[发明专利]功率模块

说明书

本发明公开了一种功率模块。该功率模块包括：至少一个功率半导体元件；第一导电层和第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层被配置为将所述功率半导体元件夹在其间；设置在所述第一导电层上的第一冷却构件和设置在所述第二导电层下的第二冷却构件；所述第一导电层与所述第二导电层之间的至少一个缓冲电容器，所述缓冲电容器包括第一电极、第二电极、以及所述第一电极与所述第二电极之间的电容器芯；第一过渡层；以及第二过渡层。利用这种内部缓冲电容器设计，平滑电压浪涌。

技术领域

本发明涉及一种功率模块，特别是一种具有内部缓冲电容器的功率模块。

背景技术

功率器件(WBG(宽带隙)半导体，比如SiC、GaN)在需要快速且高效开关的应用(比如电源应用)中变得越来越受欢迎。此外，通常功率器件与功率模块封装体和周围电路的杂散电感联接，并且功率器件的快速开关能力导致高dv/dt，这导致在关断时功率器件的漏极端子与源极端子之间的大浪涌电压和EMI(电磁干扰)噪声。

为了平滑电压浪涌和降低噪声，增加了缓冲电容器Cc，如图1中所示。参考图2，图示了分别具有和不具有缓冲电容器的两个电压波形。如虚线所示，缓冲电容器对电压浪涌加以平滑。因此，缓冲电容器成为WBG半导体应用中必不可少的元件。

现在参考图3，常规逆变器设计作为框图示出。逆变器包括AC连接器101、DC连接器102、具有多个功率器件1031(比如WBG功率器件)的功率模块103、以及邻近功率模块103的缓冲电容器104。缓冲电容器104需要尽可能靠近功率器件1031设置。在常规逆变器中，缓冲电容器仅设置在部分功率器件附近，因此缓冲电容器的平滑效果受到限制。

此外，MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitor，多层陶瓷电容器)由于其合适的电容值而通常用于常规逆变器设计中。MLCC包括两个外部电极和具有电介质和内部电极的电容器芯。参考图4，MLCC 104通过焊接材料6被焊接到铜图案层114上，并且在MLCC下方存在间隙118。热树脂112设置在铜图案层114与引脚翅片冷却构件(Pin-Fin cooling member)110之间(本领域技术人员应当理解，在铜图案与冷却构件之间存在绝缘材料，在这种情况下，热树脂112被用作绝缘材料)。在这种设计中，MLCC 104产生的热仅可以通过焊接材料6散发，这导致不希望的热传导效率。在某些情况下，缓冲电容器甚至在恶劣的热条件下烧毁。

发明内容

为了改善缓冲电容器的热条件并且增强平滑效果，公开了一种功率模块。功率模块包括：至少一个功率半导体元件；第一导电层和第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层被配置为将所述功率半导体元件夹在其间；设置在所述第一导电层上的第一冷却构件和设置在所述第二导电层下的第二冷却构件；所述第一导电层与所述第二导电层之间的至少一个缓冲电容器，所述缓冲电容器包括第一电极、第二电极、以及所述第一电极与所述第二电极之间的电容器芯；第一过渡层；以及第二过渡层，其中，所述第一过渡层和所述第二过渡层是导电的，其中，所述第一过渡层位于所述第一导电层与所述第一电极之间，所述第二过渡层位于所述第二电极与所述第二导电层之间，所述第一过渡层的热膨胀系数介于所述第一导电层的热膨胀系数与所述第一电极的热膨胀系数之间，所述第二过渡层的热膨胀系数介于所述第二电极的热膨胀系数与所述第二导电层的热膨胀系数之间。利用这种内部缓冲电容器设计，平滑了电压浪涌。另外，由于热可以从两个冷却构件散发，所以防止了缓冲电容器的过热。此外，在过渡层的帮助下，从电极到汇流条的热过渡足够平缓，以避免应力的不均匀分布，因此缓冲电容器被良好地固定。

根据本发明的另一方面，所述功率模块进一步包括第三过渡层，所述第三过渡层是导电的，所述第三过渡层位于所述第一电极与所述电容器芯之间，并且所述第三过渡层的热膨胀系数介于所述第一电极的热膨胀系数与所述电容器芯的热膨胀系数之间。

根据本发明的另一方面，所述功率模块进一步包括第四过渡层，所述第四过渡层是导电的，