CN211743138U - 一种功率模块及应用所述功率模块的组合单元 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种功率模块。所述功率模块包括芯片、引线框架、基板、外壳及连接端子。所述芯片的第一表面通过金属烧结的方式固定于基板上。所述引线框架一体成型，所述引线框架的一端通过金属烧结的方式与芯片的第二表面及基板固定连接，以构成功率模块的电路。所述外壳采用塑料树脂填充，以塑封芯片、引线框架及基板。所述连接端子的一端塑封于外壳内，并电连接于基板，所述连接端子的另一端伸出外壳外。所述连接端子包括输入端子及输出端子，所述输入端子与输出端子分别设置于外壳相对的两侧。本实用新型还公开了一种应用所述功率模块的组合单元。如此可增强功率模块的可靠性和功率密度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种功率模块及应用所述功率模块的组合单元。
背景技术
现有的大功率的功率模块，如硅基绝缘型功率半导体模块，是由多个Si-1GBT芯片和二极管芯片组合而成，在绝缘的底板上构成电路的模块型产品。这些芯片的下表面通常用焊锡连接在基板上，还通过用焊锡接合在散热板上，来提高基板的强度和散热性。
然而，焊锡材料的使用会限制工作温度在175℃左右，并且由于温度循环，焊锡接合的恶化加剧，热电阻上升，从而影响功率模块的可靠性；另外，由于焊锡的导热率低，使得功率模块的体积一般较大，从而减低功率密度。
实用新型内容
鉴于此，有必要提供一种具有高可靠性和高功率密度的功率模块及应用所述功率模块的组合单元。
本实用新型为达上述目的所提出的技术方案如下：
一种功率模块，所述功率模块包括芯片、引线框架、基板、外壳及连接端子，所述芯片的第一表面通过金属烧结的方式固定于所述基板上，所述引线框架一体成型，所述引线框架的一端通过金属烧结的方式与所述芯片的第二表面及所述基板固定连接，以构成所述功率模块的电路，所述外壳采用塑料树脂填充，以塑封所述芯片、所述引线框架及所述基板，所述连接端子的一端塑封于所述外壳内，并电连接于所述基板，所述连接端子的另一端伸出所述外壳外，所述连接端子包括输入端子及输出端子，所述输入端子与所述输出端子分别设置于所述外壳相对的两侧。
进一步地，所述芯片包括若干宽禁带半导体器件，以构成四分之一桥模块电路或者半桥模块电路或者全桥模块电路。
进一步地，所述芯片包括若干宽禁带半导体器件、热敏电阻及电流传感器，以构智能功率模块电路。
进一步地，所述金属烧结为铜烧结或银烧结，烧结厚度为30～200um。
进一步地，所述引线框架的厚度为0.5～1.5mm。
进一步地，所述基板为覆铜陶瓷板。
进一步地，所述外壳还包括固定部，用于固定所述功率模块，所述固定部为一贯穿所述外壳的通孔。
进一步地，所述外壳还包括固定部，用于固定所述功率模块，所述固定部为两个固定件，这两个固定件分别错位地设置于所述外壳相对的两侧，且与所述连接端子伸出所述外壳的方向垂直。
一种组合单元，所述组合单元包括散热模块及三个上述功率模块，这三个功率模块通过金属烧结的方式紧密排列地固定于所述散热模块上，并使得这三个功率模块的输入端子处于同一侧，且这三个功率模块的输出端子均处于相对的另一侧。
进一步地，所述金属烧结为铜烧结或银烧结，烧结厚度为30～200um。
进一步地，这三个功率模块之间并联连接。
进一步地，这三个功率模组合为全桥模块电路。
上述功率模块及应用所述功率模块的组合单元通过将构成功率模块的芯片、引线框架及基板之间采用高热导率金属烧结的方式连接，还通过一体成型的引线框架来构成功率模块四分之一桥模块电路或者半桥模块电路或者全桥模块电路等不同的模块电路。如此，既可增强功率模块的可靠性和提高功率密度，又可通过多个功率模块的不同组合，灵活地满足不同的功能需求，扩大应用范围。
附图说明
图1是本实用新型功率模块的一较佳实施方式的结构示意图。
图2是本实用新型功率模块的一较佳实施方式的另一结构示意图。
图3是本实用新型功率模块的一较佳实施方式的模块示意图。
图4是本实用新型功率模块的另一较佳实施方式的模块示意图。
图5是本实用新型组合单元的一较佳实施方式的应用结构示意图。
主要元件符号说明
功率模块 100
芯片 10
引线框架 20
基板 30
外壳 40
固定部 42
通孔 422
固定件 424
连接端子 50
输入端子 52
输出端子 54
散热模块 200
输入模块 300
输出模块 400
组合单元 500
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参考图1，本实用新型提供一种功率模块100。所述功率模块100包括芯片10、引线框架20、基板30及外壳40。在本实施方式中，所述功率模块100可应用于逆变器等电力设备。
所述芯片10的第一表面通过金属烧结的方式固定于所述基板30上。所述引线框架20一体成型，所述引线框架20通过金属烧结的方式与所述芯片10的第二表面及所述基板30固定连接，以构成所述功率模块100的电路。所述外壳40采用塑料树脂填充，以塑封所述芯片10、所述引线框架20及所述基板30。
进一步地，请参考图2，图2为本实用新型的一较佳实施方式的另一结构示意图，所述功率模块100还包括连接端子50。所述连接端子50的一端塑封于所述外壳40内，并电连接于所述基板30，所述连接端子50的另一端伸出所述外壳40外，以与其他电力模块(图未示)电连接。所述连接端子50包括输入端子52及输出端子54。所述输入端子52与所述输出端子54分别设置于所述外壳40相对的两侧。
在本实施方式中，所述芯片10包括若干宽禁带半导体器件，以构成四分之一桥模块电路或者半桥模块电路或者全桥模块电路，即构成1in1功率模块或2in1功率模块或6in1功率模块。在其他实施方式中，所述芯片10还可包括若干宽禁带半导体器件、热敏电阻及电流传感器，以构成智能功率模块电路。
在本实施方式中，所述金属烧结为铜烧结或银烧结，烧结厚度为30～200um。由于铜或银的热导率较高，如此可提高功率模块的使用温度范围，使其能在较高的温度环境下工作，且可降低热电阻，从而提升所述功率模块100的可靠性。
在本实施方式中，所述引线框架20采用金属材料，如铜。所述引线框架的厚度为0.5～1.5mm。本实用新型通过采用一体成型的引线框架，可提高所述芯片10、所述基板30及所述外壳40之间的结合强度，在进一步增强所述功率模块100的可靠性的同时，也利于所述功率模块100的小型化设计，从而提高功率密度。
在本实施方式中，所述基板30为覆铜陶瓷板。
进一步地，请参考图3及图4，所述外壳40还包括固定部42，用于将所述功率模块100固定于其他功能模块，如散热模块。在一较佳实施方式中，所述固定部42为一贯穿所述外壳40的通孔422(如图3)。如此可利用锁紧件，如螺丝，穿过所述通孔422将所述功率模块100固定于散热模块上。
在另一实施方式中，所述固定部42还可以两个固定件424(如图4)，这两个固定件424分别错位地设置于所述外壳40相对的两侧，且与所述连接端子50伸出所述外壳40的方向垂直。如此，当多个所述功率模块100组装时，可减少功率模块100之间的间距，进而可减小整个模块的体积。
请参考图5，本实用新型还提供了一种应用上述功率模块的组合单元500。所述组合单元500包括三个功率模块100及散热模块200。这三个功率模块100通过金属烧结的方式紧密排列地固定于所述散热模块200上，并使得这三个功率模块100的输入端子52处于同一侧，且这三个功率模块100的输出端子54均处于相对的另一侧。使用时，可将所述连接端子50的输入端子52与外部输入模块300电连接，将所述连接端子50的输出端子54与外部输出模块400电连接。
在本实施方式中，所述金属烧结为铜烧结或银烧结，烧结厚度为30～200um。
在本实施方式中，这三个功率模块100为2in1的功率模块，且这三个功率模块100之间并联连接。如此一来，单独一个2in1的功率模块的耐受电压/电流为1200V/200A，但通过将三个该功率模块组合使用时，其耐受电压/电流为1200/600A。
更多地，所述组合单元500中的三个功率模块100也可独立驱动，从输出端子54处输出三相功率。进一步地，这三个功率模块100还可组合为6in1的功率模块，以使得所述组合单元500实现逆变电路配置。如此，可提升功率模块的使用寿命，扩大应用范围。
由功率器件封装而成的功率模块，可广泛应用于光伏、电动汽车等应用领域。功率模块以高功率密度、高可靠性为发展路线和目标。高功率密度和高可靠性的功率模块，有利于降低系统的尺寸，提高系统的高功率密度。本实用新型通过将构成功率模块的芯片、引线框架及基板之间采用高热导率金属烧结的方式连接，还通过一体成型的引线框架来构成功率模块四分之一桥模块电路或者半桥模块电路或者全桥模块电路等不同的模块电路，如此，既可增强功率模块的可靠性和提高功率密度，又可通过多个功率模块的不同组合，灵活地满足不同的功能需求，扩大应用范围。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种功率模块，其特征在于，所述功率模块包括芯片、引线框架、基板、外壳及连接端子，所述芯片的第一表面通过金属烧结的方式固定于所述基板上，所述引线框架一体成型，所述引线框架的一端通过金属烧结的方式与所述芯片的第二表面及所述基板固定连接，以构成所述功率模块的电路，所述外壳采用塑料树脂填充，以塑封所述芯片、所述引线框架及所述基板，所述连接端子的一端塑封于所述外壳内，并电连接于所述基板，所述连接端子的另一端伸出所述外壳外，所述连接端子包括输入端子及输出端子，所述输入端子与所述输出端子分别设置于所述外壳相对的两侧。
2.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述芯片包括若干宽禁带半导体器件，以构成四分之一桥模块电路或者半桥模块电路或者全桥模块电路。
3.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述芯片包括若干宽禁带半导体器件、热敏电阻及电流传感器，以构智能功率模块电路。
4.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述金属烧结为铜烧结或银烧结，烧结厚度为30～200um。
5.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述引线框架的厚度为0.5～1.5mm。
6.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述基板为覆铜陶瓷板。
7.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述外壳还包括固定部，用于固定所述功率模块，所述固定部为一贯穿所述外壳的通孔。
8.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述外壳还包括固定部，用于固定所述功率模块，所述固定部为两个固定件，这两个固定件分别错位地设置于所述外壳相对的两侧，且与所述连接端子伸出所述外壳的方向垂直。
9.一种组合单元，其特征在于，所述组合单元包括散热模块及三个如权利要求1-8任意一项所述功率模块，这三个功率模块通过金属烧结的方式紧密排列地固定于所述散热模块上，并使得这三个功率模块的输入端子处于同一侧，且这三个功率模块的输出端子均处于相对的另一侧。
10.如权利要求9所述的组合单元，其特征在于，所述金属烧结为铜烧结或银烧结，烧结厚度为30～200um。
11.如权利要求9所述的组合单元，其特征在于，这三个功率模块之间并联连接。
12.如权利要求9所述的组合单元，其特征在于，这三个功率模组合为全桥模块电路。
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