[实用新型]基于芯片三维排列的微型窄脉冲大功率输出模块

说明书

本实用新型涉及基于芯片三维排列的微型窄脉冲大功率输出模块，模块内部设置可将多个功率IGBT芯片或功率MOSFET芯片并联安装于其上的并联单板，多个并联单板层叠串联连接形成模块的芯体结构，该模块通过功率IGBT芯片或功率MOSFET芯片的并联、串联来满足对通态电流和断态电压的要求；并联单板上的各芯片间的同极分别采用金属板互连，整个模块内部的芯片采用三维排列，通过合理的芯片排布及金属互连结构设计，显著提高了体功率密度，在实现模块微型化的基础上，能满足一些特定领域的窄脉冲大功率应用需求。

技术领域

本实用新型涉及功率半导体器件封装领域，具体涉及基于芯片三维排列的微型窄脉冲大功率输出模块。

背景技术

在一般的电源模块或脉冲电源模块中，通常需要将数个IGBT芯片、续流二极管芯片焊接或粘结在一块单面陶瓷基板上，通过陶瓷基板上的敷铜层以及键合铝线完成芯片与芯片之间、芯片与引出端子之间的连接。这是典型的芯片的二维排列。陶瓷基板的另一面通常粘结一层厚金属板，该金属板外露的一面是外接散热器的接触面。一个典型的现有产品三相逆变器模块的封装布局如图1（a）至图1（c）所示，其中，图1 (a)为内部陶瓷板的布局，其中有6颗IGBT芯片、6颗续流二极管芯片，图1 (b)为该产品的封装外形，其封装外形尺寸为107*45*20mm，图1 (c)为电路图。

很多应用场合需要提供极高峰值、极窄宽度的脉冲电流或脉冲功率，例如脉冲电弧焊、电火花加工、高功率电源、高功率微波、高功率激光、高能粒子束、航空航天等尖端领域，其使用的电源为满足这些特殊领域要求的各种脉冲功率电源，需要输出上千安培的电流，耐受几千伏电压。很显然，对于这些特殊领域，电源的输出模块会用到更多数量IGBT芯片，其数量可能为图1（a）中芯片数量的几倍到十几倍。现有封装外形结构无法将如此数量众多的芯片集成到同一模块中。但为了满足一般输出要求，可以选择将多个大功率分立器件或多个模块直接互连后实现其功能。这种互连方式会占用电源很大的空间，在低频时尚可满足输出要求，但在高频或极窄脉冲时其分布电感、电容会影响输出波形的完整性，甚至完全不能满足某些特定领域负载的使用要求。因此，对于采用PCB板及外部连线方式实现分立器件或模块互连的方法，仅适用于一般的开关电源或宽脉冲的脉冲电源中的应用。

而在另一些特殊场合（如航空航天领域）不仅要求脉冲电源有极大的峰值功率和极窄的脉冲宽度，还要求整个电源具备非常小的尺寸，使其瞬时体功率密度达到了设计极限，对于这种特殊应用条件下的大功率输出模块设计，上述现有模块封装外形结构的内部互连方式以及外部引线端子的排列方式显然都不再适合。

实用新型内容

本实用新型公开一种基于芯片三维排列的微型窄脉冲大功率输出模块，适用于多颗IGBT芯片或功率MOSFET芯片通过多块金属极板实现互连，并集成于同一微型化模块中，可输出窄脉冲高功率波形，能够满足航空航天等特殊领域应用的需求。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

基于芯片三维排列的微型窄脉冲大功率输出模块，包括外壳、外露的接线端子以及外壳内部的芯体，所述芯体包括多个层叠互连的并联单板，所述并联单板包括第一金属板、第二金属板、门极互连板、IGBT芯片及续流二极管芯片，第一金属板将多个IGBT芯片的集电极及续流二极管芯片的阴极互连，第二金属板将多个IGBT芯片的发射极及续流二极管芯片的阳极互连，门极互连板将多个IGBT芯片的门极互连；

外露的接线端子包括模块的集电极端子C和发射极端子E、从每个并联单板的第二金属板上引出的发射极端子e和从每个并联单板的门极互连板上引出的门极端子g；多个并联单板层叠互连时，位于上一层的并联单板的第一金属板与相邻下一层的并联单板的第二金属板互连，发射极端子E从最上层的并联单板的第二金属板上引出，集电极端子C从最下层的并联单板的第一金属板上引出。