一种半桥型功率模块

1.本发明属于功率模块领域，更具体地，涉及一种半桥型功率模块。


背景技术：

2.功率模块可以耐受高压和大电流，且可靠性较高，在交通领域、航空航天领域、工业领域等很多场合得到了广泛的应用。
3.为了实现更大的导通电流值，一般采用多芯片并联的方式，采用多个开关管芯片并联和多个二极管芯片并联构成一个桥臂。如果并联的芯片上流过的静态电流不均衡，会使得个别芯片的温度高于其他芯片，更易损坏，影响模块长期工作的可靠性，需要对芯片的布局进行合理设计。大多传统的多芯片并联的功率模块，由于并联的芯片之间的通流路径长度不一致，静态均流性能较差。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多芯片并联的半桥型功率模块，旨在解决大多传统的多芯片并联的功率模块，由于并联的芯片之间的通流路径长度不一致，静态均流性能较差的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种半桥型功率模块，包括：绝缘基板、上桥臂、下桥臂、正极铜层、负极铜层以及输出极铜层；
6.所述正极铜层、输出极铜层以及负极铜层由上至下附着于所述绝缘基板上表面；所述正极铜层的宽度与输出极铜层的宽度相同；
7.所述上桥臂由n个上开关管和n个上二极管构成；所述n个上开关管和n个上二极管交错排列，等间距排成第一排，附着于所述正极铜层上；每个上开关管与其相邻的上二极管反向并联，上二极管的阴极焊接在所述正极铜层上，上二极管的阳极通过键合线连接至所述输出极铜层；上开关管的第一端焊接在所述正极铜层上，第二端通过键合线连接至所述输出极铜层，第三端连接驱动信号；
8.所述下桥臂由n个下开关管和n个下二极管构成；所述n个下开关管和n个下二极管交错排列，等间距排成第二排，附着于所述输出极铜层上；第一排和第二排的中轴线保持平行；n为大于或等于2的整数；每个下开关管与其相邻的下二极管反向并联，下二极管的阴极焊接在所述输出极铜层上，下二极管的阳极通过键合线连接至所述负极铜层；下开关管的第一端焊接在所述输出极铜层上，第二端通过键合线连接至所述负极铜层，第三端连接驱动信号；连接各上二极管至输出铜层的键合线的规格及数量相同，连接各下二极管至负极铜层的键合线的规格及数量相同，连接各上开关管至输出极铜层的键合线的规格及数量相同，连接各下开关管至负极铜层的键合线的规格及数量相同；
9.当上开关管和下开关管为mosfet时，其第一端为漏极，第二端为源极，第三端为栅极；当上开关管和下开关管为igbt时，其第一端为集电极，第二端为发射极，第三端为栅极。
10.在一个可选的实施例中，所述绝缘基板分为对称的左绝缘基板和右绝缘基板两部
分；
11.所述上桥臂、下桥臂、正极铜层、负极铜层以及输出极铜层对称地分布在左绝缘基板和右绝缘基板上表面；
12.通过正极铜层键合线将左绝缘基板和右绝缘基板上的正极铜层连接，通过负极铜层键合线将左绝缘基板和右绝缘基板上的负极铜层连接，通过输出极铜层键合线将左绝缘基板和右绝缘基板上的输出极铜层连接，以实现左绝缘基板和右绝缘基板的电连接；所述正极铜层键合线的根数和输出极铜层键合线的根数相同；
13.连接左绝缘基板和右绝缘基板的键合线的规格相同。
14.在一个可选的实施例中，连接上开关管和上二极管至输出极铜层的键合线在输出极铜层的落点位于同一条与所述中轴线平行的直线上；
15.连接下开关管和下二极管至负极铜层的键合线在负极铜层的落点位于同一条与所述中轴线平行的直线上。
16.在一个可选的实施例中，所述负极铜层的宽度小于所述正极铜层的宽度和输出极铜层的宽度，以便将下开关管的第三端通过驱动键合线连接至下驱动铜层，以使得所述下开关管的第三端接收驱动信号；所述下驱动铜层位于负极铜层的下端；
17.所述负极铜层键合线的根数多于所述正极铜层键合线的根数；以补偿由于所述负极铜层宽度变窄导致的下开关管或下二极管导通时通流路径上单位长度的输出极铜层和负极铜层的电阻不一致，使得左绝缘基板和右绝缘基板上并联的下开关管或下二极管的通流路径上的电阻能够保持一致。
18.在一个可选的实施例中，所述上开关管的第三端通过驱动键合线连接至上驱动铜层，以使得所述上开关管的第三端接收驱动信号；所述上驱动铜层位于正极铜层的上端。
19.在一个可选的实施例中，每个上开关管和下开关管的驱动回路中均串联有一个驱动电阻，使得各个开关管的驱动信号一致。
20.在一个可选的实施例中，该半桥型功率模块还包括：散热基板；所述绝缘基板置于散热基板上。
21.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
22.本发明提供一种半桥型功率模块，与现有技术相比，通过布局设计以及键合线数量控制，能够使得各并联的开关管或二极管在静态通流期间，通流路径上的寄生电阻值相一致，实现静态均流；避免了由于并联的芯片上流过的静态电流不均衡造成个别芯片的温度高于其他芯片，进而影响模块长期工作的可靠性的问题。
附图说明
23.图1是本发明实施例提供的多芯片并联的半桥型功率模块的结构示意图；
24.图2是本发明实施例提供的多芯片并联的半桥型功率模块去掉外壳及端子后的示意图；
25.图3是本发明实施例提供的多芯片并联的半桥型功率模块对应的电路拓扑示意图；
26.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为正极端子、
2为负极端子、3为输出极端子、4为上桥臂驱动端子、5为下桥臂驱动端子、6为热敏电阻端子、7为过流保护端子、8为上桥臂开关管、9为上桥臂二极管、10为下桥臂开关管、11为下桥臂二极管、12a和12b为正极铜层、13a和13b为输出极铜层、14a和14b为负极铜层、15为驱动电阻、16为热敏电阻、17为第一铜层键合线簇、18为第二铜层键合线簇、19为第三铜层键合线簇、20为上桥臂键合线簇、21为下桥臂键合线簇、22为驱动键合线、23a和23b为dbc基板、24为散热基板、25为外壳；其中上述附图标记12a、12b、13a、13b、14a、14b、23a以及23b中，a表示右半部分，b表示左半部分。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.针对现有的多芯片并联的功率模块的以上改进需求，本发明提供了一种多芯片并联的半桥型功率模块，其目的在于实现较好的静态均流特性。
29.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种多芯片并联的半桥型功率模块，包括上桥臂、下桥臂、dbc基板，以及位于dbc基板上表面的正极铜层、负极铜层、输出极铜层。
30.上桥臂由n个开关管芯片和n个二极管芯片构成(n大于等于2)；上桥臂的n个开关管芯片和n个二极管芯片交错排列，等间距排成一排，附着于正极铜层上；上桥臂开关管芯片源极和二极管芯片阳极通过上桥臂键合线簇竖直连接至输出极铜层上，各上桥臂键合线簇落点位于同一直线上。
31.下桥臂由n个开关管芯片和n个二极管芯片构成(n大于等于2)；下桥臂的n个开关管芯片和n个二极管芯片交错排列，等间距排成一排，与上桥臂开关管芯片及二极管芯片平行放置，附着于输出极铜层上；下桥臂开关管芯片源极和二极管芯片阳极通过下桥臂键合线簇竖直连接至负极铜层上，各下桥臂键合线簇落点位于同一直线上。
32.进一步地，为了使下桥臂开关管芯片的驱动键合线便于连接，负极铜层比正极铜层和输出极铜层窄。
33.进一步地，dbc基板和相应铜层分为了两块，两块之间用铜层键合线簇相连；由于负极铜层比正极铜层和输出极铜层窄，为了得到较好的下桥臂静态均流特性，连接负极铜层的第三铜层键合线簇使用的键合线根数大于连接正极铜层和输出极铜的第一铜层键合线簇和第二铜层键合线簇。
34.进一步地，上述正极铜层连接至边沿处的正极端子，负极铜层连接至同一侧的负极端子，输出极铜层连接至另一侧的输出极端子。
35.通过该连接方式，可以实现并联的开关管之间的通流路径长度一致，并联的二极管管之间的通流路径长度一致，从而实现较好的静态均流。
36.进一步地，上下桥臂开关管芯片均通过驱动键合线以及驱动铜层连接至驱动端子上；优选地，每个开关管的驱动回路中均串有一个驱动电阻，使得并联的开关管芯片开关的驱动信号一致；为了使得外加的驱动电阻阻值有更大的可选性，该驱动电阻的阻值应尽可能小，优选为1ω～3ω。
37.进一步地，开关管可以选取硅芯片、碳化硅芯片或者氮化镓芯片，优选为碳化硅芯片；二极管优选为碳化硅肖特基二极管。
38.本发明提供了一种多芯片并联的半桥型功率模块，其目的在于实现较好的静态均流特性。
39.图1所示为本发明实施例提供的多芯片并联的半桥型功率模块的结构示意图；图2所示为本发明实施例提供的多芯片并联的半桥型功率模块去掉外壳及端子后的示意图；
40.上桥臂由上桥臂开关管8和上桥臂二极管9构成；作为本发明的一个具体实施例，上桥臂开关管8由4只开关管芯片构成，上桥臂二极管9由4只二极管芯片构成；上桥臂开关管8和上桥臂二极管9交错排列，等间距排成一排；上桥臂开关管8和上桥臂二极管9焊接于正极铜层12a和12b上；开关管8的源极和二极管9的阳极通过八组上桥臂键合线簇20竖直连接至输出极铜层13a和13b上，各上桥臂键合线簇20落点位于同一直线上；
41.下桥臂由下桥臂开关管10和下桥臂二极管11构成；
42.作为本发明的一个具体实施例，下桥臂开关管10由4只开关管芯片构成，下桥臂二极管11由4只二极管芯片构成；下桥臂开关管10和下桥臂二极管11交错排列，等间距排成一排；下桥臂开关管10和下桥臂二极管11焊接于输出极铜层13a和13b上；开关管10的源极和二极管11的阳极通过八组下桥臂键合线簇21竖直连接至负极铜层14a和14b上，各下桥臂键合线簇21落点位于同一直线下；
43.为了使下桥臂开关管芯片10的驱动键合线22便于连接，负极铜层比正极铜层和输出极铜层窄；
44.dbc基板23a和23b和相应铜层分为了两块，两块之间用铜层键合线簇相连；由于负极铜层比正极铜层和输出极铜层窄，为了得到较好的下桥臂静态均流特性，连接负极铜层14a和14b的第三铜层键合线簇19使用的键合线根数大于连接正极铜层和输出极铜层的第一铜层键合线簇17和第二铜层键合线簇18；
45.上述正极铜层12a和12b连接至边沿处的正极端子1，负极铜层14连接至同一侧的负极端子2，输出极铜层13a和13b连接至另一侧的输出极端子3；
46.通过该连接方式，可以实现并联的开关管之间的通流路径长度一致，并联的二极管之间的通流路径长度一致，从而实现较好的静态均流。
47.进一步地，上下桥臂开关管芯片8、10均通过驱动键合线22以及驱动铜层连接至驱动端子4、5上；作为本发明的一个具体实施例，每个开关管芯片8、10的驱动回路中均串有一个驱动电阻15，使得并联的开关管芯片开关的驱动信号一致；该驱动电阻15的阻值为1ω～3ω；
48.作为本发明的一个实施例，开关管芯片8、10选择为碳化硅开关管芯片，二极管芯片9、11选择为碳化硅肖特基二极管。
49.本发明实施例提供的多芯片并联的半桥型功率模块还包括：散热基板24、外壳25、热敏电阻16、热敏电阻端子6以及过流保护端子7；其中，热敏电阻16及热敏电阻端子6用于检测模块内部温度，过流保护端子7检测上桥臂开关管芯片8的漏极电位用于过流保护。
50.图3所示，为本发明实施例提供的多芯片并联的半桥型功率模块对应的电路拓扑示意图；其各部分均与图1和图2中标注的部分相对应。
51.以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在
不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
52.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。