[发明专利]一种基于PCB嵌入工艺的全桥集成模块

说明书

本发明公开了一种基于PCB嵌入工艺的全桥集成模块，包括设置在PCB嵌入模块上的全桥功率电路、高频解耦电容、驱动电路、功率器件以及散热器，功率器件为氮化镓器件或碳化硅器件，氮化镓器件或碳化硅器件分别包括四个，通过串并联连接组成全桥电路，全桥电路连接高频解耦电容和驱动电路，与散热器连接构成嵌入式全桥集成模块。本发明极大的减小了寄生电感，可以推进宽禁带器件的高频化运行，有助于系统功率密度的提升。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于PCB嵌入工艺的全桥集成模块。

背景技术

电力电子技术是国民经济和国家安全领域的重要支撑技术，是实现节能环保和提高人民生活质量的重要技术手段。高效率和高质量的电能变换是电力电子技术发展的终极目标，传统硅器件已经达到了其理论极限，通过继续优化Si器件来提高功率变换器性能的潜力十分有限。新一代以氮化镓和碳化硅为代表的宽禁带半导体器件一经出现，就展现出了远超于硅器件的性能。相对于硅器件，宽禁带器件具有更小的性能系数(Figure ofMerit，FOM)、驱动损耗和开关损耗，有助于提升变换器的开关频率，对大幅度提高变换器的功率密度起到非常大的作用。因此，新型宽禁带器件在电动车领域有着极好的应用前景。然而，宽禁带器件在其高频化的应用过程中却面临着诸多的挑战。因为宽禁带器件的高频化应用使其对寄生参数更加敏感，在相同的寄生电感下会产生更加严重的过电压、寄生振荡以及EMI等问题，减小封装的寄生参数是促进宽禁带器件高频应用的一个重要保证。

相较于功率器件的发展，封装技术的发展相对滞后。传统的功率器件封装通常基于DBC基板和键合线的封装结构，如图1所示，键合线的互连方式会引入较大的寄生参数，从而显著增加器件损耗并且产生波形振荡，引起电路噪声，不利于宽禁带器件的高频运行。同时，由集肤效应和邻近效应引起的键合线之间电流分布不均匀，会导致局部过热，以及键合线上存在的电磁力振动，导致了键合线是功率模块的故障易发点。所以，传统的封装形式不适用于宽禁带器件的封装，不仅无法充分发挥其优越的高频特性，还会给电路工作带来可靠性问题。与此同时，模块的系统集成对于宽禁带器件的应用同样十分重要。传统功率器件通常以分立器件形式或模块形式存在，并和电容、电感、变压器等无源元件，以及其他驱动和控制辅助电路共同组成电力电子电路，如图2所示，不仅功率密度较低，而且会导致较大的回路面积和回路寄生参数。因而，传统的封装和集成结构不利于宽禁带器件的高频应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于PCB嵌入工艺的全桥集成模块，通过去除传统键合线的互连方式和高度三维集成高频解耦电容、驱动电路和功率电路，实现很小的寄生电感和很高的功率密度，从而可以充分发挥宽禁带器件的高频性能，推进其高频应用，通过集成散热器提高模块的散热能力，进而为宽禁带器件在电动车新领域的应用、以及电力电子变换器的新型架构奠定了基础。

本发明采用以下技术方案：

一种基于PCB嵌入工艺的全桥集成模块，包括设置在PCB嵌入模块上的全桥功率电路、高频解耦电容、驱动电路、功率器件以及散热器，功率器件为氮化镓器件或碳化硅器件，氮化镓器件或碳化硅器件分别包括四个，通过串并联连接组成全桥电路，全桥电路连接高频解耦电容和驱动电路，与散热器连接构成嵌入式全桥集成模块。

具体的，PCB嵌入模块为四层板结构，氮化镓器件设置在PCB嵌入模块的中间芯板层中，利用激光微孔技术将氮化镓器件的电极连接至PCB模块的两个中间布线层。

进一步的，高频解耦电容和驱动电路设置在PCB嵌入模块的顶层，全桥集成模块的引脚设置在PCB嵌入模块的底层。

更进一步的，高频解耦电容包括四个，均匀排布在四个氮化镓器件组成的全桥电路正上方，形成垂直方向的功率回路。

具体的，利用激光微孔沉铜技术在PCB嵌入模块上设置若干铜柱阵列。