一种快速功率模块及功率模组的制作方法

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种快速功率模块及功率模组。

背景技术：

功率模块是功率电子电力器件如金属氧化物半导体（功率mos管）、绝缘栅型场效应晶体管（igbt），快恢复二极管（frd）按一定的功能组合封装成的电力开关模块，其主要用于电动汽车，风力发电，工业变频等各种场合下的功率转换。

电动汽车的电机驱动电路通常包括三组分别具有上下桥臂的功率模块，图1为现有的一种功率模块的电路示意图，其示出的是一组具有上下桥臂的功率模块的电路示意图，其包括：作为上桥臂的绝缘栅型场效应晶体管z1，以及与其反向并联的快恢复二极管d1，作为下桥臂的绝缘栅型场效应晶体管z2，以及与其反向并联的快恢复二极管d2，其中绝缘栅型场效应晶体管z1的集电极连接功率模块的正极p+，其发射极连接缘栅型场效应晶体管z2的集电极，缘栅型场效应晶体管z2的发射极连接功率模块的负极p-，绝缘栅型场效应晶体管z1的发射极和z2的集电极共同连接功率模块的输出端子。在实际应用中，通常使用三组该功率模块来为电机提供三相交流电；在此仅以一组功率模块的电路示意图来说明其工作原理：当绝缘栅型场效应晶体管z1接通时，电流依次经功率模块的正极p+、绝缘栅型场效应晶体管z1的集电极、发射极、功率模块输出端子output输出至电机；当绝缘栅型场效应晶体管z1关断时，由于电机为感性负载，为保证电流流向不变，续流电流需经其它组的功率模块经该功率模块的负极p-、二极管d2、功率模块输出端子output输出至电机。

在某些实际应用下，功率模块中的电子器件也可以采用功率mos管，图2是另一种功率mos管模块的电路示意图，其包括：作为上桥臂的功率mos管m1、作为下桥臂的功率mos管m2、其中功率mos管m1的漏极连接功率模块的正极p+，功率mos管m1的源极连接功率mos管m2的漏极，功率mos管m2的源极连接功率模块的负极p-，功率mos管m1的源极和功率mos管m2的漏极共同连接接功率模块的输出端子，其工作原理与采用绝缘栅型场效应晶体管的模块类似，其两者之间的区别主要在于功率mos管内置反向二极管，因此不需要并联反向二极管。另外，逆导型igbt与功率mos有相同的结构和功能，由于内置二极管，不需反向并联二极管，模块设计及结构与功率mos相似，在此不再赘述。

在实际应用中，寄生电感一直以来都是功率电子器件应用中需要克服的主要难题，尤其是在功率mos管的高频和大功率的应用场合。模块内部的寄生电感会造成关断过程中的过电压，寄生参数会造成功率模块开关过程中的电压尖峰和波形震荡，从而增加了电磁干扰和开关损耗，甚至损坏模块。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术中存在的问题，提出一种快速功率模块，包括用以为功率模块传导电流的第一功率电极、第二功率电极、输出电极；第一功率电极包括第一功率电极主体、第一功率电极第一连接部、第一功率电极第二连接部，第二功率电极包括第二功率电极主体、第二功率电极第一连接部、第二功率电极第二连接部，第一功率电极主体通过第一功率电极第一连接部与功率模块内部相应的导电层连接，第二功率电极主体通过第二功率电极第一连接部与功率模块内部相应的导电层连接，第一功率电极主体和第二功率电极主体均为片状且叠层设置，第一功率电极主体和第二功率电极主体之间叠层设有第一绝缘层；第一功率电极第二连接部和第二功率电极第二连接部均为片状且叠层设置，第一功率电极第二连接部自第一功率电极主体向功率模块外部延伸，第二功率电极第二连接部自第二功率电极主体向功率模块外部延伸，第一功率电极第二连接部与第二功率电极第二连接部之间的叠层间隔被设置为用以容纳外部连接端子的容置空间，外部连接端子分别与相应的第一功率电极第二连接部和第二功率电极第二连接部连接。

进一步地，所述第一绝缘层全面覆盖第一功率电极主体和第二功率电极主体相对的叠层面，并延伸至该叠层面的边缘外部。

进一步地，第一功率电极第二连接部和第二功率电极第二连接部于第一功率电极主体和第二功率电极主体的叠层端部岔开后向功率模块外部延伸，以在第一功率电极第二连接部和第二功率电极第二连接部之间形成适应外部连接端子厚度的叠层间隔。

进一步地，第一功率电极第二连接部设有第一功率电极连接孔，第二功率电极第二连接部设有位置与第一功率电极连接孔相对应的第二功率电极连接孔。

进一步地，所述功率模块还包括绝缘基板、以及设置于绝缘基板上的第一桥臂导电层、第二桥臂导电层、输出电极导电层、第一功率电极导电层、第二功率电极导电层、设置于第一桥臂导电层上的第一桥臂功率芯片、设置于第二桥臂导电层上的第二桥臂功率芯片；第一桥臂功率芯片通过第一功率电极导电层与第一功率电极电连接，第一桥臂功率芯片通过输出电极导电层与输出电极电连接；第二桥臂功率芯片通过第二功率电极导电层与第二功率电极电连接，第二桥臂功率芯片通过输出电极导电层与输出电极电连接；第一桥臂导电层和第二桥臂导电层设置于绝缘基板的两侧，第一功率电极导电层和第二功率电极导电层设置于第一桥臂导电层和第二桥臂导电层之间，第一功率电极第一连接部焊接于第一功率电极导电层上，第二功率电极第一连接部焊接于第二功率电极导电层上。

本发明实施例还提供一种功率模组，包括上述任一技术方案所提供的功率模块以及电容组、第一电容引出电极、第二电容引出电极，第一电容引出电极包括第一电容引出电极主体、第一电容引出电极连接部，第二电容引出电极包括第二电容引出电极主体、第二电容引出电极连接部，第一电容引出电极主体一端与电容组相应的电极电连接，第二电容引出电极主体与电容组相应的电极电连接，第一电容引出电极主体和第二电容引出电极主体均为片状且叠层设置，第一电容引出电极连接部为片状且自第一电容引出电极主体向外延伸，第二电容引出电极连接部为片状且自第二电容引出电极主体向外延伸，第一电容引出电极连接部与第二电容引出电极连接部叠层设置，并且插接于所述容置空间内，第一电容引出电极连接部与第二电容引出电极连接部之间设有第二绝缘层，第一电容引出电极连接部与第一功率电极第二连接部连接，第二电容引出电极连接部与第二功率电极第二连接部连接。

进一步地，所述第二绝缘层全面覆盖第一电容引出电极连接部与第二电容引出电极连接部相对的叠层面，并延伸至该叠层面的边缘外部。

进一步地，所述第一电容引出电极主体和第二电容引出电极主体之间设有第三绝缘层。

进一步地，所述第三绝缘层全面覆盖第一电容引出电极主体和第二电容引出电极主体相对的叠层面，并延伸至该叠层面的边缘外部。

进一步地，所述第一电容引出电极连接部设有与第一功率电极连接孔相对应的第一电容引出电极连接孔，第二电容引出电极连接部设有与第二功率电极连接孔相对应的第二电容引出电极连接孔，第一功率电极第二连接部上方设有绝缘垫，第二功率电极第二连接部下方设有螺母，螺栓依次穿过绝缘垫、第一功率电极连接孔、第一电容引出电极连接孔、第二绝缘层、第二电容引出电极连接孔、第二功率电极连接孔与螺母连接，螺栓与第一功率电极第二连接部和第一电容引出电极连接部绝缘。

本发明提供的一种插接功率模块，包括用以为功率模块传导电流的第一功率电极、第二功率电极、输出电极；第一功率电极包括第一功率电极主体、第一功率电极第一连接部、第一功率电极第二连接部，第二功率电极包括第二功率电极主体、第二功率电极第一连接部、第二功率电极第二连接部，第一功率电极主体通过第一功率电极第一连接部与功率模块内部相应的导电层连接，第二功率电极主体通过第二功率电极第一连接部与功率模块内部相应的导电层连接，第一功率电极主体和第二功率电极主体均为片状且叠层设置，第一功率电极主体和第二功率电极主体之间叠层设有第一绝缘层；第一功率电极第二连接部和第二功率电极第二连接部均为片状且叠层设置，第一功率电极第二连接部自第一功率电极主体向功率模块外部延伸，第二功率电极第二连接部自第二功率电极主体向功率模块外部延伸，第一功率电极第二连接部与第二功率电极第二连接部之间的叠层间隔被设置为用以容纳外部连接端子的容置空间，外部连接端子分别与相应的第一功率电极第二连接部和第二功率电极第二连接部连接。可有效降低整个功率模组的寄生电感。另外本发明还提供了采用上述功率模块的一种功率模组。

附图说明

图1是现有的一种功率模块的电路示意图；

图2是现有的另一种功率模块的电路示意图；

图3是本发明施例一提供的一种插接功率模块单模块实的结构图；

图4是本发明施例二提供的一种插接功率模块多模块集成实的结构图；

图5是本发明施例三提供的一种插接功率模块单模块实的结构图；

图6是本发明实施例四提供的一种功率模组的结构图；

图7是本发明实施例五提供的一种功率模组中功率模块与电容组电极连接结构图；

图8是本发明实施例六提供的一种功率模组立体结构图；

图9是本发明实施例七提供的一种功率模组的侧视结构图；

图10是本发明实施例八提供的一种功率模组的立体结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图3和图4所示的一种快速功率模块，包括用以为功率模块传导电流的第一功率电极10、第二功率电极20、输出电极30；第一功率电极10包括第一功率电极主体11、第一功率电极第一连接部12、第一功率电极第二连接部13，第二功率电极20包括第二功率电极主体21、第二功率电极第一连接部22、第二功率电极第二连接部23，第一功率电极主体11通过第一功率电极第一连接部12与功率模块内部相应的导电层连接，第二功率电极主体21通过第二功率电极第一连接部22与功率模块内部相应的导电层连接，具体地，在某些实际应用中，如图3和图4所示，第一功率电极主体11和第一功率电极第一连接部12一体成型于同一金属片上，且第一功率电极主体11和第一功率电极第一连接部12并非两个互相排斥的概念，在某些实际应用中，第一功率电极主体和第一功率电极第一连接部可通过同一结构的不同部位来实现；第二功率电极主体21和第二功率电极第一连接部22一体成型于同一金属片上，且第二功率电极主体21和第二功率电极第一连接部22，并非两个互相排斥的概念，在某些实际应用中，第二功率电极主体21和第二功率电极第一连接部22可通过同一结构的不同部位来实现，如图3所示，第二功率电极主体21与第二功率电极第一连接部22实质位于同一金属片，该金属片的与第二功率电极导电层连接的端部，实现了第二功率电极第二连接部的功能，在此处，第二功率电极第一连接部22为第二功率电极主体21的一部分；第一功率电极主体11和第二功率电极主体21均为片状且叠层设置，具体地，在某些实际应用中，第一功率电极主体11和第二功率电极主体21，可以采用平直延伸的片状金属，也可以采用弯折延伸的片状金属，如图3和图4所示，第一功率电极主体11和第二功率电极主体21均采用弯折延伸的片状金属；第一功率电极主体11和第二功率电极主体21之间叠层设有第一绝缘层40；具体地，在某些实际应用中，第一绝缘层40全面覆盖第一功率电极主体11和第二功率电极主体21相对的叠层面，并延伸至该叠层面的边缘外部，以根据实际需要，提供适当的爬电距离。这样既能满足第一功率电极主体11和第二功率电极主体21之间绝缘的要求，又可以极大地缩小第一功率电极主体11和第二功率电极主体之间21的叠层间隔，以进一步降低寄生电感；另外，根据实际需要，第一绝缘层40也可局部覆盖上述叠层面，但第一绝缘层40需要具备足够的厚度，以增大第一功率电极主体11和第二功率电极主体21之间的叠层间隔，提供适当的爬电距离；第一功率电极第二连接部13和第二功率电极第二连接部23均为片状且叠层设置，第一功率电极第二连接部13自第一功率电极主体11向功率模块外部延伸，第二功率电极第二连接部23自第二功率电极主体21向功率模块外部延伸；如图3所示，具体地，在某些实际应用中，第一功率电极主体11和第一功率电极第二连接部13一体成型于同一金属片上，第二功率电极主体21和第二功率电极第二连接部23一体成型于同一金属片上，第一功率电极第二连接部13与第二功率电极第二连接部23之间的叠层间隔被设置为用以容纳外部连接端子的容置空间，外部连接端子分别与相应的第一功率电极第二连接部13和第二功率电极第二连接部23连接。

作为上述技术方案的进一步改进，第一功率电极第二连接部13和第二功率电极第二连接部23于第一功率电极主体11和第二功率电极主体21的叠层端部岔开后向功率模块外部延伸，以在第一功率电极第二连接部13和第二功率电极第二连接部23之间形成适应外部连接端子厚度的叠层间隔。具体地，在某些实际应用中，第一功率电极第二连接部13和第二功率电极第二连接部23的岔开方式有多种选择，在如图3所示的实施例中，在第一功率电极主体11和第一功率电极第二连接部之间13，设有用以使第一功率电极第二连接部13在叠层方向上远离第二功率电极第二连接部23的第一弯折部14；或者也可以只在第二功率电极主体21和第二功率电极第二连接部23之间，设有用以使第二功率电极第二连接部23在叠层方向上远离第一功率电极第二连接部13的第二弯折部24；再或者，如图9所示，可以同时设置上述的第一弯折部和第二弯折部。

作为上述技术方案的进一步改进，如图4所示，第一功率电极第二连接部13设有第一功率电极连接孔131，第二功率电极第二连接部23设有位置与第一功率电极连接孔131相对应的第二功率电极连接孔231。具体地，在某些实际应用中，所述第一功率电极连接孔131和第二功率电极连接孔231可以各设置一个或者多个，如图5所示，所述第一功率电极连接孔131和第二功率电极连接孔231可以各设置两个。

作为上述技术方案的进一步细化，所述功率模块还包括绝缘基板100、以及设置于绝缘基板上的第一桥臂导电层200、第二桥臂导电层300、输出电极导电层400、第一功率电极导电层500、第二功率电极导电层600、设置于第一桥臂导电层上的第一桥臂功率芯片700、设置于第二桥臂导电层上的第二桥臂功率芯片800；具体地，在某些实际应用中，所述的功率模块具体为主要由上桥臂功率芯片和上桥臂相应的导电层以及下桥臂功率芯片和下桥臂相应的导电层所构成的半桥模块，图4为三个相同的半桥模块整合在一起的产品形态，如图4和图5所示，第一桥臂导电层200具体为下桥臂导电层，第二桥臂导电层300为上桥臂导电层，第一功率电极10为负电极，第二功率电极20为正电极，第一桥臂功率芯片700为下桥臂功率芯片，第二桥臂功率芯片800为上桥臂功率芯片，第一桥臂功率芯片700和第二桥臂功率芯片800可以采用igbt，也可以采用功率mos管。第一桥臂功率芯片700通过第一功率电极导电层500与第一功率电极10电连接，第一桥臂功率芯片700通过输出电极导电层400与输出电极30电连接；第二桥臂功率芯片800通过第二功率电极导电层600与第二功率电极20电连接，第二桥臂功率芯片800通过输出电极导电层400与输出电极30电连接；第一桥臂导电层200和第二桥臂导电层300设置于绝缘基板100的上表面的两侧，第一功率电极导电层500和第二功率电极导电层600设置于第一桥臂导电层200和第二桥臂导电层300之间，第一功率电极导电层500靠近第一桥臂功率芯片700设置，第二功率电极导电层600靠近第二桥臂功率芯片800设置，第一功率电极第一连接部12焊接于第一功率电极导电层500上，第二功率电极第一连接部22焊接与第二功率电极导电层600上。

如图6至图10所示，本发明实施例还提供一种功率模组，包括上述任一技术方案所提供的功率模块以及电容组70、第一电容引出电极50、第二电容引出电极60，第一电容引出电极50包括第一电容引出电极主体51、第一电容引出电极连接部52，第二电容引出电极60包括第二电容引出电极主体61、第二电容引出电极连接部62，第一电容引出电极主体51一端与电容组相应的电极电连接，第二电容引出电极主体61与电容组相应的电极电连接，第一电容引出电极主体51和第二电容引出电极主体61均为片状且叠层设置，第一电容引出电极连接部52为片状且自第一电容引出电极主体51向外延伸，第二电容引出电极连接部62为片状且自第二电容引出电极主体61向外延伸，具体地，在某些实际应用中，第一电容引出电极50连接电容组的负极、第二电容引出电极60连接电容组的正极；第一电容引出电极主体51和第一电容引出电极连接部52一体成型于同一金属片上，第二电容引出电极主体61和第二电容引出电极连接部62一体成型于同一金属片上，第一电容引出电极连接部52与第二电容引出电极连接部62叠层设置，并且插接于所述容置空间内，第一电容引出电极连接部52与第二电容引出电极连接部62之间设有第二绝缘层80，具体地，在某些实际应用中，第二绝缘层80全面覆盖第一电容引出电极连接部52和第二电容引出电极连接部62相对的叠层面，并延伸至该叠层面的边缘外部，以根据实际需要，提供适当的爬电距离。这样既能满足第一电容引出电极连接部52和第二电容引出电极连接部62之间绝缘的要求，又可以极大地缩小第一电容引出电极连接部和第二电容引出电极连接部之间的叠层间隔，以进一步降低寄生电感；另外，根据实际需要，第二绝缘层80也可局部覆盖上述叠层面，但第二绝缘层80需要具备足够的厚度，以增大第一电容引出电极连接部52和第二电容引出电极连接部62之间的叠层间隔，提供适当的爬电距离；第一电容引出电极连接部与52第一功率电极第二连接部连接13，第二电容引出电极连接部62与第二功率电极第二连接部连接23。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一电容引出电极主体51和第二电容引出电极主体之间61设有第三绝缘层90。具体地，在某些实际应用中，第三绝缘层全面覆盖第一电容引出电极主体51和第二电容引出电极主体61相对的叠层面，并延伸至该叠层面的边缘外部。以根据实际需要，提供适当的爬电距离。具体地，在某些实际应用中，第二绝缘层80和第三绝缘层90一体成型于同一片绝缘材料上。

具体地，在某些实际应用中，如图6所示的功率模组，电容组包括多个电容，所述多个电容设置于第一电容母排110与第二电容母排120之间，所述第一电容引出电极50通过设于电容组侧面的第一电容母排连接部111与第一电容母排连接110，第二电容引出电极60通过设置于电容组侧面的第二电容母排连接部121与第一电容母排120连接；如图9所示，电容组还可以直接设置于pcb板上，第一电容引出电极主体51和第一引出电极连接部52设置于pcb板的一个表面，第二电容引出电极主体61和第二电容引出电极连接部62设置于pcb板的另一个表面。

作为上述技术方案的进一步改进，在某些实际应用中，如图6至图10所示，所述第一电容引出电极连接部设52有与第一功率电极连接孔131相对应的第一电容引出电极连接孔521，第二电容引出电极连接部62设有与第二功率电极连接孔231相对应的第二电容引出电极连接孔621，第一功率电极第二连接部13上方设有用以卡止螺栓的绝缘垫150，第二功率电极第二连接部23下方设有螺母160，螺栓170依次穿过绝缘垫150、第一功率电极连接孔131、第一电容引出电极连接孔521、第二绝缘层80、第二电容引出电极连接孔621、第二功率电极连接孔231与螺母160连接，螺栓170与第一功率电极第二连接部13和第一电容引出电极连接部52绝缘。具体地，在某些实际应用中，第二绝缘层80，设有与螺栓170相对应的第二绝缘层连接孔801，螺栓170通过第二绝缘层连接孔801穿过第二绝缘层，第二绝缘层连接孔801的孔径小于第一电容引出电极连接孔521和第二电容引出电极连接孔621，以提供适当的爬电距离，具体地，在某些实际应用中，如图5和图10所示，所述的第一功率电极连接孔、第二功率电极连接孔、第一电容引出电极连接孔、第二电容引出电极连接孔、第二绝缘层连接孔、绝缘垫、螺母、螺栓均为两个，且相应的位置和连接关系如上所述。具体地，在某些实际应用中，如图8至图10所示的一种功率模组，包括上述任一技术方案所提供的多个功率模块，以及电容组70、第一电容引出电极50、第二电容引出电极60；第一电容引出电极50包括第一电容引出电极主体51、第一电容引出电极连接部52，第二电容引出电极60包括第二电容引出电极主体61、第二电容引出电极连接部62；其中，第一电容引出电极主体51和第二电容引出电极主体61均为条形金属片，自第一电容引出电极主体51一体延伸出数量与多个功率模块相适应的多个第一电容引出电极连接部52，自第一电容引出电极主体61一体延伸出数量与多个功率模块相适应的多个第一电容引出电极连接部62，具体地，第一电容引出电极连接部52和第二电容引出电极连接部62的引出形状可以为如图10所示的规则的整体延伸，使多个第一电容引出电极连接部52连为一体，多个第二电容引出电极62连为一体；根据实际需求，第一电容引出电极连接部52和第二电容引出电极62的引出形状可以为如图8所示的不规则的延伸，使得多个第一电容引出电极连接部52彼此分开，多个第二电容引出电极连接部62彼此分开；多个第一电容引出电极连接部52分别与多个第二引出电极连接部62叠层后并排插接于多个功率模块对应的容置空间内。便于在整体上获得较为理想的电极叠层面积，有助于降低整个模组的寄生电感。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。