CN221614839U - 功率半导体模块及半桥功率模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种功率半导体模块及半桥功率模块。其中，该功率半导体模块，包括：三极管和至少一个二极管；其中，三极管的漏极和二极管的负极连接，三极管的源极和二极管的正极连接；至少一个二极管所占面积大于三极管所占面积。采用上述方案的本实用新型可以降低功率半导体模块的损耗，提高功率半导体模块的使用效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种功率半导体模块及半桥功率模块。
背景技术
功率半导体是一种依托电力电子技术、伴随电力运用而诞生的半导体产品，其是各类电子设备或电力系统主电路中的核心部分，可直接用于电能的处理和转换。然而，相关技术中，功率半导体模块都是针对驱动功能进行设计，其内部设置的三极管的面积大于其并联的二极管的面积，导致二极管的导通压降较高，由于在功率半导体模块的使用过程中，电流通过二极管的时间远远高于通过三极管的时间，使得功率半导体模块的损耗较高，使用效率较低。
实用新型内容
本实用新型提供了一种功率半导体模块及半桥功率模块，主要目的在于降低功率半导体模块的损耗，提高功率半导体模块的使用效率。
根据本实用新型的一方面，提供了一种功率半导体模块，包括：三极管和至少一个二极管；其中，
三极管的漏极和二极管的负极连接，三极管的源极和二极管的正极连接；
至少一个二极管所占面积大于三极管所占面积。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，二极管的数量为多个。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，多个二极管环绕三极管放置，其中，在三极管的任一方向设置一个二极管，若三极管的每一方向均设置有二极管，则在任一方向设置的任一二极管的远离三极管的方向设置二极管。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，二极管通过至少一条键合线与三极管并联连接。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，功率半导体模块还包括印制电路板；其中，
至少一个二极管和三极管设置在印制电路板的铜基板上。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，印制电路板还包括栅极区域、源极区域和漏极区域；其中，
栅极区域、源极区域和漏极区域均设置在铜基板上；
三极管的漏极和二极管的负极通过铜基板与漏极区域连接；
三极管的源极和二极管的正极通过铝线与源极区域连接；
三极管的栅极通过铝线与栅极区域连接。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，功率半导体模块还包括栅极引脚、源极引脚和漏极引脚；其中，
栅极引脚设置在栅极区域中，源极引脚设置在源极区域中，漏极引脚设置在漏极区域中。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种半桥功率模块，包括：第一功率半导体模块和第二功率半导体模块，第一功率半导体模块和第二功率半导体模块均采用如前述一方面中任一项所述的功率半导体模块；其中，
第一功率半导体模块与第二功率半导体模块串联连接。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，第一功率半导体模块中三极管的源极和二极管的正极通过键合线与第二功率半导体模块的漏极区域连接。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，半桥功率模块还包括正极端子、负极端子和相功率端子；其中，
正极端子和第一功率半导体模块的漏极区域连接；
相功率端子与第二功率半导体模块的漏极区域连接；
负极端子与第二功率半导体模块的源极区域连接。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，半桥功率模块还包括转接铜排和电容；其中，
第一功率半导体模块和第二功率半导体模块处于第一平面，转接铜排处于第二平面，第一平面与第二平面平行；
转接铜排的一端与负极端子连接，转接铜排的另一端与电容的负极连接，且转接铜排的另一端靠近正极端子，正极端子与电容的正极连接；或者，转接铜排的一端与正极端子连接，转接铜排的另一端与电容的正极连接，且转接铜排的另一端靠近负极端子，负极端子与电容的负极连接。
综上，本实用新型实施例提供的功率半导体模块，由于在功率半导体模块的使用过程中，电流通过二极管的时间不变的情况下，二极管的导通压降越低，电流通过二极管造成的损耗越低，功率半导体模块的损耗越低，因此，通过设置至少一个二极管所占面积大于三极管所占面积来降低二极管的导通压降，可以降低功率半导体模块的损耗，可以提高功率半导体模块的工作效率，增加发电效率。
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本实用新型实施例所提供的一种功率半导体模块的电路示意图；
图2为本实用新型实施例所提供的一种半桥功率模块的俯视图；
图3为本实用新型实施例所提供的一种半桥功率模块的电路示意图；
图4为本实用新型实施例所提供的一种半桥功率模块的侧视图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
下面结合具体的实施例对本实用新型进行详细说明。
图1为本实用新型实施例所提供的一种功率半导体模块的电路示意图。
如图1所示，该功率半导体模块，包括：三极管Q1和至少一个二极管(D1至Dn，n为正整数)；其中，
三极管Q1的漏极和二极管的负极连接，三极管Q1的源极和二极管的正极连接；
至少一个二极管所占面积大于三极管Q1所占面积。
根据一些实施例，该三极管Q1包括但不限于双极结型三极管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)、门极可关断晶闸管(Gate Turn-off Thyristor，GTO)、绝缘栅双极型三极管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、集成门极换流晶闸管(IntegratedGate Commuted Transistor，IGCT)、金属氧化物半导体型场效应管(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，MOSFET，MOS)、氮化镓场效应三极管(GaNFET)等。
需要说明的是，由于在功率半导体模块的使用过程中，电流通过二极管的时间不变的情况下，二极管的导通压降越低，电流通过二极管造成的损耗越低，功率半导体模块的损耗越低，因此，通过设置至少一个二极管所占面积大于三极管Q1所占面积来降低二极管的导通压降，可以降低功率半导体模块的损耗。
其中，设置至少一个二极管所占面积大于三极管Q1所占面积的过程中，可以首先确定三极管Q1所占面积，如果存在所占面积比该三极管Q1所占面积大的二极管，则设置该二极管与三极管Q1并联。反之，如果不存在所占面积比该三极管Q1所占面积大的二极管，则可以根据不同型号二极管的所占面积，来确定所需与三极管Q1并联的二极管的数量，其中，可以无需固定采用同一型号二极管，可以采用多种型号的二极管搭配与三极管Q1并联，最终可以实现所有二极管所占面积大于三极管Q1所占面积即可。
其次，在所有二极管所占面积大于三极管Q1所占面积此基础上，还可以进一步设置其他二极管与三极管Q1并联以进一步降低二极管的导通压降。该其他二极管的所占面积不进行限制，但是所有二极管总体所占面积越大，二极管的导通压降越低，功率半导体模块的工作效率越高，具体二极管的型号和数量可以根据实际应用场景进行确定。
另外，三极管的所占面积越大，其价格越高，开关损耗和功率也越大。可以根据实际应用场景，在满足功率半导体模块的功率要求的情况下，采用所占面积较低的三极管，从而降低功率半导体模块整体的成本以及损耗。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，多个二极管环绕三极管Q1放置，其中，在三极管Q1的任一方向设置一个二极管，若三极管Q1的每一方向均设置有二极管，则在任一方向设置的任一二极管的远离三极管Q1的方向设置二极管。
根据一些实施例，三极管Q1放置在中间位置，多个二极管环绕放置在三极管Q1周围的布局可以改善二极管的均流效果，可以进一步降低二极管的损耗，可以降低整个功率半导体模块的损耗，可以提高功率半导体模块的工作效率，增加发电效率。
以一个场景举例，图2为本实用新型实施例所提供的一种半桥功率模块的俯视图。如图2所示，该半桥功率模块中包括两个功率半导体模块，上半桥的功率半导体模块为第一功率半导体模块，下半桥的功率半导体模块为第二功率半导体模块，第一功率半导体模块和第二功率半导体模块均采用单颗IGBT芯片并联五颗二极管(FRD)芯片的方案，其中，在IGBT芯片的正左方、正右方、正下方、左下方以及右下方分别放置一颗FRD芯片。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，二极管通过至少一条键合(bonding)线与三极管Q1并联连接。
以一个场景举例，如图2所示，采用的bonding线数量可以为四条，也可以为五条。
需要说明的是，bonding线数量越多，二极管的均流效果越强。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，功率半导体模块还包括印制电路板；其中，
多个二极管和三极管Q1设置在印制电路板的铜基板上。
根据一些实施例，印制电路板又称印刷电路板、印刷线路板，简称印制板，是以绝缘基板和导体为材料，按预先设计好的电路原理图，设计、制成印制线路、印制元件或两者组合的导电图形的成品板，其主要功能是利用板基绝缘材料隔绝表面的铜箔导电层，实现电子元器件之间的相互连接、中继传输，令电流沿着预设的线路在各种电子元器件中完成放大、衰减、调制、解码、编码等职能，实现电子元器件之间的相互连接和中继传输。
根据一些实施例，印制电路板还包括栅极(Gate)区域、源极(Soure)区域和漏极(Drain)区域；其中，
栅极区域、源极区域和漏极区域均设置在铜基板上；
三极管Q1的漏极和二极管的负极通过铜基板与漏极区域连接；
三极管Q1的源极和二极管的正极通过铝线与源极区域连接；
三极管Q1的栅极通过铝线与栅极区域连接。
根据一些实施例，栅极区域、源极区域和漏极区域均可以直接焊接在铜基板上。漏极区域的面积可以大于栅极区域的面积和源极区域的面积。
在一些实施例中，三极管Q1的漏极和二极管的负极通过铜基板与漏极区域连接，三极管Q1的源极和二极管的正极通过铝线与源极区域连接，三极管Q1的栅极通过铝线与栅极区域连接，因此，可以无需通过印制电路板中印制的电路令三极管Q1的源极和二极管的正极与源极区域、三极管Q1的栅极与栅极区域连接，可以减少多个二极管和三极管Q1所需占用的印制电路板的面积。
根据一些实施例，功率半导体模块还包括栅极引脚、源极引脚和漏极引脚；其中，
栅极引脚设置在栅极区域中，源极引脚设置在源极区域中，漏极引脚设置在漏极区域中。
在一些实施例中，通过设置栅极引脚、源极引脚和漏极引脚，可以便于功率半导体模块与外部装置进行连接。
以一个场景举例，如图2所示，栅极引脚与IGBT芯片的栅极通过铝线连接，源极引脚与IGBT芯片正左方的FRD芯片的正极连接，IGBT芯片的源极通过四条键合线与该FRD芯片的正极连接，漏极引脚通过铜基板与IGBT芯片的漏极以及FRD芯片的负极连接。
综上，本实用新型实施例提供的功率半导体模块，由于在功率半导体模块的使用过程中，电流通过二极管的时间不变的情况下，二极管的导通压降越低，电流通过二极管造成的损耗越低，功率半导体模块的损耗越低，因此，通过设置至少一个二极管所占面积大于三极管所占面积来降低二极管的导通压降，可以降低功率半导体模块的损耗，可以提高功率半导体模块的工作效率，增加发电效率。
根据本实用新型实施例，本实用新型还提供了一种半桥功率模块。
图3为本实用新型实施例所提供的一种半桥功率模块的电路示意图。如图3所示，该半桥功率模块，包括：第一功率半导体模块和第二功率半导体模块，第一功率半导体模块和第二功率半导体模块均采用如前述实施例任一所示的功率半导体模块；其中，
第一功率半导体模块与第二功率半导体模块串联连接。
根据一些实施例，第一功率半导体模块中包括三极管Q11以及与Q11并联连接的二极管D11至D1n。第二功率半导体模块中包括三极管Q21以及与Q21并联连接的二极管D21至D2n。
在一些实施例中，第一功率半导体模块的源极和第二功率半导体模块的漏极连接。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，第一功率半导体模块中三极管的源极和二极管的正极通过键合线与第二功率半导体模块的漏极区域连接。因此，可以提高第一功率半导体模块和第二功率半导体模块之间的连接效果。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，如图2和图3所示，半桥功率模块还包括正极端子T+、负极端子T-和相功率端子；其中，
正极端子T+和第一功率半导体模块的漏极区域连接；
相功率端子与第二功率半导体模块的漏极区域连接；
负极端子T-与第二功率半导体模块的源极区域连接。
在一些实施例中，通过设置正极端子T+、负极端子T-和相功率端子，可以使得外部装置通过该正极端子T+、负极端子T-和相功率端子与半桥功率模块连接以驱动半桥功率模块。
根据一些实施例，图4为本实用新型实施例所提供的一种半桥功率模块的侧视图。如图2和图4所示，半桥功率模块还包括转接铜排和电容C1；其中，
第一功率半导体模块和第二功率半导体模块处于第一平面，转接铜排处于第二平面，第一平面与第二平面平行；
转接铜排的一端与负极端子T-连接，转接铜排的另一端与电容C1的负极连接，且转接铜排的另一端靠近正极端子T+，正极端子T+与电容C1的正极连接。
根据一些实施例，转接铜排的一端也可以与正极端子T+连接，此时，转接铜排的另一端与电容C1的正极连接，且转接铜排的另一端靠近负极端子T-，负极端子T-与电容C1的负极连接。
在一些实施例中，转接铜排与负极端子T-或正极端子T+连接时，可以通过激光焊接工艺进行连接。
需要说明的是，相关技术中，半桥功率模块的正极端子T+和负极端子T-放置在同一侧，相功率端子放置在另一侧，使得半桥功率模块与铜排之间的寄生电感在12nH左右。本实用新型实施例通过将相功率端子与负极端子T-放置在半桥功率模块的一侧，正极端子T+放置在半桥功率模块的另一侧，通过平行与半桥功率模块的转接铜排将正极端子T+和负极端子T-转接至同一侧并连接到电容C1，因此，通过激光焊接实现换流回路的平行叠层的设计能够降低半桥功率模块的寄生电感到5nH；通过降低寄生电感，可以进一步提高半桥功率模块的开关速度，降低半桥功率模块的开关损耗，可以提高半桥功率模块的发电效率
综上，本实用新型实施例提供的半桥功率模块，由于在功率半导体模块的使用过程中，电流通过二极管的时间不变的情况下，二极管的导通压降越低，电流通过二极管造成的损耗越低，功率半导体模块的损耗越低，因此，通过设置至少一个二极管所占面积大于三极管所占面积来降低二极管的导通压降，可以降低功率半导体模块的损耗，可以降低整个功率半导体模块的损耗，可以提高功率半导体模块的工作效率，增加发电效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种功率半导体模块，其特征在于，包括：三极管和至少一个二极管；其中，
所述三极管的漏极和所述二极管的负极连接，所述三极管的源极和所述二极管的正极连接；
所述至少一个二极管所占面积大于所述三极管所占面积。
2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述二极管的数量为多个。
3.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述多个二极管环绕所述三极管放置，其中，在所述三极管的任一方向设置一个二极管，若所述三极管的每一方向均设置有二极管，则在所述任一方向设置的任一二极管的远离所述三极管的方向设置二极管。
4.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体模块还包括印制电路板；其中，
所述至少一个二极管和所述三极管设置在所述印制电路板的铜基板上。
5.根据权利要求4所述的功率半导体模块，其特征在于，所述印制电路板还包括栅极区域、源极区域和漏极区域；其中，
所述栅极区域、所述源极区域和所述漏极区域均设置在所述铜基板上；
所述三极管的漏极和所述二极管的负极通过所述铜基板与所述漏极区域连接；
所述三极管的源极和所述二极管的正极通过铝线与所述源极区域连接；
所述三极管的栅极通过铝线与所述栅极区域连接。
6.根据权利要求5所述的功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体模块还包括栅极引脚、源极引脚和漏极引脚；其中，
所述栅极引脚设置在所述栅极区域中，所述源极引脚设置在所述源极区域中，所述漏极引脚设置在所述漏极区域中。
7.一种半桥功率模块，其特征在于，包括：第一功率半导体模块和第二功率半导体模块，所述第一功率半导体模块和所述第二功率半导体模块均采用如权利要求1至6任一所述的功率半导体模块；其中，
所述第一功率半导体模块与所述第二功率半导体模块串联连接。
8.根据权利要求7所述的半桥功率模块，其特征在于，所述第一功率半导体模块中三极管的源极和二极管的正极通过键合线与所述第二功率半导体模块的漏极区域连接。
9.根据权利要求8所述的半桥功率模块，其特征在于，所述半桥功率模块还包括正极端子、负极端子和相功率端子；其中，
所述正极端子和所述第一功率半导体模块的漏极区域连接；
所述相功率端子与所述第二功率半导体模块的漏极区域连接；
所述负极端子与所述第二功率半导体模块的源极区域连接。
10.根据权利要求9所述的半桥功率模块，其特征在于，所述半桥功率模块还包括转接铜排和电容；其中，
所述第一功率半导体模块和所述第二功率半导体模块处于第一平面，所述转接铜排处于第二平面，所述第一平面与所述第二平面平行；
所述转接铜排的一端与所述负极端子连接，所述转接铜排的另一端与所述电容的负极连接，且所述转接铜排的另一端靠近所述正极端子，所述正极端子与所述电容的正极连接；或者，所述转接铜排的一端与所述正极端子连接，所述转接铜排的另一端与所述电容的正极连接，且所述转接铜排的另一端靠近所述负极端子，所述负极端子与所述电容的负极连接。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |