CN221766757U - 功率单管、功率模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率单管、功率模组及电子设备，功率单管包括封装体、芯片组件和金属底板，芯片组件设于封装体内，芯片组件具有从封装体伸出外部的第一引脚和第二引脚；第一引脚作为第一电极，第二引脚具有至少一个且作为第二电极，或者，第一引脚和第二引脚作为同一个电极；金属底板设于封装体一侧，金属底板与芯片组件连接以作为第三电极；第一引脚的宽度大于第二引脚的宽度，第一引脚通过多个第一绑定线与芯片组件连接，第二引脚通过第二绑定线与芯片组件连接，第一引脚的绑定区域大于第二引脚的绑定区域。用于解决因功率单管载流能力不足导致的电路布局难度大、功率模组整体成本高、整机功率密度无法提高的问题。

Description

功率单管、功率模组及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电子器件技术领域，具体涉及一种功率单管、功率模组及电子设备。

背景技术

在电力电子变换拓扑中，常用功率器件包括标准封装的灌封功率模组和插件功率单管，插件功率单管因其技术成熟度高、良率高、封测厂利润诉求及封测成本低，得以广泛应用。现有的插件功率单管中以IGBT功率单管和MOSFET功率单管最为常见。

但是，现有的IGBT功率单管和MOSFET功率单管等功率单管在应用于功率模组时一般会将功率单管的引脚全部都焊接在同一电路板上，以致于在应用于大功率场景时，因功率单管载流能力不足，在通过多管并联等方式将功率单管电连接成电路拓扑时不仅电路布局困难，还容易因使用的功率单管数量多出现占用面积大的问题，导致功率模组整体成本较高、整机功率密度无法提高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种功率单管、功率模组及电子设备，用于解决因功率单管载流能力不足导致的电路布局难度大、功率模组整体成本高、整机功率密度无法提高的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种功率单管，包括：

封装体；

芯片组件，设于封装体内，所述芯片组件具有从所述封装体伸出外部的第一引脚和第二引脚；其中，所述第一引脚作为第一电极，所述第二引脚具有至少一个且所述第二引脚中的至少一个作为第二电极，或者，所述第一引脚和第二引脚作为同一个电极；

金属底板，设于封装体一侧，所述金属底板与所述芯片组件连接以作为第三电极；

所述第一引脚的宽度大于所述第二引脚的宽度，所述第一引脚通过多个第一绑定线与所述芯片组件连接，所述第二引脚通过第二绑定线与所述芯片组件连接，所述第一引脚的绑定区域大于所述第二引脚的绑定区域。

在一实施例中，以所述第一引脚的绑定区域和第二引脚的绑定区域作为总绑定区域，所述第一引脚的绑定区域面积占总绑定区域面积的65-75％。

在一实施例中，所述第一引脚的绑定区域设有多个第一连接点位，所述芯片组件通过多个所述第一绑定线与多个所述第一连接点位一一对应连接。

在一实施例中，所述第一引脚作为第一电极，所述第二引脚具有至少一个作为第二电极时，所述第一引脚和第二引脚两者中的一者伸出封装体外的部分朝向所述金属底板的一侧面弯折，并与所述第三电极齐平设置；另一者伸出封装体外的部分以背离所述金属底板的方向延伸；

所述第一引脚和第二引脚作为同一电极时，所述第一引脚和第二引脚伸出封装体外的部分朝向所述金属底板的一侧面弯折，并与所述第三电极齐平设置。

在一实施例中，所述第二引脚有多个，多个所述第二引脚还具有其他至少一个作为第四电极。

在一实施例中，所述芯片组件包括相互连接的IGBT芯片和FRD芯片，所述第一引脚和第二引脚分别与所述IGBT芯片电连接，所述第一电极为功率发射极、所述第二电极为栅极、所述第三电极为集电极、所述第四电极为开尔文发射极。

在一实施例中，所述芯片组件包括二极管芯片，所述第一引脚和第二引脚分别与所述二极管芯片连接，并作为阳极使用，所述第三电极为阴极。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种功率模组，功率模组包括电路板组件和至少一个如上所述的功率单管，至少一个所述功率单管设于所述电路板组件，并通过电连接形成预设电路拓扑。

在一实施例中，所述电路板组件包括绝缘金属板，所述绝缘金属板包括散热底板、绝缘层和线路层，所述绝缘层设于所述散热底板上，所述线路层设于所述绝缘层上，所述功率单管有多个，多个所述功率单管设于所述绝缘金属板上，并通过所述线路层电连接形成预设电路拓扑。

在一实施例中，所述预设电路拓扑包括整流拓扑、逆变拓扑中的至少一者；其中，所述逆变拓扑包括半桥逆变拓扑、全桥逆变拓扑。

在一实施例中，多个所述功率单管通过电连接形成预设半桥逆变拓扑时，多个所述功率单管中包括分立设置的第一IGBT功率单管、第二IGBT功率单管，所述第一IGBT功率单管的集电极通过所述线路层与所述第二IGBT功率单管的功率发射极电连接。

在一实施例中，多个所述功率单管通过电连接形成预设全桥逆变拓扑时，多个所述功率单管中包括连接成矩阵状的多个IGBT功率单管，多个所述IGBT功率单管中的部分的集电极通过所述线路层相互连接在第一行上，多个所述IGBT功率单管中的其他部分连接在第二行上，第一行的多个IGBT功率单管的功率发射极通过所述线路层与第二行的多个IGBT功率单管的集电极一一对应连接。

在一实施例中，多个所述功率单管通过电连接形成预设整流桥拓扑时，多个所述功率单管中包括连接成矩阵状的多个第一二极管单管，多个所述第一二极管单管中的部分的阳极通过所述线路层相互连接在第一行上，多个所述第一二极管单管中的其他部分连接在第二行上，第一行的多个第一二极管单管的阴极通过所述线路层与第二行的多个第一二极管单管的阳极一一对应连接。

在一实施例中，多个所述功率单管中还包括IGBT功率单管和第二二极管单管，所述第二二极管单管的阳极通过所述线路层与所述IGBT功率单管的集电极连接，所述IGBT功率单管的功率发射极通过线路层与设于第一行的多个所述第一二极管单管的阳极连接。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种电子设备，该电子设备包括如上所述的功率模组。

与现有技术相比本实用新型具有以下有益效果：

通过将金属底板设于封装体的一侧，金属底板与芯片组件连接作为第三电极，可简化电路布局，减少引脚数量及布线，降低装配难度，通过增大金属底板的面积以适于连接更大功率的芯片组件并提升功率单管密度，减少大功率应用场景功率单管并联数量，降低成本；通过芯片组件和金属底板连接构造成第三电极，可减小第三电极对空间的占用，使第一引脚和第二引脚之间的间距、第一引脚的宽度及绑定线可绑定的区域面积增大；为进一步提高功率单管载流能力，设置第一引脚通过多个第一绑定线与芯片组件连接，第二引脚通过第二绑定线与芯片组件连接，通过增加第一绑定线连接数量，并设置第一引脚的绑定区域大于第二引脚的绑定区域，使功率单管及功率模组的安全性进一步优化，并适于作为高耐压器件使用，减少在应用时需要额外进行的防护处理，提高整体功率密度；通过增大金属底板面积还可增大散热面积、延长功率单管的使用寿命，避免因散热性能不足导致功率单管在使用过程中需要通过降额使用以防止出现过热失效的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型的功率单管的一实施例的透视图；

图2为本实用新型的功率单管的一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的功率单管的一实施例的另一视角的结构示意图；

图4为本实用新型的功率单管的一实施例的又一视角的结构示意图；

图5为本实用新型的功率单管的另一实施例的透视图；

图6为本实用新型的功率单管的另一实施例的结构示意图；

图7为本实用新型的功率单管的另一实施例的另一视角的结构示意图；

图8为本实用新型的功率单管的另一实施例的又一视角的结构示意图；

图9为本实用新型的功率模组的一实施例的结构示意图；

图10为本实用新型的功率模组的另一实施例的结构示意图；

图11为本实用新型的功率模组的又一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	功率单管	213	二极管芯片
100	封装体	221	功率发射极
				200	芯片组件	222	开尔文发射极
201	第一引脚	223	栅极
				202	第二引脚	231	阳极
2031	第一绑定线	300	金属底板
				2032	第二绑定线	410	绝缘金属板
2033	第一连接点位	4101	安装孔
				2034	第二连接点位	420	线路层
204	第三电极	4301	铜排
				211	IGBT芯片	4302	插针
212	FRD芯片

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

若在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性，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。若在本实用新型中涉及“A和/或B”的描述，则表示包含方案A或方案B，或者包含方案A和方案B。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

在电力电子变换拓扑中，常用功率器件包括标准封装的灌封功率模组和插件功率单管，插件功率单管因其技术成熟度高、良率高、封测厂利润诉求及封测成本低，得以广泛应用。现有的插件功率单管中以IGBT功率单管和MOSFET功率单管最为常见。

但是，现有的IGBT功率单管和MOSFET功率单管等功率单管在应用于功率模组时一般会将功率单管的引脚全部都焊接在同一电路板上，以致于在应用于大功率场景时，因功率单管载流能力不足，在通过多管并联等方式将功率单管电连接成电路拓扑时不仅电路布局困难，还容易因使用的功率单管数量多出现占用面积大的问题，导致功率模组整体成本较高、整机功率密度无法提高。

以典型塑封单管封装为例：TO247-3、TO247plus-3等插件封装需要引出栅极G、集电极C(MOS单管称为漏极)和发射极E(MOS单管称为源极)，但因发射极E作为功率和控制回路的共同部分，在接通和关断的瞬时，在发射极E脚本身的寄生电感和功率回路电流的共同作用下，会导致栅极到发射极的有效电压被衰减，而这种衰减使得功率管换向时间被延长，导致更高的开关损耗。而TO247-4、TO247plus-4等插件封装需要引出集电极C(MOS单管称为漏极)、发射极E(MOS单管称为源极E)、开尔文发射极(MOS单管为开尔文源极K)和栅极G，其中，额外增加的管脚，即开尔文发射极连接到发射极，开尔文发射极用于连接栅极驱动器，以确保功率单管免受来自功率回路的电压衰减影响，并获得更低的开关损耗表现。

但是，上述的典型塑封单管因封装集电极C和发射极E脚间距偏小，在用作高压器件时，焊接到电路板组件的引脚之间的间距会进一步减小，导致通常需要通过打胶防护来避免出现引脚打火或击穿等问题。加上因封装集电极C插件引脚、发射极E插件引脚的截面积较小，发射极E脚的可绑定区域面积受限，也都限制了功率单管的载流能力。

为了解决现有技术存在的缺陷，本实用新型提供了一种功率单管、功率模组及电子设备。其中，功率单管包括封装体100、芯片组件200和金属底板300。

参照图1至8，芯片组件200设于封装体100内，芯片组件200具有从封装体100伸出外部的第一引脚201和第二引脚202。其中，第一引脚201作为第一电极，第二引脚202具有至少一个且第二引脚中的至少一个作为第二电极，或者，第一引脚201和第二引脚202作为同一个电极。金属底板300设于封装体100一侧，金属底板300与芯片组件200连接以作为第三电极204。其中：

第一引脚201的宽度大于第二引脚202的宽度，第一引脚201通过多个第一绑定线2031与芯片组件连接，第二引脚202通过第二绑定线2032与芯片组件连接，第一引脚201的绑定区域大于第二引脚202的绑定区域。

可以理解的，封装体100设有引线框架，所示引线框架包括芯片载片区，所示芯片载片区用于供放置所示芯片组件200和所示金属底板300，所示芯片组件200设于金属底板300的一侧面，芯片组件200对应所示芯片载片区的至少一侧设有引脚，所示引脚经所示芯片载片区引出所示封装体100外，所示封装体100具有由树脂或者其他材料制成的封装层，所示封装层覆设在所示引线框架的至少一侧，用以构造成所示封装体100，连接有芯片组件200的金属底板300外露出所示封装层的部分用于构造成所示第三电极204。具体还可在金属底板300上设置连接架、焊接位等供连接所示芯片组件200，并对应所示芯片组件200在所示金属底板300上布线。所示金属底板300具体可以是铜板、铝板或者通过其他具备导电及散热性能材料制成的连接板。

进一步地，所示芯片组件200包括一个或者多个芯片，所示芯片载片区设有一个或者多个容置区，每一所示容置区用于供所示芯片收置，具体可对应所示功率单管10所需的芯片数量设置所示芯片载片区包含的容置区的数量，在此不加以限定。

通过将金属底板300设于封装体100的一侧，金属底板300与芯片组件200连接作为第三电极204，可简化电路布局，减少引脚数量及布线，降低装配难度，通过增大金属底板300的面积以适于连接更大功率的芯片组件200并提升功率单管10密度，减少大功率应用场景功率单管10并联数量，降低成本。通过芯片组件200和金属底板300连接构造成第三电极204，可减小第三电极204对空间的占用，使第一引脚201和第二引脚202之间的间距、第一引脚201的宽度及第一绑定线2031的绑定区域面积增大。通过增加第一绑定线2031的数量，并设置第一引脚201的绑定区域大于第二引脚202的绑定区域，以进一步提高功率密度，优化功率单管的载流能力及散热性能。

需要说明的是，根据实际需要，具体还可通过增大金属底板300面积增大散热面积、延长功率单管10的使用寿命，避免因散热性能不足导致功率单管10在使用过程中需要通过降额使用以防止出现过热失效的问题。

于本实用新型中，通过增大引线框架的芯片载片区的面积以适用于焊接更大功率的芯片，并减少大功率应用场景使用的功率单管10的数量。

在一实施例中，第一引脚201的绑定区域设有多个第一连接点位2033，芯片组件200通过多个第一绑定线2031与多个第一连接点位2033一一对应连接。

可以理解的，所示引线框架具有垂直设置的第一侧和第二侧，芯片组件200的第一引脚201和第二引脚202由引线框架的第一侧伸出封装体100的第一侧外，通过金属底板300和芯片组件200连接作为第三电极204可减少伸出引线框架第一侧外的引脚数量，并增大引脚之间的间距及第一绑定线2031可连接的数量，第一引脚201的多个第一连接点位2033沿引线框架的第一侧间隔设置，如此，可通过增大采用的金属底板300的尺寸以适用于连接大功率芯片组件200，用以进一步提高功率单管10密度并扩大可适用场景，延长使用寿命。

需要说明的是，各引脚相互独立设置，所示第一引脚201的数量可以是一个或者多个，多个第一引脚201中的至少一个通过设置的多个第一连接点位2033与芯片组件200连接，对应每一第一引脚设置的第一连接点位2033具体可以是三个、四个、五个或者其他多个，对应每一第一连接点位2033分别设置第一绑定线2031，使第一引脚通过对应的多个第一绑定线2031与芯片组件连接。第二引脚202至少有一个，每一第二引脚202具有至少一个第二连接点位2034，对应每一第二引脚202的第二连接点位2034分别设置第二绑定线2032，使每一第二引脚通过对应的多个第二绑定线2032与芯片组件200连接。第一引脚201、各第二引脚202采用的材质、形状及尺寸等可以相同或者不同，具体还可根据实际设置第一引脚201、第二引脚202的数量及设于第一引脚201绑定区域、第二引脚202绑定区域的连接点位的数量、各连接点位的位置等，在此不加以限定。

另外，现有的功率单管因加工工艺复杂，在设计成IGBT功率单管、二极管单管等不同单管时，需要采用不同的引线框架设计，且大多仅能够将第一引脚201的绑定区域设置成等于或者略大于第二引脚202的绑定区域，功率单管载流能力提升有限。于本申请的实施例中，所示封装件具有垂直设置的第一侧和第二侧，芯片组件的第一引脚201和第二引脚202伸出封装体100的第一侧外，第一引脚201的绑定区域、第二引脚202的绑定区域均沿封装体100的第一侧延伸设置，第一引脚201的绑定区域设有多个第一连接点位2033，多个第一连接点位2033沿第一引脚201的绑定区域的长度方向间隔设置，也即，多个第一连接点位2033沿封装体100的第一侧间隔设置；对应第二引脚202设置的多个第二连接点位2034相互独立且间隔设置。将金属底板300与芯片组件200连接作为第三电极204，通过增加金属底板300的面积并规划芯片组件设于金属底板300上的位置，在进一步增加第一引脚的绑定区域及第一连接点位2033的数量之余，优化散热性能，避免出现需要额外进行防护处理的情况；如此，还可通过采用不同类型的芯片组件，以适于加工成IGBT功率单管、二极管单管等不同类型的功率单管，通过采用同一引线框架设计，即可加工不同类型的功率单管10，有效扩大应用范围，并降低工艺难度和加工成本。

为进一步提高功率单管10载流能力，设置第一引脚201通过多个第一绑定线2031与芯片组件200连接，第二引脚202通过第二绑定线2032与芯片组件200连接，通过增加第一绑定线2031连接数量，并设置第一引脚201的绑定区域大于第二引脚202的绑定区域，使功率单管10及功率模组的安全性得到进一步优化，并适于作为高耐压器件使用，减少在应用时需要额外进行的防护处理，提高整体功率密度。

进一步地，以第一引脚201的绑定区域和第二引脚202的绑定区域作为总绑定区域，第一引脚201的绑定区域面积占总绑定区域面积的65-75％。

作为进一步优选的示例，第一引脚201和第二引脚202伸出封装体100的第一侧外，以第一引脚201的绑定区域和第二引脚202的绑定区域之和作为总绑定区域，所示第一引脚201的绑定区域面积占总绑定区域面积的70％，用以进一步优化功率单管10及功率模组的安全性，提高整体功率密度，避免在应用时需要额外进行防护处理。

以TO247-3、TO247plus-3、TO247-4、TO247plus-4等插件封装为例，因现有的插件功率单管封装的引脚大多设置成插件引脚，插件封装在组装时，需要先将插件功率单管引脚直接插置或者折弯后插接在电路板组件上，并通过波峰焊工艺焊接固定；在铝材散热器表面依次涂布贴装导热硅脂、绝缘导热垫片并在绝缘导热垫片上再涂布导热硅脂后，再通过螺丝将插件功率单管及其固定支座锁附固定在散热器上，以通过电路板组件实现插件功率单管封装走线。

现有的插件功率单管在封装成功率模组时，因需要将插件功率单管的引脚插接在电路板组件后，通过锡膏以回流焊的方式将插件功率单管焊接在电路板组件上，导致功率单管封装后的塑封料和芯片组件、引脚、第一绑定线2031、第二绑定线2032等的分层问题加剧，这种封装方式不仅会增大插件功率单管及功率模组的失效风险，还会影响器件可靠性。而采用导热硅脂+绝缘陶瓷垫片+导热硅脂将插件功率单管固定在散热器上，不仅会导致热阻较大，在组装使用过程中因出现的振动等环境干扰还会影响插件功率单管的固定支座与散热器之间的锁固连接，影响单管散热效果甚至出现热失效，以至于功率单管只能够降额使用。

参照图1至4，作为一示例，第一引脚201作为第一电极，第二引脚202具有至少一个作为第二电极时，第一引脚201和第二引脚202两者中的一者伸出封装体100外的部分朝向金属底板300的一侧面弯折，并与第三电极204齐平设置；另一者伸出封装体100外的部分以背离金属底板300的方向延伸。

参照图5至8，作为另一示例，第一引脚201和第二引脚202作为同一电极时，第一引脚201和第二引脚202伸出封装体100外的部分朝向金属底板300的一侧面弯折，并与第三电极204齐平设置。

可选地，所示第一引脚201、第二引脚202均至少有一个，将部分第一引脚201和/或第二引脚202伸出封装体100外的部分朝向金属底板300的一侧面弯折，以将部分第一引脚201和/或第二引脚202作为贴片引脚使用，贴片引脚朝向金属底板300的一侧面弯折且伸出封装体100的一端的端面与第三电极204齐平设置，第三电极204、至少部分第一引脚201和第二引脚202作为功率单管10的引脚贴片在组装成功率模组时通过回流焊即可直接焊接固定在电路板组件上，避免采用插件引脚因需要通过导热硅脂+绝缘陶瓷垫片+导热硅脂+螺接等方式固定导致的连接不稳定、散热性能差、无法适于加工大功率器件的问题，用以实现自动化生产，简化装配难度并降低制费，提高装配质量并减少装配质量事故的发生。

作为一具体的示例，具体可通过将贴片引脚作为功率引脚实现功率流的传输，并以插件引脚作为信号引脚实现信号流的传输。具体地，在二次封装成功率拓扑模组时，可通过回流焊将贴片引脚焊接固定在功率模组的电路板组件上，并设置插件引脚用于与外部驱动电路板组件或者其他电气设备连接，以传输信号流。如此设置，可实现热电分离，并优化散热性能，提高功率单管10及功率模组的可靠性，降低封装成功率模组时电路板组件载流散热、布局布线及成本的压力，并增强功率单管10信号引脚的抗干扰能力。具体可根据实际将所示贴片引脚的背离所示芯片组件200的一端设置成与第三电极204齐平设置，并将所示插件引脚设置成以背离金属底板300方向折弯成90°的插件，具体可根据实际设置插件引脚的角度及尺寸，在此不加以限定。

可以理解的，于本实用新型中，功率单管10在作为IGBT功率单管或者其他可用于传输功率流和信号流的单管使用时，功率单管10具有用于传输功率流和信号流的两种或者其他多种电极。以其中一种作为第一电极，另一种作为第二电极和/或其他电极时，具体可设置在第一引脚201作为第一电极、第二引脚202作为第二电极或者其他电极时，以第一引脚201和第二引脚202两者中的一者作为功率引脚，其伸出封装体100外的部分朝向金属底板300的一侧面弯折，并与第三电极204齐平设置，用以作为贴片引脚使用；另一者作为信号引脚，其伸出封装体100外的部分以背离金属底板300的方向延伸，用以作为插件引脚使用。功率单管10在作为二极管单管或者其他可用于传输功率流的单管时，功率单管10具有用于传输功率流的电极，具体可设置第一引脚201和第二引脚202作为同一个电极，第一引脚201和第二引脚202伸出封装体100外的部分朝向金属底板300的一侧面弯折，并与第三电极204齐平设置，用以作为贴片引脚使用。

在二次封装成各种功率拓扑的模组或者加工应用至各种电气设备时，通过贴片引脚的设置，使功率单管10的固定方式改进成通过回流焊将贴片引脚直接焊接固定在电路板组件上，避免因采用插件引脚需要依赖人工参与导致的加工效率、成品质量低的问题，如此，还可简化加工工序、实现自动化制造生产，降低生产制造成本。

在一实施例中，第二引脚202有多个，多个第二引脚202还具有其他至少一个作为第四电极。在上述示例的基础上，所示第一引脚201有一个或者多个，第一引脚201作为第一电极，所示第二引脚202具有多个，多个第二引脚202中具有至少一个作为第二电极和其他至少一个作为第四电极。作为一具体的示例，所示第一引脚201伸出封装体100外的部分朝向金属底板300的一侧面弯折，并与第三电极204齐平设置；第二引脚202伸出封装体100外的部分以背离金属底板300的方向延伸；或者，所示第二引脚202伸出封装体100外的部分朝向金属底板300的一侧面弯折，并与第三电极204齐平设置；第一引脚201伸出封装体100外的部分以背离金属底板300的方向延伸。

具体地，以功率单管10作为IGBT功率单管或者其他可用于传输功率流和信号流的单管为例，功率单管10具有用于传输功率流和信号流的两种或者其他多种电极，具体可设置第一引脚201作为第一电极，第二引脚202中的至少一个作为第二电极。以功率单管10作为IGBT功率单管为例，在第一电极为功率发射极、第二电极为栅极、第三电极为集电极时，为避免在接通和关断瞬间，功率发射极寄生电感和功率回路电流共同作用导致栅极到功率发射极的有效电压被衰减，使功率单管换向时间被延长，所示第四电极可以为开尔文发射极，通过增加的第四电极作为开尔文发射极连接到IGBT的发射极，并连接栅极驱动器，可减少来自功率回路电压衰减的影响，并获得更低的开关损耗表现。

本实用新型所示的功率单管10可涵盖IGBT/MOSFET、Diode等不同器件类型的单管，通过采用同一引线框架设计，以适用于加工不同类型的功率单管10。

参照图1至4，在一实施例中，所示功率单管10为IGBT功率单管时，芯片组件包括相互连接的IGBT芯片211和FRD芯片212，第一引脚201和第二引脚202分别与IGBT芯片211电连接，第一电极为功率发射极221、第二电极为栅极223、第三电极204为集电极、第四电极为开尔文发射极222。可选地，所示第一引脚201为一个且作为功率发射极，第二引脚202为两个且分别作为栅极223和开尔文发射极222。IGBT功率单管的集电极、功率发射极221均为贴片引脚，用以在功率单管10通过二次封装成功率模组时实现模组功率流的连接或传输，并通过IGBT功率单管的开尔文发射极222和栅极223实现信号流的连接或传输，第一引脚201和两第二引脚202的位置具体可根据实际调整设置，另外，还可根据实际设置并调整第一引脚201、第二引脚202的数量，在此不加以限定。

参照图5至8，在另一实施例中，所示功率单管10为二极管单管时，芯片组件200包括二极管芯片213，第一引脚201和第二引脚202分别与二极管芯片213连接，并作为阳极231使用，第三电极204为阴极。功率单管10为二极管单管时，二极管单管的阳极231和阴极均为贴片引脚，用以在功率单管10通过二次封装成功率模组时实现模组功率流的连接或传输。

可选地，所示功率单管10为二极管单管时，所示第一引脚201为一个，第二引脚202为两个或者其他多个；或者，第一引脚201为两个或者其他多个，第二引脚202为一个；具体可根据实际设置功率单管10在作为二极管单管时第一引脚和第二引脚的数量，在此不加以限定。

现有的插件功率单管的组装方式较为繁琐，且因需要人工组装，组装效率及组装质量较低，制造成本较高，插件功率单管因功率密度较低，应用于大功率场景时需要多管并联。而并联数量多容易导致占用的电路板组件面积及散热器面积大，无法有效提高整体功率密度及散热性能。加上这类插件功率单管封装在应用于功率模组时大多需要将多个单管的引脚全部焊接在一起，导致功率流和信号流走线交叉耦合、布线难度大，功率流走线复杂及无法有效散热导致电路板组件发热严重，栅极等信号流走线也容易受到高压大电流变化干扰，影响功率单管的开关特性。

为进一步解决现有技术存在的缺陷，参照图9至11，本实用新型还提供一种功率模组，功率模组包括电路板组件和至少一个如上的功率单管10，至少一个功率单管10设于电路板组件，并通过电连接形成预设电路拓扑。

于本实用新型中，功率单管10的芯片组件200与金属底板300连接以作为第三电极204，第一引脚201和第二引脚202中的至少部分伸出封装体100外的部分朝向金属底板300的一侧面弯折，并与第三电极204齐平设置，通过将第一引脚201和第二引脚202中的至少部分及第三电极204作为贴片引脚，使功率单管10在二次封装成功率模组时通过回流焊焊接固定在电路板组件上，通过在电路板组件上涂布导热硅脂后将功率单管10装配至散热器上，可减小装配加工工序及加工难度，提高整体结构的可靠性，并降低加工装配成本，如此设置，还可减小连接至散热器的热阻，提高散热性能及可靠性，避免出现需要降额使用的情况。

通过上述示例的设置，功率单管10功率密度提升，功率单管10通过回流焊焊接在功率模组的电路板组件上，通过减少绝缘陶瓷垫片等连接结构的设置使功率模组的电路板组件的布局更加紧凑，通过减少并联的功率单管的数量减小驱动电路板及散热器面积，有效降低成本并提高功率模组及整机功率密度。

在一实施例中，电路板组件包括绝缘金属板410，绝缘金属板410包括散热底板、绝缘层和线路层420，绝缘层设于散热底板上，线路层420设于绝缘层上。用以将所示绝缘金属板410构造成绝缘金属基板(IMS)，以替代传统的DBC基板、AMB基板等覆铜陶瓷板，实现高导热、高散热及灵活布线，降低加工装配成本，并优化绝缘性能及散热性能。

功率单管有多个，多个功率单管10设于绝缘金属板410上，并通过线路层420电连接形成预设电路拓扑。

进一步地，预设电路拓扑包括但不限于整流拓扑、逆变拓扑；其中，逆变拓扑包括但不限于半桥逆变拓扑、全桥逆变拓扑。

于本实用新型中，功率单管10的金属底板300与芯片组件200连接作为第三电极204，通过增大金属底板300的面积以适于连接更大功率的芯片组件200并提升功率单管10密度，使功率单管10在电路板组件上的布局更加紧凑合理，通过减少大功率应用场景功率单管10并联数量，进一步减小电路板组件及散热器面积，提高整机功率密度。根据功率流和信号流分别设置贴片引脚和插件引脚，通过贴片引脚传输功率流，通过插件引脚传输信号流，实现热电分离，使得电路板组件能够快速带走大电流流过产生的热量。

功率单管10的插件引脚用于与外部驱动电路板或者其他电气设备连接，功率单管10在二次封装成功率模组时，以第三电极204所在的一侧作为功率模组的下侧，并以背离第三电极204的一侧作为功率模组的上侧，插件引脚以焊接或者插接等方式即可与设于功率模组上侧或者功率模组外其他位置的驱动电路板或者其他电气设备连接。如此，还可降低驱动电路板或者其他电气设备的布线难度，降低功率模组的载流散热要求及封装加工难度，减少加工制造成本，并避免IGBT驱动信号受高压大电流信号干扰影响实际使用效果，用以优化整体性能，扩大功率单管10的适用范围，并适于加工多种功率模组及功率器件。

可以理解的，所示绝缘层具体可采用具备高导热性的绝缘材料，散热底板具体可采用具备良好散热性的铜板、铝板或者通过其他导电金属制成的连接板，线路层420具体可以是通过铜箔、铝线、焊锡、跳线等设于绝缘层上的线路组件，通过类似PCB的布局布线设计及生产刻蚀工艺在绝缘金属基板上进行布线，形成焊盘或者连接线路。如此设置，可提高整体结构的可靠性和稳定性，通过设置贴片引脚和插件引脚实现热电分离，相比于常规的插件功率单管，本实用新型所示的功率单管和功率模组的应用方案更具成本优势，通过结构布局的改进还可有效降低加工装配难度，提高加工装配效率。

根据实际，具体还可在所示绝缘金属板410上设置安装孔4101，用以将功率模组装配连接在不同的电气设备及工装，具体可根据实际设置电路板组件的线路层420及功率模组的封装形式，在此不加以限定。

作为一示例，于本实用新型中，多个功率单管10通过电连接形成预设逆变拓扑时，具体可先在电路板组件的线路层420上涂覆焊锡膏，并根据预设电路拓扑通过回流焊将功率单管10的集电极和功率发射极221等功率模组的组成部件焊接在电路板组件的线路层420上，信号流由大功率单管10自身的开尔文发射极222、栅极223引出，功率流由新增的铜柱、铜排4301或者插针4302等贴片金属端子引出。

具体可根据实际，设置多个功率单管10通过电连接形成预设半桥逆变拓扑、全桥逆变拓扑等逆变拓扑，通过在功率模组的底部，也即是电路板组件的远离线路层的一侧涂布导热硅脂后将功率模组装配至散热器上实现散热，并通过开尔文发射极222、栅极223等插件引脚作为信号引脚与设于功率模组上侧或者功率模组外其他位置的驱动电路板或者其他电气设备连接，通过贴片引脚和插件引脚分开传输功率流和信号流，实现热电分离。另外，根据实际，在多个功率单管10通过电连接形成预设半桥逆变拓扑、全桥逆变拓扑等逆变拓扑时，还可将用于检测温度的热敏电阻等温度检测组件和检测电流的分流器等电流检测组件集成进功率模组中，以实现温度检测功能和电流检测功能。于本实用新型，利用绝缘金属基板(IMS)高导热、可灵活布线的优点，将热敏电阻等温度检测组件及分流器等电流检测组件集成在功率模组，通过绝缘金属基板将分流器等损耗散热组件的热量快速传导至散热器，实现散热。具体可根据实际需要设置温度检测组件及电流检测组件连接在功率模组的位置，在此不加以限定。

参照图9，作为一具体的示例，多个功率单管10通过电连接形成预设半桥逆变拓扑时，多个功率单管10中包括分立设置的第一IGBT功率单管、第二IGBT功率单管，第一IGBT功率单管的集电极通过线路层420与第二IGBT功率单管的功率发射极221电连接。用以构造成半桥逆变模组。第一IGBT功率单管的集电极通过线路层420与第二IGBT功率单管的功率发射极221连接，第一IGBT功率单管的功率发射极221通过线路层420与铜柱、铜排4301或者插针4302等贴片金属端子连接，第二IGBT功率单管的集电极通过线路层420与铜柱、铜排4301或者插针4302等贴片金属端子连接，用以通过贴片金属端子引出功率流，并通过第一IGBT功率单管、第二IGBT功率单管的开尔文发射极222和栅极223引出信号流。

可选地，具体可设置所示绝缘金属板410具有相对的第一侧和第二侧，第一IGBT功率单管和第二IGBT功率单管相互平行且朝向相反，其中，第一IGBT功率单管的引脚朝向绝缘金属板410的第一侧设置，第二IGBT功率单管伸出的引脚朝向绝缘金属板410的第二侧设置。需要说明的是，具体还可设置第一IGBT功率单管和第二IGBT功率单管呈镜像对称，或者，根据实际另外设置并调整第一IGBT功率单管和第二IGBT功率的位置和朝向、各贴片金属端子的位置等；另外，还可在绝缘金属板410的其他位置上设置铜柱、铜排4301或者插针4302等贴片金属端子并对应贴片金属端子设置其他贴片连接件以实现与电路板的电连接并引出功率模组的功率流，具体可根据实际设置，在此不一一赘述。

进一步地，还可在构造成的半桥逆变模组上设置热敏电阻等温度检测组件及分流器等电流检测组件，热敏电阻等温度检测组件及分流器等电流检测组件设于半桥逆变模组上的位置可根据实际设置，在此不加以限定。

参照图10，作为另一具体的示例，多个功率单管10通过电连接形成预设全桥逆变拓扑时，多个功率单管10中包括连接成矩阵状的多个IGBT功率单管，多个IGBT功率单管中的部分的集电极通过线路层420相互连接在第一行上，多个IGBT功率单管中的其他部分连接在第二行上，第一行的多个IGBT功率单管的功率发射极221通过线路层420与第二行的多个IGBT功率单管的集电极一一对应连接。用以构造成三相全桥逆变模组。

为减少布线，具体可设置多个IGBT功率单管的朝向相同。具体地，所示IGBT功率单管有六个，六个IGBT功率单管中的三个连接在第一行上，六个IGBT功率单管中的其他三个连接在第二行上。设于第一行的三个IGBT功率单管的集电极通过线路层420相互连接，具体还可在线路层420上设置铜柱、铜排4301或者插针4302等贴片金属端子以引出功率流；设于第一行的三个IGBT功率单管的功率发射极221通过线路层420与第二行的三个IGBT功率单管的集电极一一对应连接。根据实际，设于第二行的三个IGBT功率单管的功率发射极221通过线路层420与铜柱、铜排4301或者插针4302等贴片金属端子连接，以通过多个IGBT功率单管的开尔文发射极222、栅极223引出信号流，并使设于第二行的IGBT功率单管的集电极通过铜排4301或者插针4302等贴片金属端子引出功率流。具体还可根据实际另外设置并调整各IGBT功率单管的位置、朝向及贴片金属端子的位置等；另外，还可在绝缘金属板410的其他位置上设置铜柱、铜排4301或者插针4302等贴片金属端子以实现与功率单管的电连接并引出功率模组的功率流，具体可根据实际设置，在此不一一赘述。

进一步地，还可在构造成的三相全桥逆变模组上设置热敏电阻等温度检测组件及分流器等电流检测组件，热敏电阻等温度检测组件及分流器等电流检测组件设于三相全桥逆变模组上的位置可根据实际设置，在此不加以限定。

作为另一示例，于本实用新型中，多个功率单管10通过电连接形成预设整流桥拓扑时，具体可先在电路板组件的线路层420上涂覆焊锡膏，并根据预设电路拓扑通过回流焊将功率单管10的阳极231、阴极等功率模组的组成部件焊接在电路板组件的线路层420上，并通过新增的铜柱、铜排4301或者插针4302等贴片金属端子作为功率模组对外功率端子引出功率流。

具体可通过回流焊工艺将大功率二极管单管等焊接在电路板组件上，以形成一个完整的三相不控整流电路，即三相整流桥模组。

参照图11，在一实施例中，多个功率单管10通过电连接形成预设整流桥拓扑时，多个功率单管中包括连接成矩阵状的多个第一二极管单管，多个第一二极管单管中的部分的阳极通过线路层420相互连接在第一行上，多个第一二极管单管中的其他部分连接在第二行上，第一行的多个第一二极管单管的阴极通过线路层420与第二行的多个第一二极管单管的阳极一一对应连接。用以构造成三相整流桥模组。

为实现制动功能，多个功率单管10中还包括IGBT功率单管和第二二极管单管，第二二极管单管的阳极通过线路层420与IGBT功率单管的集电极连接，IGBT功率单管的功率发射极通过线路层420与设于第一行的多个第一二极管单管的阳极连接。

为减少布线，具体可设置多个第一二极管单管的朝向相同。具体地，所示第一二极管单管有六个，六个第一二极管单管中的三个连接在第一行上，六个第一二极管单管中的其他三个连接在第二行上，第一行的三个第一二极管单管的阳极231通过线路层420与IGBT功率单管的功率发射极221相互连接，第一行的三个第一二极管单管的阴极通过线路层420与第二行的三个第一二极管单管的阳极231一一对应连接。根据实际，具体还可在线路层420上设置铜柱、铜排4301或者插针4302等贴片金属端子以引出功率模组的功率流。另外，还可根据实际在绝缘金属板410的其他位置设置铜柱、铜排4301或者插针4302等贴片金属端子，并调整各功率单管10、贴片金属端子的位置，在此不一一赘述。

于本实用新型中，可通过更换采用的功率模组及功率模组的数量以满足不同的器件内部分层标准，提高可靠性，具体可根据实际通过调整采用的功率单管的类型、功率单管的数量及各功率单管之间的连接方式，以电连接成所需的电路拓扑。

需要说明的是，本实用新型所示的功率单管10的功率引脚如集电极C脚、功率发射极221脚、二极管阳极231、二极管阴极等作为贴片引脚，信号引脚如开尔文发射极222和栅极223等作为插件引脚的组合方式，不局限于封装尺寸大小、引脚形状及位置组合变化。而基于新型大功率单管10在绝缘金属基板等电路板组件上布局布线、二次封装组成的功率模组的设计，不局限于功率单管10的数量，也不局限于连接形成的半桥、三相全桥、ANPC、NPC1、TNPC等拓扑形式。上述变换及组合方式都属于本实用新型方案范围内。

本实用新型还提供了一种电子设备，该电子设备包括如上任一实施例中所述的功率模组，且具有上述实施例中的功率模组的技术特征，至少能够达到上述功率模组实施中的有益效果，为避免重复，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种功率单管，其特征在于，包括：

封装体；

芯片组件，设于封装体内，所述芯片组件具有从所述封装体伸出外部的第一引脚和第二引脚；其中，所述第一引脚作为第一电极，所述第二引脚具有至少一个且所述第二引脚中的至少一个作为第二电极，或者，所述第一引脚和第二引脚作为同一个电极；

金属底板，设于封装体一侧，所述金属底板与所述芯片组件连接以作为第三电极；

所述第一引脚的宽度大于所述第二引脚的宽度，所述第一引脚通过多个第一绑定线与所述芯片组件连接，所述第二引脚通过第二绑定线与所述芯片组件连接，所述第一引脚的绑定区域大于所述第二引脚的绑定区域。

2.根据权利要求1所述的功率单管，其特征在于，以所述第一引脚的绑定区域和第二引脚的绑定区域作为总绑定区域，所述第一引脚的绑定区域面积占总绑定区域面积的65-75％。

3.根据权利要求1所述的功率单管，其特征在于，所述第一引脚的绑定区域设有多个第一连接点位，所述芯片组件通过多个所述第一绑定线与多个所述第一连接点位一一对应连接。

4.根据权利要求1所述的功率单管，其特征在于，所述第一引脚作为第一电极，所述第二引脚具有至少一个作为第二电极时，所述第一引脚和第二引脚两者中的一者伸出封装体外的部分朝向所述金属底板的一侧面弯折，并与所述第三电极齐平设置；另一者伸出封装体外的部分以背离所述金属底板的方向延伸；

所述第一引脚和第二引脚作为同一电极时，所述第一引脚和第二引脚伸出封装体外的部分朝向所述金属底板的一侧面弯折，并与所述第三电极齐平设置。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的功率单管，其特征在于，所述第二引脚有多个，多个所述第二引脚还具有其他至少一个作为第四电极。

6.根据权利要求5所述的功率单管，其特征在于，所述芯片组件包括相互连接的IGBT芯片和FRD芯片，所述第一引脚和第二引脚分别与所述IGBT芯片电连接，所述第一电极为功率发射极、所述第二电极为栅极、所述第三电极为集电极、所述第四电极为开尔文发射极。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的功率单管，其特征在于，所述芯片组件包括二极管芯片，所述第一引脚和第二引脚分别与所述二极管芯片连接，并作为阳极使用，所述第三电极为阴极。

8.一种功率模组，其特征在于，包括电路板组件和至少一个如权利要求1-7中任意一项所述的功率单管，至少一个所述功率单管设于所述电路板组件，并通过电连接形成预设电路拓扑。

9.根据权利要求8所述的功率模组，其特征在于，所述电路板组件包括绝缘金属板，所述绝缘金属板包括散热底板、绝缘层和线路层，所述绝缘层设于所述散热底板上，所述线路层设于所述绝缘层上，所述功率单管有多个，多个所述功率单管设于所述绝缘金属板上，并通过所述线路层电连接形成预设电路拓扑。

10.根据权利要求9所述的功率模组，其特征在于，所述预设电路拓扑包括整流拓扑、逆变拓扑中的至少一者；其中，所述逆变拓扑包括半桥逆变拓扑、全桥逆变拓扑。

11.根据权利要求10所述的功率模组，其特征在于，多个所述功率单管通过电连接形成预设半桥逆变拓扑时，多个所述功率单管中包括分立设置的第一IGBT功率单管、第二IGBT功率单管，所述第一IGBT功率单管的集电极通过所述线路层与所述第二IGBT功率单管的功率发射极电连接。

12.根据权利要求10所述的功率模组，其特征在于，多个所述功率单管通过电连接形成预设全桥逆变拓扑时，多个所述功率单管中包括连接成矩阵状的多个IGBT功率单管，多个所述IGBT功率单管中的部分的集电极通过所述线路层相互连接在第一行上，多个所述IGBT功率单管中的其他部分连接在第二行上，第一行的多个IGBT功率单管的功率发射极通过所述线路层与第二行的多个IGBT功率单管的集电极一一对应连接。

13.根据权利要求10所述的功率模组，其特征在于，多个所述功率单管通过电连接形成预设整流桥拓扑时，多个所述功率单管中包括连接成矩阵状的多个第一二极管单管，多个所述第一二极管单管中的部分的阳极通过所述线路层相互连接在第一行上，多个所述第一二极管单管中的其他部分连接在第二行上，第一行的多个第一二极管单管的阴极通过所述线路层与第二行的多个第一二极管单管的阳极一一对应连接。

14.根据权利要求13所述的功率模组，其特征在于，多个所述功率单管中还包括IGBT功率单管和第二二极管单管，所述第二二极管单管的阳极通过所述线路层与所述IGBT功率单管的集电极连接，所述IGBT功率单管的功率发射极通过线路层与设于第一行的多个所述第一二极管单管的阳极连接。

15.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求8-14中任一项所述的功率模组。