底板上，正電極、負電極和輸出電極與底板之間均設有絕緣層，絕緣基板包括導熱絕緣層以及形成于該導熱絕緣層上的銅層;所述絕緣基板的銅層上設有多個相互獨立的環形絕緣槽，絕緣槽包圍的銅層為下橋臂銅層，絕緣槽外側的銅層為上橋臂銅層，下橋臂銅層上設有下橋臂功率芯片單元，上橋臂銅層上設有上橋臂功率芯片單元；由正電極流出的工作電流通過上橋臂銅層流入上橋臂功率芯片單元，最后流至輸出電極；由負電極流出的續流電流通過下橋臂功率芯片單元流入下橋臂銅層，最后流至輸出電極。
[0007]進一步，所述正電極與負電極在平行于底板的方向上疊層設置，且正電極與負電極之間也設有絕緣層。
[0008]進一步，所述絕緣槽刻蝕在絕緣基板的銅層上。
[0009]進一步，所述上橋臂功率芯片單元包括多個并聯的上橋臂功率芯片組，下橋臂功率芯片單元包括多個并聯的下橋臂功率芯片組;所述上橋臂功率芯片組包括集成于一體的上橋臂功率開關和上橋臂內部二極管，且上橋臂功率開關和上橋臂內部二極管并聯;下橋臂功率芯片單元包括集成于一體的下橋臂功率開關和下橋臂內部二極管，且下橋臂功率開關和下橋臂內部二極管并聯；由負電極流出的續流電流流經下橋臂內部二極管的正極、下橋臂內部二極管的負極，然后經下橋臂銅層流至輸出電極。
[0010]進一步，所述上橋臂功率芯片單元包括多個并聯的上橋臂功率芯片組，下橋臂功率芯片單元包括多個并聯的下橋臂功率芯片組;所述上橋臂功率芯片組包括并聯的上橋臂功率開關、上橋臂內部二極管和上橋臂外部二極管，且上橋臂功率開關和上橋臂內部二極管集成于一體;下橋臂功率芯片組包括并聯的下橋臂功率開關、下橋臂內部二極管和下橋臂外部二極管，且下橋臂功率開關和下橋臂內部二極管集成于一體；由負電極流出的續流電流流經下橋臂內部二極管和下橋臂外部二極管的正極、下橋臂內部二極管和下橋臂外部二極管的負極，然后經下橋臂銅層流至輸出電極。
[0011 ]進一步，所述上橋臂功率芯片單元包括多個并聯的上橋臂功率芯片組，下橋臂功率芯片單元包括多個并聯的下橋臂功率芯片組;所述上橋臂功率芯片組包括上橋臂功率開關，上橋臂功率開關外部并聯有上橋臂外部二極管；下橋臂功率芯片組包括下橋臂功率開關，下橋臂功率開關并聯有下橋臂外部二極管；由負電極流出的續流電流流經下橋臂外部二極管的正極、下橋臂外部二極管的負極，然后經下橋臂銅層流至輸出電極。
[0012]進一步，所述上橋臂功率開關和下橋臂功率開關均為功率M0S管；由正電極流出的工作電流通過上橋臂銅層流入上橋臂功率開關的漏極，然后經上橋臂功率開關的源極流出至輸出電極。
[0013]進一步，所述上橋臂功率開關和下橋臂功率開關均為IGBT管；由正電極流出的工作電流通過上橋臂銅層流入上橋臂功率開關的集電極，然后經上橋臂功率開關的發射極流出至輸出電極。
[0014]進一步，所述上橋臂功率開關為M0S管，下橋臂功率開關為IGBT管；由正電極流出的工作電流通過上橋臂銅層流入上橋臂功率開關的漏極，然后經上橋臂功率開關的源極流出至輸出電極。
[0015]進一步，所述上橋臂功率開關為IGBT管，下橋臂功率開關為M0S管；由正電極流出的工作電流通過上橋臂銅層流入上橋臂功率開關的集電極，然后經上橋臂功率開關的發射極流出至輸出電極。
[0016]有益效果:
[0017]1)本實用新型提供的功率模塊中，絕緣基板的銅層上設有多個相互獨立的環形絕緣槽，絕緣槽包圍的銅層為下橋臂銅層，絕緣槽外側的銅層為上橋臂銅層，下橋臂銅層形成孤島，且正電極與負電極疊層設置，使得由正電極流出的工作電流分流成多路，分別流經相鄰下橋臂銅層之間的上橋臂銅層，而由負電極流出的續流電流從相鄰的工作電流中間流過，因此，工作電流通路與續流電流通路圍成的面積小，能夠有效降低雜散電感，減小開關損耗，提尚可靠性；
[0018]2)本實用新型的上橋臂功率芯片組與下橋臂功率芯片組的個數可為單數或者雙數，使得設計更加靈活；
[0019]3)本實用新型提供的功率模塊應用在高速功率模塊領域時，能夠更好地降低雜散電感，減小開關損耗；
[0020]4)本實用新型提供的功率模塊可采用邦定線將各電極、各銅層以及各功率芯片單元直接連通，有效簡化了電路結構，降低了成本。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本實用新型的實施例的電流流向不意圖；
[0022]圖2是本實用新型的實施例的結構圖；
[0023]圖3是本實用新型的實施例的帶殼體的結構圖；
[0024]圖4是本實用新型的實施例中上橋臂功率開關和下橋臂功率開關均為IGBT管時的電路圖；
[0025]圖5是本實用新型的實施例中上橋臂功率開關和下橋臂功率開關均為功率MOS管時的電路圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖，對本實用新型的技術方案做進一步的闡述。
[0027]如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型第一實施例的功率模塊包括底板1、絕緣的外殼
9、正電極2、負電極3、輸出電極4、絕緣基板5、上橋臂功率芯片單元6和下橋臂功率芯片單元
7。外殼9設置在底板1上，其底部中間挖掉一部分，邊緣的一圈保留，正電極2、負電極3和輸出電極4注塑在外殼9底部邊緣保留的部分，也即正電極2、負電極3和輸出電極4與底板1之間均是絕緣的。輸出電極4設置于外殼9底部的一端，正電極2和負電極3設置于外殼9底部的另一端。絕緣基板5設于底板1上，它是三層結構，包括上表面銅層、下表面銅層和中間的氧化鋁或氮化鋁陶瓷，其中上表面銅層與芯片連接，刻蝕有電路圖，改變上表面銅層的分布形式即可改變絕緣基板5上表面電流的路徑。絕緣基板5的上表面銅層上刻蝕有三個相互獨立的環形絕緣槽12，絕緣槽12包圍的銅層為下橋臂銅層，絕緣槽12外側的銅層為上橋臂銅層，使得三個下橋臂銅層彼此孤立、形成孤島，且相鄰兩個下橋臂銅層之間除了設有兩個絕緣槽12，還設有部分上橋臂銅層。上橋臂銅層上設有一個上橋臂功率芯片單元，上橋臂功率芯片單元包括六個并聯的上橋臂功率芯片組6;下橋臂銅層上設有三個下橋臂功率芯片單元，每個下橋臂功率芯片單元均包括兩個并聯的下橋臂功率芯片組7，共有六個下橋臂功率芯片組7。上橋臂功率芯片組和下橋臂功率芯片組的個數可為單數或者雙數，使得設計更加靈活。
[0028]上橋臂功率芯片組6和下橋臂功率芯片組7的第一種結構為:上橋臂功率芯片組6包括集成于一體的上橋臂功率開關和上橋臂內部二極管，且上橋臂功率開關和上橋臂內部二極管并聯；下橋臂功率芯片單元包括集成于一體的下橋臂功率開關和下橋臂內部二極管，且下橋臂功率開關和下橋臂內部二極管并聯；由負電極3流出的續流電流11流經下橋臂內部二極管的正極、下橋臂內部二極管的負極，然后經下橋臂銅層流至輸出電極4。
[0029]上橋臂功率芯片組6和下橋臂功率芯片組7的第二種結構為:上橋臂功率芯片組6包括并聯的上橋臂功率開關、上橋臂內部二極管和上橋臂外部二極管，且上橋臂功率開關和上橋臂內部二極管集成于一體;下橋臂功率芯片組7包括并聯的下橋臂功率開關、下橋臂內部二極管和下橋臂外部二極管，且下橋臂功率開關和下橋臂內部二極管集成于一體；由負電極3流出的續流電流11流經下橋臂內部二極管和下橋臂外部二極管的正極、下橋臂內部二極管和下橋臂外部二極管的負極，然后經下橋臂銅層流至輸出電極4。
[0030]上橋臂功率芯片組6和下橋臂功率芯片組7的第三種結構為:上橋臂功率芯片組6包括上橋臂功率開關，上橋臂功率開關外部并聯有上橋臂外部二極管;下橋臂功率芯片組7包括下橋臂功率開關，下橋臂功率開關并聯有下橋臂外部二極管；由負電極3流出的續流電流11流經下橋臂外部二極管的正極、下橋臂外部二極管的負極，然后經下橋臂銅層流至輸出電極4。
[0031]其中，上橋臂功率開關為功率M0S管或者IGBT管，下橋臂功率開關為功率M0S管或者IGBT管。
[0032]當上橋臂功率開關和下橋臂功率開關均為功率M0S管時，上橋臂銅層包括上橋臂漏極銅層51和上橋臂源極銅層52，下橋臂