[发明专利]一种双面散热高可靠功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子功率模块，尤其是一种双面散热高可靠功率模块。

背景技术

电力电子技术在当今快速发展的工业领域占有非常重要的地位，电力电子功率模块作为电力电子技术的代表，已广泛应用于电动汽车，光伏发电，风力发电，工业变频等行业。随着我国工业的崛起，电力电子功率模块有着更加广阔的市场前景。

现有电力电子功率模块封装体积大，重量重，不符合电动汽车、航空航天等领域的高功率密度、轻量化的要求。体积较大的电力电子功率模块，其寄生电感往往也比较大，这会造成过冲电压较大、损耗增加，而且也限制了在高开关频率场合的应用。SiC电力电子器件具有高频、高温、高效的特性，但现有功率模块的寄生电感较大，限制了SiC性能的发挥。另外，随着应用端功率密度的不断升级，现有功率模块的封装结构已经阻碍了功率密度的进一步提升，必须开发出更加有效的散热结构才能满足功率密度日益增长的需求。

现有的双面散热功率模块如CN105161477A，由于芯片单层设置，电流的换流回路面积仍然较大，往往寄生电感也比较大，而且芯片单层设置，使得功率模块的体积相对较大，另外功率端子与控制端子只与第一衬板连接，设置不够灵活、衬板面积无法进一步减小，还会由于电流路径较长造成损耗增加。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种体积小、重量轻、寄生电感小的双面散热功率模块。

技术方案：一种双面散热高可靠功率模块，包括正极功率端子、负极功率端子、输出功率端子、底部金属绝缘基板以及顶部金属绝缘基板，所述底部金属绝缘基板与顶部金属绝缘基板叠层设置，底部金属绝缘基板与顶部金属绝缘基板在二者相对的面上均烧结有芯片，正极功率端子与底部金属绝缘基板上的芯片电连接，负极功率端子与顶部金属绝缘基板上的芯片电连接；底部金属绝缘基板或顶部金属绝缘基板上设有输出局部金属层，输出功率端子通过输出局部金属层连接有芯片连接块，芯片连接块与底部金属绝缘基板上的芯片和顶部金属绝缘基板上的芯片电连接。

进一步的，所述底部金属绝缘基板在面向顶部金属绝缘基板的一面上烧结有上半桥开关芯片和上半桥二极管芯片，顶部金属绝缘基板在面向底部金属绝缘基板的一面上烧结有下半桥开关芯片和下半桥二极管芯片。

进一步的，所述正极功率端子烧结在底部金属绝缘基板上，负极功率端子烧结在顶部金属绝缘基板上，芯片连接块在面向底部金属绝缘基板的一面与上半桥开关芯片和上半桥二极管芯片烧结，在面向顶部金属绝缘基板的一面与下半桥开关芯片和下半桥二极管芯片烧结。

进一步的，所述芯片连接块分为第一芯片连接块和第二芯片连接块，第一芯片连接块与第二芯片连接块均与输出局部金属层烧结；第一芯片连接块在面向顶部金属绝缘基板的一面与下半桥二极管芯片烧结，在面向底部金属绝缘基板的一面与上半桥开关芯片烧结；第二芯片连接块在面向顶部金属绝缘基板的一面与下半桥开关芯片烧结，在面向底部金属绝缘基板的一面与上半桥二极管芯片烧结。

进一步的，所述上半桥开关芯片与下半桥二极管芯片叠层设置，下半桥开关芯片与上半桥二极管芯片叠层设置。

进一步的，所述底部金属绝缘基板上设有上半桥表面金属层和输出局部金属层，上半桥表面金属层上烧结有上半桥开关芯片和上半桥二极管芯片，当所述上半桥开关芯片为IGBT时，正极功率端子与上半桥开关芯片的集电极以及上半桥二极管芯片的负极电连接，当所述上半桥开关芯片为MOSFET时，所述正极功率端子与上半桥开关芯片的漏极以及上半桥二极管芯片的负极电连接。

进一步的，所述输出功率端子包括焊接部和位于塑封外壳外部的连接部，所述焊接部位于底部金属绝缘基板与顶部金属绝缘基板之间；所述顶部金属绝缘基板上设有下半桥表面金属层、下半桥驱动局部金属层、第一上半桥驱动局部金属层和第二上半桥驱动局部金属层，下半桥表面金属层上烧结有下半桥开关芯片和下半桥二极管芯片，下半桥表面金属层和下半桥驱动局部金属层分别连有一个下半桥驱动端子，第一上半桥驱动局部金属层和第二上半桥驱动局部金属层分别连有一个上半桥驱动端子；

当下半桥开关芯片为IGBT时，下半桥表面金属层与IGBT芯片的发射极相连；当下半桥开关芯片为MOSFET时，下半桥表面金属层与MOSFET芯片的源极相连，下半桥驱动局部金属层与下半桥开关芯片的门极相连，第一上半桥驱动局部金属层与上半桥开关芯片的门极相连，第二上半桥驱动局部金属层与输出功率端子的焊接部相连。

进一步的，所述底部金属绝缘基板背面金属层与顶部金属绝缘基板背面金属层上分别设有第一散热装置和第二散热装置。