CN107248508B - 功率端子组及功率电子模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率端子组及功率电子模块，该功率端子组包括阳极端子和阴极端子，所述阳极端子和阴极端子在竖直方向呈蛇形蜿蜒叠层结构，且阳极端子与阴极端子构造成：两者的结构相互配合，以使在通入电流时，阳极端子与阴极端子产生的电感可相互抵消。包含该功率端子组的功率电子模块具有较低的电感。

Description

功率端子组及功率电子模块

本申请为针对申请日为2015年1月19日、申请号为201510025276.X、名称为“功率端子组及功率电子模块”的原申请提出的分案申请。本申请要求取得与原申请相同的申请日。

技术领域

本发明涉及功率电子模块技术领域，具体涉及一种功率端子组及包括该功率端子组的功率电子模块。

背景技术

大功率变流器在轨道交通、工业变流、新能源等领域的应用越来越广泛。大功率变流器中使用的功率半导体芯片IGBT越来越短的开关时间导致了过高的dv/dt和di/dt，由于寄生电感(或称杂散电感)的存在，在IGBT关断时会产生尖峰电压，一般尖峰电压在IGBT上容易表现为超过最大允许电压的过电压，这种过电压再加上直流母线电压可能导致V_ce>V_ce(Max)，过电压可能直接导致IGBT芯片损坏，这将导致了分布杂散电感对功率器件关断特性有更重要的影响。

由于杂散电感对功率电子模块的开关损耗有着重大的影响，因此降低功率模块内部的杂散电感对于增加功率电子模块的功率密度、开关密度和可靠性有重大意义。

目前市场上流行的功率模块的母排端子结构通常是采用由阳极端子11’和阴极端子12’连接形成的直板型并排结构，如图8所示，母排端子的复杂引脚结构会造成的涡流损耗以及电流分布不均，可能反而会增加母排的电感；而且这种直板型并排结构的母排端子具有较大的电流路径，使得这种母排端子具有较高的杂散电感。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能降低电感的功率端子组。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的功率端子组，包括阳极端子和阴极端子，所述阳极端子和阴极端子在竖直方向呈蛇形蜿蜒叠层结构，且阳极端子与阴极端子构造成：两者的结构相互配合，以使在通入电流时，阳极端子与阴极端子产生的电感可相互抵消。

与现有技术相比，本发明的功率端子组具有以下优点。由于阳极端子和阴极端子在竖直方向呈蛇形蜿蜒结构，因此，阳极端子和阴极端子内部相邻层之间的电流方向相反，阳极端子内部和阴极端子内部产生的电感可相互抵消。另外，由于阳极端子和阴极端子的结构相互配合，尤其是使得阳极端子和阴极端子相对或相配合的部分上的电流方向相反，可实现阳极端子及阴极端子周围产生的杂散电感相互抵消，从而降低功率端子组的整体电感，得到低电感功率端子组。

在一个实施例中，所述阳极端子的上部与所述阴极端子的上部为镜像对称结构，所述阳极端子的下部与所述阴极端子的下部相互交叠，所述阳极端子的引脚与所述阴极端子的引脚间隔设置。由于阳极端子的上部与阴极端子的上部为镜像对称结构，从阳极端子上通入一定量的电流后，电流经阴极端子流出，阳极端子的上部与阴极端子的上部的对应部位的电流方向相反，该两部分上产生的电感可相互抵消。另外，由于阳极端子的下部与所述阴极端子的下部相互交叠以及阳极端子的引脚与所述阴极端子的引脚间隔设置这样的结构设置，使得下部和引脚的电感也可以抵消，从而最大限度地降低了杂散电感。

在一个实施例中，所述阳极端子包括：

安装部；

竖向连接部，其与安装部垂直连接；

两个第一弯折部，两个第一弯折部均与竖向连接部垂向连接，且平行同向设置，每个第一弯折部由两个与安装部平行的平行连接部以及两个与安装部垂直的垂向连接部间隔连接形成，且构成两个反向的弯折部分；

两个L型的交叠部，分别连接在两个第一弯折部的末端且L型的交叠部相向设置；以及

四个引脚，其分别连接在两个L型的交叠部上，包括两个沿L型的交叠部向外延伸并相互远离的引脚和两个向内侧延伸相互靠近的引脚。在阳极端子中，两个反向的弯折部分由于流动电流方向相反，因此产生的电感可以在一定程度上形成抵消，从而降低阳极端子内部的电感。

在一个优选的实施例中，阳极端子中两个第一弯折部处于第二个弯折部分之间的间隙比第一个弯折部分之间的间隙大，两个L型的交叠部之间的间隙从大变小。

在一个实施例中，与所述阳极端子相配的阴极端子包括：

安装部；

竖向连接部，其与安装部垂直连接；

两个第一弯折部，两个第一弯折部均与竖向连接部垂向连接，且平行同向设置，每个第一弯折部由两个与安装部平行的平行连接部以及两个与安装部垂直的垂向连接部间隔连接形成，且构成两个反向的弯折部分；

两个L型的交叠部，分别连接在两个第一弯折部的末端且L型的交叠部相离设置；以及

四个引脚，其两两轴对称连接在两个L型的交叠部向外侧凸出的部分上。

在一个优选的实施例中，所述阴极端子中设有间隙，所述间隙从两个第二弯折部向下延伸，且两个第二弯折部处于第一个弯折部分的间隙比处于第二弯折部分之间的间隙大。

在一个实施例中，所述阳极端子包括：

水平设置的安装部；

第一级竖向连接部，其与安装部连接；

至少两个竖向连接的弯折部，每个弯折部包括反向连接的两个弯折单元，每个弯折单元由一个水平连接部和一个竖向连接部构成；

交叠部，与弯折部的末端连接，交叠部包括两个L型的水平连接部，两个L型的水平连接部镜像设置；以及

四个引脚，其两两轴对称连接在两个L型的水平连接部位于第二弯折部外侧的凸出部分上。

在一个实施例中，与所述阳极端子相配的阴极端子包括：

水平设置的安装部；

第一级竖向连接部，其与安装部连接；

至少两个竖向连接的弯折部，每个弯折部包括反向连接的两个弯折单元，每个弯折单元由一个水平连接部和一个竖向连接部构成；

交叠部，与弯折部的末端连接，交叠部包括由长连接部和短连接部连接形成的两个L型的水平连接部，该两个L型的水平连接部镜像设置；以及

四个引脚，其分别通过一个最后一级竖向连接部与交叠部的四个部分连接，且连接到两个短连接部的两个引脚朝向内侧，连接到两个长连接部的两个引脚朝向外侧。

在一个实施例中，所述阳极端子和阴极端子中均设有间隙，所述间隙均从第一个弯折部的中部向下延伸，所述阳极端子弯折部中的间隙比交叠部中的间隙大，所述阴极端子的间隙从第一个弯折部与第一级竖向连接部的连接处向下延伸，到第二个弯折部间隙变大，到两个L型的水平连接部的相向设置处变小。

本发明还涉及一种功率电子模块，包括绝缘衬板和上述的功率端子组，所述绝缘衬板上设有集电极区域和发射极区域，所述功率端子组中的阳极端子的引脚焊接到集电极区域，所述阴极端子的引脚焊接到发射极区域。

附图说明

图1所示是本发明的一种具有三层水平连接台面的竖直型低电感预弯曲功率端子中正电极功率端子的结构示意图。

图2所示是一种具有三层水平连接台面的竖直型低电感预弯曲功率端子中负电极功率端子的结构示意图。

图3所示是一种具有三层水平连接台面的竖直型低电感预弯曲功率端子的结构示意图。

图4所示是一种具有五层水平连接台面的竖直型低电感预弯曲功率端子中正电极功率端子的结构示意图。

图5所示是一种具有五层水平连接台面的竖直型低电感预弯曲功率端子中负电极功率端子的结构示意图。

图6所示是一种具有五层水平连接台面的竖直型低电感预弯曲功率端子的结构示意图。

图7所示是一种具有五层水平连接台面的竖直型低电感预弯曲功率端子与绝缘衬板焊接后的结构示意图。

图8所示是现有技术的直板型功率端子组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1～图3所示为本发明的功率端子组的第一种实施例。在图3中示出了该功率端子组1的结构示意图。该功率端子组1主要包括阳极端子11和阴极端子12。

在图1中示出了该阳极端子11的结构示意图。该阳极端子11主要由安装部112、竖向连接部113、两个第一弯折部、两个L型的交叠部116和四个引脚117。其中，安装部112上设有安装孔111。竖向连接部113的一端与安装部112连接，另一端与两个第一弯折部的一端连接。而两个第一弯折部平行同向设置。每个第一弯折部均由两个与安装部112平行的平行连接部114以及两个与平行连接部114垂直的垂向连接部115连接而成，且平行连接部114与垂向连接部113间隔连接形成反向叠层弯折结构。每个第一弯折部的另一端连接一个L型的交叠部116。四个引脚117分别连接在两个L型的交叠部116上。其中有两个引脚117沿分别沿两个L型的交叠部116的长连接部分向外延伸并相互远离，而另两个引脚117则沿L型的交叠部116的短连接部分向内侧延伸并相互靠近。两个第一弯折部中处于第二个弯折部分之间的间隙比第一个弯折部分之间的间隙大，两个L型的交叠部之间的间隙从大变小。因此，该阳极端子11形成了间隙从小到大再到小的变化。

在图2中示出了阴极端子12的结构示意图。该阴极端子12与图1中的阳极端子11配合。该阴极端子12主要由安装部122、由竖向连接部123与水平连接部128连接形成的反L型连接部、两个第二弯折部、两个L型的交叠部126和四个引脚127。其中，安装部122上设有安装孔121。竖向连接部123的一端与安装部122连接，另一端水平连接部128。水平连接部128连接两个第二弯折部的一端。每个第二弯折部由两个平行于安装部122的平行连接部124、两个垂直于平行连接部124的垂向连接部125间隔连接形成。且两个平行连接部124和两个垂向连接部125形成了两个反向的弯折部分。另外，两个L型的交叠部126分别连接在两个第二弯折部的另一端，且两个L型的交叠部126的靠口朝向外侧，形成背向设置。四个引脚127分设在两个L型的交叠部126上，且均连接在L型的交叠部126。四个引脚127中位于同一侧的两个引脚呈轴对称设置。此外，该阴极端子12内位于两个第一级的平行连接部124以及两个第一级的垂向连接部125之间的间隙较大，而到了两个第二级平行连接部124，则仅有很小一部分的平行连接部124之间的间隙比较大，其余两个第二级平行连接部124之间的间隙变小。两个第二级的垂向连接部125之间以及两个L型的交叠部126之间均延续了这种小间隙。从而在阴极端子12内部形成了间隙从大到小的变化。

在安装时，如图3所示。其中阴极端子12的交叠部126位于阳极端子11的交叠部116的上方。阴极端子12的四个引脚127位于阳极端子11的引脚117的外侧。阴极端子12的交叠部126以上的部分与阳极端子11的交叠部116以上的部分均相向设置。安装后，在由阳极端子12以及阴极端子11组成的功率端子组1中，阳极端子11与阴极端子12之间形成了从上向下间隙从大到小再到大的变化趋势。

如图6所示为本发明的功率端子组的另一种具体实施例。在该实施例中，该功率端子组2主要由阳极端子21和阴极端子22组成。

在图4中示出了该功率端子2的阳极端子21的结构示意图。该阳极端子21主要由安装部212、第一级竖向连接部2131、弯折部、交叠部2145和四个引脚215组成。在一个实施例中，安装部212的中部设有安装孔111。第一级竖向连接部2131的一端连接安装部212，另一端连接弯折部的一端，弯折部的另一端连接交叠部2145。四个引脚215连接在交叠部2145上。

在一个实施例中，该阳极端子21包括至少两个弯折部，弯折部之间竖向连接。每个弯折部主要由两个弯折单元反向连接形成叠层结构。每个弯折单元由一个水平连接部214和一个竖向连接部213连接组成。

在图4中，阳极端子21包括四个弯折单元。从上往上，与第一级竖向连接部2131连接的第一个弯折单元由远离安装部212的底面的第一级水平连接部2141和第二级竖向连接部2132连接形成。第二个弯折单元由第二级水平连接部2142和第三级竖向连接部2133连接形成。第二个弯折单元与第一个弯折单元的弯折方向相反。第二个弯折单元与第一个弯折单元叠层连接形成第一个弯折部。另外，第三个弯折单元由第三级水平连接部2143和第四级竖向连接部2134连接形成。第四个弯折单元由第四级水平连接部2144和第五级竖向连接部2135连接形成。第三个弯折单元与第四个弯折单元叠层连接形成第二个弯折部。第一个弯折部与第二个弯折部竖向连接形成竖向叠层结构。

在一个实施例中，阳极端子21中的弯折部中部通过间隙分成两部分。另外，处于第二级竖向连接部2132与第四级竖向连接部2134上的间隙较大，而其它的间隙包括交叠部2145中的间隙相对较小。

如图5所示示出了与图4中的阳极端子21相配的阴极端子22的一种具体实施例。在该实施例中，该阴极端子主要包括安装部222、第一级竖向连接部2231、弯折部、交叠部2245和四个引脚225。其中，安装部222上设有安装孔221。第一级竖向连接部2231的一端连接安装部222，另一端连接弯折部的一端。弯折部的另一端连接交叠部2245。四个引脚225连接在交叠部2245上。

在一个实施例中，该阴极端子22至少包括两个弯折部，弯折部之间竖向连接。每个弯折部主要由两个弯折单元反向连接形成叠层结构。每个弯折单元由一个水平连接部224和一个竖向连接部223连接组成。

在图5中，阴极极端子22包括四个弯折单元。从上往上，与第一级竖向连接部2231连接的第一个弯折单元由远离安装部222的底面的第一级水平连接部2241和第二级竖向连接部2232连接形成。第二个弯折单元由第二级水平连接部2242和第三级竖向连接部2233连接形成。第二个弯折单元与第一个弯折单元的弯折方向相反。第二个弯折单元与第一个弯折单元叠层连接形成第一个弯折部。另外，第三个弯折单元由第三级水平连接部2243和第四级竖向连接部2234连接形成。第四个弯折单元由第四级水平连接部2244和第五级竖向连接部2235连接形成。第三个弯折单元与第四个弯折单元叠层连接形成第二个弯折部。第一个弯折部与第二个弯折部竖向连接形成竖向叠层结构。

在一个实施例中，该阴极端子22的弯折部的中部设有间隙。该间隙将弯折部分为平行的两部分。而且，第一个弯折单元中的间隙较小。而第二个弯折单元至第四个弯折单元内的间隙较大。相应地，阴极端子22交叠部2245包括两个L型的交叠部，两个L型的交叠部分别连接弯折部的两部分的末端。两个L型的交叠部相向设置。另外，两个L型的交叠部与弯折部连接的一端的间隙延续了弯折部的较大间隙。两个L型的交叠部的另一端的间隙为较小的间隙。

另外，在图5中，四个引脚225中有两个引脚分别沿两个L型的交叠部的长连接部分朝向外侧安装，且两个引脚相互远离。另两个引脚分别连接在两个L型的交叠部的短连接部上，且朝向内侧相互靠近安装。

在安装时，如图6所示。阳极端子21的交叠部215位于阴极端子22的上方。阳极端子21的引脚215位于阴极端子22的引脚225的外侧。另外，阳极端子21位于交叠部215上方的部分与阴极端子22位于交叠部225的上方的部分相向设置，并相对于位于阳极端子21与阴极端子22之间的中轴面成镜像关系。另外，阳极端子21与阴极端子22连接形成的功率端子组2中也形成有间隙。从上向下，位于阳极端子21与阴极端子22之间的间隙呈现大间隙和小间隙交替的变化趋势。

本发明还涉及一种功率电子模块。该功率电子模块主要包括绝缘衬板3和上述的功率端子组。在绝缘衬板3上设有集电极区域和发射极区域。安装时，功率端子组中的阳极端子的引脚焊接到集电极区域，阴极端子的引脚焊接到发射极区域。如图7示出了将功率端子组2安装到绝缘衬板3上形成的功率电子模块的结构示意图。当功率端子组2的阳极端子21中通入一额定直流电流时，该电流首先经过阳极端子21中的竖直蛇形蜿蜒部分时，由于相邻的水平连接部214流过的电流方向相反，相邻的竖直连接部213流过的电流方向也相反，因此，在阳极端子21内部产生的寄生电感中大部分的寄生电感可相互抵消。对于阴极端子22也是如此，当电流经过阴极端子22内部时，在阴极端子22内部产生的寄生电感中大部分可相互抵消。另外，由于电流变化，会在阳极端子21和阴极端子22之间以及周围产生杂散电感。但由于阳极端子21和阴极端子22的相应部位包括交叠部2145与2245之间以及引脚215与225之间，相应部位流过的电流方向相反，因此电感可相互抵消。因而，形成的功率电子模块为低电感的功率电子模块。

说明的是，虽然本发明的实施例中阳极端子和阴极端子基本都采用四个引脚，但阳极端子和阴极端子包括四个引脚仅是作为一种优选，实际情况中，可以采用其它数量的引脚，例如六个引脚、八个引脚。又或者对多个引脚采用不同的排布方式，可以采用奇数数量的引脚，例如五个引脚或七个引脚等。

虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (4)

1.一种功率端子组，包括阳极端子和阴极端子，所述阳极端子和阴极端子在竖直方向呈蛇形蜿蜒叠层结构，且阳极端子与阴极端子构造成：两者的结构相互配合，以使在通入电流时，阳极端子与阴极端子产生的电感可相互抵消；

所述阳极端子的上部与所述阴极端子的上部为镜像对称结构，所述阳极端子的下部与所述阴极端子的下部相互交叠，所述阳极端子的引脚与所述阴极端子的引脚间隔设置；

所述阳极端子包括：

水平设置的安装部；

第一级竖向连接部，其与安装部连接；

至少两个竖向连接的弯折部，每个弯折部包括反向连接的两个弯折单元，每个弯折单元由一个水平连接部和一个竖向连接部构成；

交叠部，与弯折部的末端连接，交叠部包括两个L型的水平连接部，两个L型的水平连接部镜像设置；以及

四个引脚，其两两轴对称连接在两个L型的水平连接部位于第二弯折部外侧的凸出部分上。

2.根据权利要求1所述的功率端子组，其特征在于，与所述阳极端子相配的阴极端子包括：

水平设置的安装部；

第一级竖向连接部，其与安装部连接；

至少两个竖向连接的弯折部，每个弯折部包括反向连接的两个弯折单元，每个弯折单元由一个水平连接部和一个竖向连接部构成；

交叠部，与弯折部的末端连接，交叠部包括由长连接部和短连接部连接形成的两个L型的水平连接部，该两个L型的水平连接部镜像设置；以及

四个引脚，其分别通过一个最后一级竖向连接部与交叠部的四个部分连接，且连接到两个短连接部的两个引脚朝向内侧，连接到两个长连接部的两个引脚朝向外侧。

3.根据权利要求2所述的功率端子组，其特征在于，所述阳极端子和阴极端子中均设有间隙，所述间隙均从第一个弯折部的中部向下延伸，所述阳极端子弯折部中的间隙比交叠部中的间隙大，所述阴极端子的间隙从第一个弯折部与第一级竖向连接部的连接处向下延伸，到第二个弯折部间隙变大，到两个L型的水平连接部的相向设置处变小。

4.一种功率电子模块，其特征在于，包括绝缘衬板和权利要求1～3中任一项所述的功率端子组，所述绝缘衬板上设有集电极区域和发射极区域，所述功率端子组中的阳极端子的引脚焊接到集电极区域，所述阴极端子的引脚焊接到发射极区域。