本发明涉及电力电子学,特别是一种双向功率模块封装结构及封装方法。
背景技术:
1、随着城市轨道交通直流系统、直流微网、船舶直流系统等的快速发展和电力系统容量不断上升,直流系统稳定安全的运行至关重要。短路故障是直流输电系统中发生几率最大,危害最严重的故障。当低压直流系统发生短路故障时,急速上升的短路电流如果不进行切除将会造成非常严重的后果,因此,具备故障隔离和切除功能的低压直流断路器对于实现直流系统的安全可靠运行不可或缺。
2、混合式直流断路器采用机械开关和固态开关支路并联。机械开关承载正常情况下的负载电流,通态损耗低。固态开关实现故障电流的关断,开断电流速度快。混合式直流断路器克服了机械式开断时间长和固态式导通损耗搞的缺点,成为直流断路器主要研究方向之一。而固态开关支路的通流容量和换流性能是决定混合式固态断路器性能的关键因素。
3、但受半导体材料和制造工艺技术的限制,单个功率半导体器件容量有限,在应用与固态开关时往往需要并联使用,以提升关断能力。采用分离器件直接并联存在杂散电感较大、体积较大、各并联支路均衡性差的问题。
4、因此需要提供一种双向igbt模块封装结构,用于提升并联igbt器件的动态均流特性,从而提升直流断路器的关断能力。
5、在背景技术部分中公开的所述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解,因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、针对所述现有技术存在的不足或缺陷,提供了一种双向功率模块封装结构及封装方法,与传统单层的igbt模块结构相比,叠层结构实现了多并联igbt芯片的空间对称性,有利于提升igbt的动态均流特性。
2、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
3、一种双向功率模块封装结构包括,
4、第一接入端,其配置成igbt功率模块的进线端子,
5、第二接入端,其配置成igbt功率模块的出线端子,
6、正向功率模块,其设于第一接入端与第二接入端之间,其包括三个叠层排列的正子模块,三个正子模块与第一接入端和第二接入端连接,所述正子模块包括,
7、dbc基板,其设于所述第一接入端与第二接入端之间,
8、第一连接端,其一端连接第一接入端,另一端连接所述dbc基板,
9、第二连接端,其一端连接第二接入端,另一端连接所述dbc基板,
10、igbt芯片,其设于所述dbc基板上表面,
11、frd芯片,其设于所述dbc基板上表面且间隔igbt芯片布置,
12、键合线,其连接所述frd芯片与igbt芯片;
13、反向功率模块,其设于第一接入端与第二接入端之间,其包括三个叠层排列的反子模块,三个反子模块与第一接入端和第二接入端连接,所述反子模块包括,
14、第一连接端,其一端连接第一接入端,另一端连接所述dbc基板,
15、第二连接端,其一端连接第二接入端,另一端连接所述dbc基板,
16、igbt芯片,其设于所述dbc基板下表面,
17、frd芯片,其设于所述dbc基板下表面且间隔igbt芯片布置,
18、键合线,其连接所述frd芯片与igbt芯片。
19、所述的双向功率模块封装结构中,所述正向功率模块与反向功率模块通过第一接入端和第二接入端反向并联连接。
20、所述的双向功率模块封装结构中,所述第一接线端与igbt芯片正极连接,第二接线端与frd芯片负极连接。
21、所述的双向功率模块封装结构中,所述键合线将igbt芯片负极与frd芯片正极连接。
22、所述的双向功率模块封装结构中,所述正子模块或所述反子模块内部集成2个或2个以上并联的igbt芯片。
23、所述的双向功率模块封装结构中,所述正子模块或所述反子模块内部集成2个或2个以上并联的frd芯片。
24、所述的双向功率模块封装结构中,所述dbc基板为保持水平的水平板。
25、所述的双向功率模块封装结构中,igbt芯片和frd芯片通过低温银烧结或高温焊接工艺焊接在dbc基板的铜层。
26、所述的双向功率模块封装结构中,双向功率模块封装结构为对称结构。
27、双向功率模块封装结构的使用方法包括以下步骤,
28、加工dbc基板,使dbc基板铜层按设定间隙分为多个导电区域;
29、布置igbt和frd功率芯片,多个igbt芯片或frd芯片成并联结构;
30、焊接芯片,通过银烧结或焊接等工艺使多个igbt芯片和frd芯片与dbc基板实现电气连接;
31、焊接第一连接端和第二连接端,将第一连接端和第二连接端焊接在dbc基板上;
32、键合,通过键合线将第一接线端与igbt芯片正极连接,第二接线端与frd芯片负极连接,将igbt芯片负极与frd芯片正极连接。
33、与现有技术相比,本发明带来的有益效果为:
34、本发明叠层排列的子模块使得igbt芯片在三维空间对称布局,且各支路igbt杂散电感的均衡性增加,有利于提升igbt模块的动态均流特性。本发明有利于提升应用于直流断路器的igbt模块的功率密度、提升其开断性能。
35、所述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白,达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度,并且为了能够让本发明的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
1.一种双向功率模块封装结构,其特征在于,其包括,
2.如权利要求1所述的双向功率模块封装结构,其特征在于,优选的,所述正向功率模块与反向功率模块通过第一接入端和第二接入端反向并联连接。
3.如权利要求1所述的双向功率模块封装结构,其特征在于,所述第一接线端与igbt芯片正极连接,第二接线端与frd芯片负极连接。
4.如权利要求1所述的双向功率模块封装结构,其特征在于,所述键合线将igbt芯片负极与frd芯片正极连接。
5.如权利要求1所述的双向功率模块封装结构,其特征在于,所述正子模块或所述反子模块内部集成2个或2个以上并联的igbt芯片。
6.如权利要求1所述的双向功率模块封装结构,其特征在于,所述正子模块或所述反子模块内部集成2个或2个以上并联的frd芯片。
7.如权利要求1所述的双向功率模块封装结构,其特征在于,所述dbc基板为保持水平的水平板。
8.如权利要求1所述的双向功率模块封装结构,其特征在于,igbt芯片和frd芯片通过低温银烧结或高温焊接工艺焊接在dbc基板的铜层。
9.如权利要求1所述的双向功率模块封装结构,其特征在于,双向功率模块封装结构为对称结构。
10.如权利要求1-9中任一项所述的双向功率模块封装结构的使用方法,其特征在于,其包括以下步骤,
