CN220627804U - 一种dpim功率半导体h桥模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种DPIM功率半导体H桥模块，该模块包括环形的DBC板，所述DBC板沿环形被划分成间隔的功率区和引脚区，功率芯片两两对称装配于所述功率区，所述引脚区上装配有功能引脚；所述功率芯片和所述功能引脚构建成H桥。本模块采用环形DBC板，功率芯片、引脚等布局较为分散，电流产生的电感之间产生涡流效应，降低了杂散电感；本模块采用环形DBC板，芯片布局更分散，相较于传统矩形的功率模块集中布置功率芯片而言使芯片发热面分散，显著地提升了模块的散热能力，可以被适用于大功率的需求。

Description

一种DPIM功率半导体H桥模块

技术领域

本实用新型属于功率半导体领域，尤其是涉及一种DPIM功率半导体H桥模块。

背景技术

功率半导体模块一般是由两个或两个以上的功率芯片按一定电气连接在覆铜陶瓷基板(DCB)上，用弹性硅凝胶等保护材料密封在一个绝缘外壳内或采用塑料封装，实现半导体分立器件功能的模块。其主要应用于高压大电流场合，如智能电网、高铁/动车组等，这就导致了功率半导体全桥模块在工作中会产生大量的热，并且，由于芯片之间电流电感的相互影响，加之现有的功率半导体模块大多数为矩形封装，这就进一步导致封装在功率半导体模块中的功率芯片之间距离较近，彼此之间相互影响，进而产生了较大的杂散电感。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种DPIM功率半导体H桥模块，该模块能够有效降低杂散电感，且能够提高模块的散热能力。

该模块包括环形的DBC板，所述DBC板沿环形被划分成间隔的功率区和引脚区，功率芯片两两对称装配于所述功率区，所述引脚区上装配有功能引脚；所述功率芯片和所述功能引脚构建成H桥。

在一些实施方式中，所述功能引脚对称装配，增加两者的相隔间距，更进一步地降低杂散电感。

在一些实施方式中，所述功率区包括第一功率区、第二功率区和第三功率区，所述引脚区包括第一引脚区、第二引脚区、第三引脚区、第四引脚区和第五引脚区；

装配于所述第一功率区上的功率芯片的漏极与所述第一功率区电性连接，源极分别通过键合引线与装配于所述第二功率区、所述第三功率区上的功率芯片的漏极电性连接；装配于所述第二功率区、所述第三功率区上的功率芯片的源极通过键合引线与所述第五引脚区电性连接，所述第五引脚区上装配有与所述第五引脚区电性连接的负极引脚；

所述第一引脚区、所述第二引脚区、所述第三引脚区和所述第四引脚区上分别装配有与引脚区电性连接的控制引脚，该控制引脚与功率芯片的门极通过键合引线分别与第一引脚区、所述第二引脚区、所述第三引脚区和所述第四引脚区电性连接实现电性连接；

所述第一功率区上还装配有与所述第一功率区电性连接的电源引脚。

在一些实施方式中，本模块还包括用于对所述芯片功率和所述功能引脚进行塑封的封胶体；所述封胶体的高度为所述功能引脚高度的1/3，提高了模块的绝缘性，避免外部设备/电路的干扰，保证了模块的稳定性。

在一些实施方式中，所述封胶体为封装树脂或者硅凝胶。

在一些实施方式中，本模块还包括环形外壳，所述DBC板位于所述环形外壳内，所述功能引脚的顶端沿竖直方向延伸出所述环形外壳；提高了模块的绝缘性，避免外部设备/电路的干扰，保证了模块的稳定性。

在一些实施方式中，所述DBC板包括第一覆铜层、陶瓷层和第二覆铜层，所述功率区和所述引脚区形成于所述第二覆铜层上。

在一些实施方式中，所述功率芯片为IGBT芯片和FRD芯片。

在一些实施方式中，所述IGBT芯片和FRD芯片通过焊料以真空回流焊焊接在功率区上。

在一些实施方式中，所述功能引脚通过锡膏或者纳米银焊膏粘接或焊接在所述功率区和所述引脚区。

本实用新型的有益效果至少有：

本模块采用环形DBC板，功率芯片、引脚等布局较为分散，电流产生的电感之间产生涡流效应，降低了杂散电感。

本模块采用环形DBC板，芯片布局更分散，相较于传统矩形的功率模块集中布置功率芯片而言使芯片发热面分散，显著地提升了模块的散热能力，可以被适用于大功率的需求。

各功能引脚对称设计，方便PCB板布板走线。

附图说明

图1为本实用新型提供的H桥模块的结构示意图；

图2为本实用新型实施H桥模块电气分布图；

图3为本实用新型描述的H桥电气电路原理拓扑图；

图中带箭头的虚线是电流流向的指示。

实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案,因此只作为一部分示例而非全部,并不能以此来限制本实用新型的保护范围。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

需要注意的是,除非另有说明,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本实用新型提供的H桥模块包括环形的DBC板1，DBC板1沿环形被划分成间隔的功率区和引脚区，功率芯片7两两对称装配于功率区，引脚区上装配有功能引脚；功率芯片7和功能引脚构建成H桥。功能引脚用于实现电源、控制信号的接入，及与负载电气连接，实现对负载的驱动、控制，结合H桥电路结构，功能引脚被配置包括用于电源接入的电源引脚2、用于控制信号接入的控制引脚3、H桥电源地的负极引脚4和与负载电气连接的输出引脚5。

本模块通过封胶体6封装，或通过环形外壳封装，或通过封胶体6和环形外壳进行封装，以保证模块的稳定性；封胶体6封装时，封胶体6的厚度以能够完全封装功率芯片7和各功能引脚根部即可；功能引脚可以是插针型，包括底座和引脚本体，封胶体6的厚度将引脚的底座完全覆盖即可；功能引脚还可以是瓦片式结构，封胶体6的厚度不超过引脚的高度即可。各功能引脚的高度可以相等，也可以不等；相等时，封胶体6的厚度为引脚高度的1/3。

环形外壳封装时，DBC板1置于环形外壳内，功能引脚延伸出环形外壳。封胶体6和环形外壳封装时，先用封胶体6将功率芯片7和各功能引脚根部封装，再将模块置于环形外壳内，各功能引脚延伸出环形外壳。

本公开中，封胶体6为封装树脂或者硅凝胶。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作更进一步地详细描述。

请参照图1-3，本实用新型提供的DPIM功率半导体H桥模块，包括环形的DBC板1、电源引脚2、控制引脚3、负极引脚4和输出引脚5。

DBC板1为圆形或环状结构，包括第一覆铜层、陶瓷层、第二覆铜层，第一覆铜层、陶瓷层、第二覆铜层采用DBC或AME陶瓷衬底工艺制成DBC板1。

第二覆铜层沿任意直径位置被划分成第一功率区11、第二功率区12、第三功率区13、第一引脚区14、第二引脚区15、第三引脚区16、第四引脚区17和第五引脚区18。

第一功率区11、第二功率区12和第三功率区13上分别装配有功率芯片7，用于构建H桥，H桥的电路结构如图2所示，输出用于驱动电机或其它负载；电源引脚2装配于第一功率区11，与装配于第一功率区11上的功率芯片电源端电气连接；第一引脚区14、第二引脚区15、第三引脚区16和第四引脚区17上分别装配有控制引脚3，用于与功率芯片的控制端电气连接；第五引脚区18上装配有负极引脚4，用于与功率芯片的低电源端电气连接。

引脚与引脚区电气连接，功率芯片7与引脚之间的电气连接实现方式可以通过键合引线、导线、铝线、铝带等具有导电性的零件实现，如图2所示，构建成如图3所示的电路拓扑结构；各引脚用于与外部电源、负载等电气连接，实现电源的接入、负载的驱动等。

电源引脚2、控制引脚3、负极引脚4和输出引脚5靠近DBC板1的圆周装配，增大引脚之间的间距，提供功率芯片的装配及散热空间，又能更好地降低功率芯片之间的分布电感。

本模块DBC板1被环形划分为功率区和引脚区，电源接入和负极环形分布，电流方向如图2所示，产生涡流效应，降低了杂散电感。

输出引脚5可以被配置为两个、四个、六个或其它数量，其用于负载连接，在电源引脚2和控制引脚4上分别接入有效信号（能够使功率芯片工作的信号），功率芯片7工作，实现H桥驱动功能驱动连接于输出引脚5上的负载。如本模块被用于驱动电机时，输出引脚5可以被定义为V相和U相，分别接电机；控制引脚4上根据需要接入控制信号，使图3中G1、G4导通，G2、G3截止；或者G1、G4截止，G2、G3导通，实现电极正反转的驱动控制。

功率芯片7通过粘接或焊接方式装配于第一、二、三功率区，焊接方式下采用锡膏或者纳米银焊膏焊接；功率芯片7可以被配置为IGBT芯片或者IGBT芯片和FRD芯片，FRD芯片为IGBT芯片的续流二极管，提供IGBT芯片的保护。

本公开中，电源引脚2和负极引脚4相对设置，以更好地形成如图2所示电流方向，如电源引脚2和负极引脚4被沿DBC板1直径两端对称设置。

第一引脚区14相邻设置于第二引脚区15，并分别与相邻设置的第三引脚区16和第四引脚区17相对设置，使控制引脚3呈相对设置结构。

输出引脚5被配置为多个时，同样也可以是被相对设置。

当然，本领域技术人员应当理解是的，各引脚不相对设置也是可以的。

本H桥模块结构简单，效果显著，如图2虚线示出的电流流向，由于H桥模式下的芯片布局在圆形或者环形的DBC板上较为分散，彼此之间产生的电流电感影响较低，能够很好的进一步降低功率模块的杂散电感；同时电气结构层布局使电极端子对称设计，方便PCB板布板走线；并且，由于功率芯片在工作中还会产生大量的热量，在相同此村的DBC基上，圆形的DBC板芯片布局更分散，相较于传统矩形的功率模块集中布置功率芯片而言使芯片发热面分散，能够显著增强散热能力，可满足大功率的需求。

最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制。尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种DPIM功率半导体H桥模块，其特征在于，该模块包括环形的DBC板，所述DBC板沿环形被划分成间隔的功率区和引脚区，功率芯片两两对称装配于所述功率区，所述引脚区上装配有功能引脚；所述功率芯片和所述功能引脚构建成H桥。

2.根据权利要求1所述的DPIM功率半导体H桥模块，其特征在于，所述功能引脚对称装配。

3.根据权利要求1所述的DPIM功率半导体H桥模块，其特征在于，所述功率区包括第一功率区、第二功率区和第三功率区，所述引脚区包括第一引脚区、第二引脚区、第三引脚区、第四引脚区和第五引脚区；

装配于所述第一功率区上的功率芯片的漏极与所述第一功率区电性连接，源极分别通过键合引线与装配于所述第二功率区、所述第三功率区上的功率芯片的漏极电性连接；装配于所述第二功率区、所述第三功率区上的功率芯片的源极通过键合引线与所述第五引脚区电性连接，所述第五引脚区上装配有与所述第五引脚区电性连接的负极引脚；

所述第一引脚区、所述第二引脚区、所述第三引脚区和所述第四引脚区上分别装配有与引脚区电性连接的控制引脚，该控制引脚与功率芯片的门极通过键合引线分别与第一引脚区、所述第二引脚区、所述第三引脚区和所述第四引脚区电性连接实现电性连接；

所述第一功率区上还装配有与所述第一功率区电性连接的电源引脚。

4.根据权利要求1所述的DPIM功率半导体H桥模块，其特征在于，还包括用于对所述芯片功率和所述功能引脚进行塑封的封胶体；所述封胶体的高度为所述功能引脚高度的1/3。

5.根据权利要求4所述的DPIM功率半导体H桥模块，其特征在于，所述封胶体为封装树脂或者硅凝胶。

6.根据权利要求1所述的DPIM功率半导体H桥模块，其特征在于，还包括环形外壳，所述DBC板位于所述环形外壳内，所述功能引脚的顶端沿竖直方向延伸出所述环形外壳。

7.根据权利要求1所述的DPIM功率半导体H桥模块，其特征在于，所述DBC板包括第一覆铜层、陶瓷层和第二覆铜层，所述功率区和所述引脚区形成于所述第二覆铜层上。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的DPIM功率半导体H桥模块，其特征在于，所述功率芯片为IGBT芯片和FRD芯片。

9.根据权利要求8所述的DPIM功率半导体H桥模块，其特征在于，所述IGBT芯片和FRD芯片通过焊料以真空回流焊焊接在功率区上。

10.根据权利要求1所述的DPIM功率半导体H桥模块，其特征在于，所述功能引脚通过锡膏或者纳米银焊膏粘接或焊接在所述功率区和所述引脚区。