功率模块的制作方法

本发明涉及封装技术领域，具体而言，涉及一种功率模块。

背景技术：

现代电力电子装置作为电力转换的重要组成部分，广泛应用于电力、电子、电机和能源行业。确保电力电子装置的长期稳定运行和提高电力电子装置的电能转换效率，一直是本领域技术人员的重要追求目标。

功率半导体器件作为现代电力电子设备的核心部件，其性能直接决定了电力电子装置的可靠性和电能转换效率。为了设计更加安全可靠、高性能的电力电子设备，要求功率半导体器件具备电压应力低、功率损耗低且散热性能高的特性。电力电子设备所使用的功率半导体器件工作于开关状态，而高频率的开关动作会在线路中造成较高的电流变化率。根据电路原理，变化的电流作用在寄生电感上会产生电压。在电流变化率不变的情况下，较大的寄生电感会产生较高的电压尖峰，而过高的电压尖峰值会降低器件可靠性，增加器件关断损耗；而线路寄生电感降低后，允许器件使用更小的驱动电阻来达到更快的开关速度、降低开关损耗以提升变换器效率。此外，功率半导体器件在开关动作中发热较大，严重影响其工作性能。

综上所述，提出了降低功率半导体器件所在线路上的寄生电感及提高其散热性能的要求，而寄生电感和散热性能都与功率半导体器件的封装相关，因此，急需开发一种具有合理封装结构的功率模块。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种功率模块，解决了现有的功率模块寄生电感较大且散热不良的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种功率模块，包括：

第一导体，至少部分所述第一导体设置于第一参考平面；

第二导体，至少部分所述第二导体设置于第二参考平面，其中，所述第二参考平面与所述第一参考平面平行，且所述第一导体在所述第一参考平面上的投影与所述第二导体在所述第一参考平面上的投影具有第一重叠区域；

第三导体，至少部分所述第三导体设置于第三参考平面，其中，所述第三参考平面与所述第一参考平面及所述第二参考平面平行；

多个第一开关管，每一所述第一开关管的第一端电性耦接至所述第一导体；以及

多个第二开关管，每一所述第二开关管的第一端通过所述第三导体电性耦接至至少一个所述第一开关管的第二端，每一所述第二开关管的第二端电性耦接至所述第二导体；

其中，所述多个第一开关管的最小包络区域在所述第一参考平面上的投影与所述多个第二开关管的最小包络区域在所述第一参考平面上的投影具有第二重叠区域，且所述第一重叠区域与所述第二重叠区域具有交叠区域。

在本发明的一种示例性实施方式中，位于所述第一重叠区域第一侧和第二侧中至少一侧的所述第一开关管和所述第二开关管交错排布，其中，所述第一重叠区域的第一侧与第二侧相对设置。

在本发明的一种示例性实施方式中，还包括：

第一功率端子，电性耦接至所述第一导体，且所述第一功率端子从所述功率模块的第一侧引出；

第二功率端子，电性耦接至所述第二导体，且所述第二功率端子从所述功率模块的第一侧引出；以及

第三功率端子，电性耦接至所述第三导体，且所述第三功率端子从所述功率模块的第二侧引出；

其中，所述功率模块的第一侧与第二侧相对，且所述第一功率端子与所述第二功率端子层叠设置。

在本发明的一种示例性实施方式中，还包括：

多个控制信号导体，每一所述控制信号导体电性耦接至所述多个第一开关管和所述多个第二开关管的控制端的其中之一，所述多个控制信号导体围绕所述多个第一开关管和所述多个第二开关管设置；以及

多个控制信号端子，每一所述控制信号端子电性耦接至所述多个控制信号导体的其中之一，并从所述功率模块的第二侧引出，且所述多个控制信号端子对称分布于所述第三功率端子的两侧。

在本发明的一种示例性实施方式中，在与所述第一重叠区域对应的所述第一导体和所述第二导体中，流经所述第一导体的电流与流经所述第二导体的电流方向相反。

在本发明的一种示例性实施方式中，在垂直于所述第一参考平面的方向上，每一所述第一开关管在上方和下方均仅设置有所述第一导体、所述第二导体和所述第三导体的其中之一，每一所述第二开关管在上方和下方均仅设置有所述第一导体、所述第二导体和所述第三导体的其中之一。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述多个第一开关管安装于第一基板，所述多个第二开关管安装于所述第一基板或第二基板。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述第一导体为设置于所述第一基板的导电层，所述第二导体和所述第三导体的其中之一为设置于所述第二基板的导电层。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述多个第一开关管设置于所述第一导体或所述第三导体，所述多个第二开关管设置于所述第二导体或所述第三导体。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述第一导体具有l形结构。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述多个第一开关管在所述第一参考平面的投影无重叠，所述多个第二开关管在所述第一参考平面的投影无重叠，且所述多个第一开关管在所述第一参考平面的投影及所述多个第二开关管在所述第一参考平面的投影无重叠。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述第三导体包括：

第一导电层，设置于所述第二参考平面，并与所述第二导体相邻；

第二导电层，设置于所述第一参考平面，并与所述第一导体相邻；以及

连接桥，至少部分所述连接桥设置于所述第三参考平面，并将所述第一导电层和所述第二导电层电性耦接在一起；

其中，所述多个第一开关管共同连接在一个所述第一导体，每一所述第二开关管单独连接在一个独立的所述第二导电层。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述连接桥包括：

多个第一凸起，交错设置于所述连接桥的第一侧，且所述多个第一凸起通过连接材料与所述第一导电层连接；以及

多个第二凸起，交错设置于所述连接桥的第二侧，且所述多个第二凸起通过连接材料与所述第二导电层连接，其中所述连接桥的第二侧与第一侧相对。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述连接桥为钣金件。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述第三导体将每一所述第一开关管的第二端与每一所述第二开关管的第一端电性耦接在一起。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述多个第一开关管的数量和所述多个第二开关管的数量相等或不等。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述第二参考平面位于所述第一参考平面和所述第三参考平面之间。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述第二导体包括钣金件。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述功率模块还包括箝位电容，所述箝位电容的一端与所述第一导体电性耦接，所述箝位电容的另一端与所述第二导体电性耦接。

在本发明的一种示例性实施方式中，所述第三导体包括n个连接桥，每一所述连接桥将部分所述第一开关管与部分所述第二开关管串联成单相半桥结构，且所述多个第一开关管和所述多个第二开关管形成n相半桥结构，其中，n为大于或等于2的整数。

本发明的功率模块，通过设置p极导体和n极导体在所述第一参考平面上的投影具有第一重叠区域，可有效降低功率模块的寄生电感；此外，在所述第一重叠区域的两侧，均同时设置上桥臂开关管和下桥臂开关管，且所有上桥臂开关管的最小包络区域与所有下桥臂开关管的最小包络区域在所述第一参考平面上的投影具有第二重叠区域，这样可以起到将热源均布的作用，从而有效消除热点，降低发热量较大开关管与环境之间的换热热阻，进而改善功率模块的散热性能。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本公开实施例一的半桥模块电路图；

图2为本公开实施例一的半桥模块结构轴测图；

图3为本公开实施例一的半桥模块结构俯视图；

图4为图3中半桥模块的a-a截面图；

图5为本公开实施例一的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；

图6为本公开实施例一的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；

图7为本公开实施例一的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和上基板之间的连接结构；

图8为本公开实施例二的半桥模块电路图；

图9为本公开实施例二的半桥模块结构轴测图；

图10为本公开实施例二的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；

图11为本公开实施例二的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；

图12为本公开实施例二的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和上基板之间的连接结构；

图13为本公开实施例三的半桥模块电路图；

图14为本公开实施例三的半桥模块结构轴测图；

图15为本公开实施例三的半桥模块结构俯视图；

图16为图15中半桥模块的a-a截面图；

图17为本公开实施例三的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；

图18为本公开实施例三的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；

图19为本公开实施例三的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和上基板之间的连接结构；

图20为本公开实施例四的半桥模块电路图；

图21为本公开实施例四的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；

图22为本公开实施例四的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；

图23为本公开实施例四的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和两个连接桥放置在下基板；

图24为本公开实施例五的三相半桥模块电路图；

图25为本公开实施例五的三相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；

图26为本公开实施例五的三相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；

图27为本公开实施例五的三相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和上基板之间的连接结构；

图28为本公开实施例六的半桥模块结构截面图，其中的开关元件为平面型功率器件；

图29为本公开实施例七的带箝位电容的半桥模块等效电路图；

图30为本公开实施例七的带箝位电容的半桥模块结构示意图；

图31为本公开实施例八的两相半桥模块电路图；

图32为本公开实施例八的两相半桥模块结构轴测图；

图33为本公开实施例八的两相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；

图34为本公开实施例八的两相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；

图35为本公开实施例八的两相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和上基板之间的连接结构。

图36为本公开实施例九的半桥模块电路图；

图37为本公开实施例九的半桥模块的部分结构示意图。

附图标记说明：

1-p极端子；2-n极端子；

3-o极端子；301-u相o极端子；302-v相o极端子；303-w相o极端子；4-控制信号端子；

10-p极导体；20-n极导体；

30-o极导体；31-第一导电层；32-第二导电层；33-连接桥；331-第一凸起；332-第二凸起；

3001-u相o极导体；3002-v相o极导体；3003-w相o极导体；

40-控制信号导体；

100-p极电流；1001-u相p极电流；1002-v相p极电流；1003-w相p极电流；

200-n极电流；2001-u相n极电流；2002-v相n极电流；2003-w相n极电流；300-o极电流；

5-上基板；6-下基板；56-l形间隙结构；

711,712，7111，7112，7113，7114，7121，7122，7123，7124，7131，7132，7133，7134-上桥臂开关管；

721,722，7211，7212，7221，7222，7231，7232-下桥臂开关管；

8-键合线；9-塑封外壳；15-垫块；16-连接材料；

17-重叠空间；171-u相重叠空间；172-v相重叠空间；173-w相重叠空间；

18-连接柱；cin-箝位电容。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

为解决现有的功率模块寄生电感较大且散热不良的技术问题，本发明实施例提供一种功率模块，该功率模块包括第一导体、第二导体、第三导体、多个第一开关管和多个第二开关管。至少部分第一导体设置于第一参考平面，至少部分第二导体设置于第二参考平面，第二参考平面与第一参考平面平行，且第一导体在第一参考平面上的投影与第二导体在第一参考平面上的投影具有第一重叠区域；至少部分第三导体设置于第三参考平面，其中，第三参考平面与第一参考平面及第二参考平面平行；每一第一开关管的第一端电性耦接至第一导体，每一第二开关管的第一端通过第三导体电性耦接至至少一个第一开关管的第二端，每一第二开关管的第二端电性耦接至第二导体；其中，多个第一开关管的最小包络区域在第一参考平面上的投影与多个第二开关管的最小包络区域在第一参考平面上的投影具有第二重叠区域，且第一重叠区域与第二重叠区域具有交叠区域。

该功率模块可以为半桥模块、两相半桥模块或三相半桥模块等。其中的第一开关管和第二开关管可以为igbt、mosfet或二极管等功率器件。其中的最小包络区域是指面积最小的包络矩形所覆盖的区域，多个第一开关管的最小包络区域是指包络该多个第一开关管最外侧边缘的矩形中面积最小的包络矩形所覆盖的区域，多个第二开关管的最小包络区域是指包络该多个第二开关管最外侧边缘的矩形中面积最小的包络矩形所覆盖的区域。其中的第一导体为p极导体和n极导体中的一个，第二导体为p极导体和n极导体中的另一个，第三导体为o极导体；对应地，第一开关管为上桥臂开关管和下桥臂开关管中的一个，第二开关管为上桥臂开关管和下桥臂开关管中的另一个。

本发明实施例的功率模块，通过设置p极导体和n极导体在所述第一参考平面上的投影具有第一重叠区域，可有效降低功率模块的寄生电感；此外，在所述第一重叠区域的两侧，均同时设置上桥臂开关管和下桥臂开关管，且所有上桥臂开关管的最小包络区域与所有下桥臂开关管的最小包络区域在所述第一参考平面上的投影具有第二重叠区域，这样可以起到将热源均布的作用，从而有效消除热点，降低发热量较大开关管与环境之间的换热热阻，进而改善功率模块的散热性能。

下面以第一导体为p极导体，第二导体为n极导体，第三导体为o极导体，第一开关管为上桥臂开关管，第二开关管为下桥臂开关管为例，对本发明实施例的功率模块进行详细说明。

实施例一

图1为本公开实施例一的半桥模块电路图；图2为本公开实施例一的半桥模块结构轴测图；图3为本公开实施例一的半桥模块结构俯视图；图4为图3中半桥模块的a-a截面图；图5为本公开实施例一的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；图6为本公开实施例一的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；图7为本公开实施例一的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和上基板之间的连接结构。

如图1-图7所示，该半桥模块包括p极导体10、n极导体20、o极导体30、两个上桥臂开关管711和712以及两个下桥臂开关721和722。p极导体10设置于第一参考平面，n极导体20设置于第二参考平面，部分o极导体30设置于第三参考平面，其中，第一参考平面、第二参考平面以及第三参考平面相互平行，例如均水平设置，且p极导体10在第一参考平面上的投影与n极导体20在第一参考平面上的投影具有第一重叠区域；上桥臂开关管711和712的第一端电性耦接至p极导体，下桥臂开关管721和722的第一端通过o极导体30电性耦接至上桥臂开关管711和712的第二端，下桥臂开关管721和722的第二端电性耦接至n极导体20；其中，上桥臂开关管711和712的最小包络区域在第一参考平面上的投影与下桥臂开关管721和722的最小包络区域在第一参考平面上的投影具有第二重叠区域，且第一重叠区域与第二重叠区域具有交叠区域。

可选地，该半桥模块还包括相互平行的下基板5与上基板6。p极导体10为布置于下基板5上的导电层，n极导体20为布置于上基板6上的导电层。o极导体30包括第一导电层31、第二导电层32以及连接桥33，且设置于下基板5和上基板6之间；其中，第一导电层31布置于上基板6上，并与n极导体20相邻；第二导电层32布置于下基板5上，并与p极导体10相邻；连接桥33通过连接材料16将第一导电层31和第二导电层32电性耦接在一起。该半桥模块内的所有开关管设置于下基板5和上基板6之间，且平铺安装于下基板5上，彼此不堆叠。即上桥臂开关管711和712以及下桥臂开关管721和722这四个开关管在第一参考平面的投影彼此无重叠。具体地，上桥臂开关管711和712共同安装于p极导体10，下桥臂开关管721单独安装于一个独立的第二导电层32，下桥臂开关管722单独安装于另一个独立的第二导电层32。此时，在垂直于第一参考平面的方向上，每一开关管在上方和下方均仅设置有一个功率导体，即每一开关管的竖直上方仅设置p极导体10、n极导体20和o极导体30的其中之一，每一开关管的竖直下方也仅设置p极导体10、n极导体20和o极导体30的其中之一。此外，每一开关管的上侧还设置有垫块15，该垫块15可以为导电金属块；塑封外壳9用于封装该半桥模块。

可选地，以第一功率端子为p极端子，第二功率端子为n极端子，第三功率端子为o极端子为例；该半桥模块还包括p极端子1、n极端子2、o极端子3、多个控制信号端子4以及多个控制信号导体40。其中，p极功率端子1电性耦接至p极导体10，n极功率端子2电性耦接至n极导体20；p极功率端子1与n极功率端子2均从该半桥模块的第一侧引出，且二者层叠设置，可进一步降低该半桥模块的寄生电感。o极功率端子3电性耦接至o极导体30，且从该半桥模块的与第一侧相对的第二侧引出。每一控制信号导体40通过键合线8电性耦接至上桥臂开关管711和712以及下桥臂开关管721和722的控制端的其中之一，且多个控制信号导体40围绕上桥臂开关管711和712以及下桥臂开关管721和722设置；每一控制信号端子4电性耦接至多个控制信号导体40的其中之一，并从该半桥模块的第二侧引出，且所述多个控制信号端子4对称分布于o极端子3的两侧。

可选地，连接桥33包括两个第一凸起331和两个第二凸起332。其中，两个第一凸起331交错设置于连接桥33的顶侧，且通过连接材料16与第一导电层31连接；两个第二凸起332交错设置于连接桥33的低侧，且通过连接材料16与第二导电层32连接。这里的交错设置是指两个凸起对角设置，连接桥33的多个凸起结构在连接材料的连接工艺中放置稳定，结构简单，且连接可靠性高。此外，连接桥33还可简化成钣金结构形式，可降低加工成本。

在第一重叠区域竖直对应的重叠空间17中，流经p极导体10的电流即p极电流100与流经n极导体20的电流即n极电流200方向相反。其中，重叠空间17指以第一重叠区域竖直对应的p极导体和n极导体为上下底面所围成的封闭长方体空间。具体地，p极电流100由p级端子1相对图4截面图垂直流入，n极电流200相对图4截面图垂直流出；两者电流方向相反，很好地实现了电感抵消的作用，可降低功率模块的寄生电感，提高功率器件运行的电气可靠性，降低功率器件关断损耗以提升功率模块效率。此外，开关管的上下表面均与基板相邻，具体地，通过连接材料与基板连接在一起，或通过垫块15和连接材料16与基板连接在一起。而基板可为高导热基板，如双面覆铜陶瓷板(陶瓷材料可以为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铍陶瓷等)或绝缘金属基板等，这些基板所用的绝缘介质材料的热导率都比较高，因此具备良好的传热性能，开关管产生的热可借由上下两个通路实现与环境的换热，从而实现双面散热。

可选地，在重叠空间17的左侧，从前至后依次排布上桥臂开关管711和下桥臂开关管722；在重叠空间17的右侧，从前至后依次排布下桥臂开关管721和上桥臂开关管712，即上桥臂开关管与下桥臂开关管交错排布。相较于在重叠空间17的一侧仅设置上桥臂开关管，另一侧仅设置下桥臂开关管；或者在一行仅设置上桥臂开关管，另一行仅设置下桥臂开关管，本公开的方案具有诸多优势。

首先，当在重叠空间17的一侧仅设置上桥臂开关管，另一侧仅设置下桥臂开关管，如左侧从前至后依次为上桥臂开关管711、712，右侧从前至后依次为下桥臂开关管721、722；或者在一行仅设置上桥臂开关管，另一行仅设置下桥臂开关管，如左侧从前至后依次为下桥臂开关管711、下桥臂开关管721，右侧从前至后依次为下桥臂开关管712、下桥臂开关管722时。虽然上桥臂开关管711与下桥臂开关管721相邻设置，上桥臂开关管712与下桥臂开关管722相邻设置；但是上桥臂开关管711与下桥臂开关管722对角设置，上桥臂开关管712与下桥臂开关管721对角设置。采用上桥臂开关管与下桥臂开关管交错排布，使得上桥臂开关管711与两个下桥臂开关管721和722均相邻，上桥臂开关管712与两个下桥臂开关管721和722也均相邻。从而使上桥臂开关管711和下桥臂开关管722的换流回路对应的寄生电感比较小，上桥臂开关管712与下桥臂开关管721的换流回路对应的寄生电感也比较小，从而进一步降低整个半桥模块的寄生电感。

此外，在半桥模块的部分工作模式下，上桥臂开关管和下桥臂开关管的总损耗可能不同，即上桥臂开关管和下桥臂开关管芯片的发热量不等。此时，一侧只有上桥臂开关管或下桥臂开关管的布局结构，显然会出现一侧的热密度比较高的情况。采用上桥臂开关管和下桥臂开关管交错排布，可以起到将热源均布的作用，从而有效消除热点，降低发热量较大芯片与环境之间的换热热阻，提高散热性能。如图5，假设上桥臂开关管711、712的发热量较大，两个发热量较大的芯片的距离为上桥臂开关管711和上桥臂开关管712之间的距离。而在现有设计中，两个发热量较大的芯片之间的距离多为图5中上桥臂开关管711与下桥臂开关管721或722之间的距离。显然，上桥臂开关管和下桥臂开关管交错排布可有效增大发热量较大开关管芯片之间的距离，从而使热分布更加均匀，继而改善功率模块的散热性能。

其次，采用上桥臂开关管和下桥臂开关管交错排布，在下基板5上p极导体10和第二导电层32相互交错排布，在上基板6上n极导体20和第一导电层31相互交错排布。此时，p极导体10和n极导体20均具有l形结构，即在下基板5和上基板6上均形成了l形间隙结构56。其避免了局部一字型间隙结构抗弯能力较弱的特点，可提高上、下基板自身的抗弯能力；此外，l形间隙结构56相对一字形间隙，可以有效避免功率模块在组装和使用过程中，因承受内部热应力或外部结构应力在间隙位置产生局部的应力集中现象，可以有效提高模块组装过程中的安全性和成品率，以及使用过程中的可靠性。

最后，采用上桥臂开关管和下桥臂开关管交错排布，连接桥33的结构更加稳定。而当在重叠空间17的一侧仅设置上桥臂开关管，另一侧仅设置下桥臂开关管时，连接桥33的结构并不稳定；即在与下基板5组装过程中，仅右侧和下基板5有支撑点，左侧处于悬空状态，对装配是不利的。因此，需要在连接桥33的左侧也设置一个和下基板5连接的支撑点，而本方案中连接桥33底侧对角上的两个第二凸起332分置重叠空间17的两侧，作为支撑点稳定支撑下基板5；同时，顶侧对角上的两个第一凸起331也分置重叠空间17的两侧，作为支撑点稳定支撑上基板6。

应当知道，本实施例中的交错排布是指在重叠空间17的左右两侧各放置一个上桥臂开关管和一个下桥臂开关管，且在左右两侧上桥臂开关管和下桥臂开关管的排布顺序是相反的。在其他实施例中，上桥臂开关管和下桥臂开关管的数量和排布方式可以不同。

实施例二

图8为本公开实施例二的半桥模块电路图；图9为本公开实施例二的半桥模块结构轴测图；图10为本公开实施例二的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；图11为本公开实施例二的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；图12为本公开实施例二的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和上基板之间的连接结构。

如图8-图12所示，本实施例的半桥模块与实施例一的半桥模块类似，主要区别在于该半桥模块包括三个上桥臂开关管。具体地，该半桥模块包括p极导体10、n极导体20、o极导体30、三个上桥臂开关管711、712和713以及两个下桥臂开关管721和722。其中，p极导体10在第一参考平面的投影与n极导体20在第一参考平面的投影具有第一重叠区域；p极导体10电性耦接至上桥臂开关管711、712和713的第一端，n极导体20电性耦接至下桥臂开关管721和722的第二端，下桥臂开关管721和722的第一端通过o极导体30电性耦接至上桥臂开关管711、712和713的第二端；其中，上桥臂开关管711、712和713的最小包络区域在第一参考平面上的投影与下桥臂开关管721和722的最小包络区域在第一参考平面上的投影具有第二重叠区域，且第一重叠区域与第二重叠区域具有交叠区域。

可选地，p极导体10、n极导体20和o极导体30分别电连接p极端子1、n极端子2、o极端子3；控制信号导体40电连接控制信号端子4，且通过键合线8电连接开关管的控制端。该半桥模块包括相互平行的下基板5与上基板6，p极导体10为布置于下基板5上的导电层，n极导体20为布置于上基板6上的导电层；三个上桥臂开关管711、712和713共同设置于p极导体10，两个下桥臂开关管分别单独设置于布置于下基板5上的o极导电层。p级电流100由p级端子1流入，n级电流200由n级端子2流出，两者方向相反；很好的实现了电感抵消的作用，可降低功率模块的寄生电感，提高功率器件可靠性，降低功率器件关断损耗以提升变换器效率。此外，在开关管的上下表面都有与环境换热的散热通道，能很好的实现双面散热。

可选地，连接桥33包括四个第一凸起331和两个第二凸起332。其中，四个第一凸起331设置于连接桥33的顶侧，且通过连接材料16与n极导电层连接；两个第二凸起332设置于连接桥33的底侧，且通过连接材料16与o极导电层连接。连接桥33的多个凸起结构在连接材料的连接工艺中放置稳定，结构简单，且连接可靠性高。此外，连接桥33还可简化成钣金结构形式，可降低加工成本。

可选地，在第一重叠区域竖直对应的重叠空间17的左侧，从前至后依次排布上桥臂开关管711、下桥臂开关管721；在重叠空间17的右侧，从前至后依次排布上桥臂开关管712、下桥臂开关管722、上桥臂开关管713。即上桥臂开关管和下桥臂开关管在重叠空间17的右侧交错排布。因为该半桥模块在部分工作模式下，上桥臂开关管的总损耗和下桥臂开关管的总损耗可能不同，如图8中三个上桥臂开关管的损耗较大，两个下桥臂开关管的损耗较小，因此可适度增大下桥臂开关管的工作电流，从而使下桥臂开关管数量比上桥臂开关管的数量减少一个。相比半桥模块中上桥臂开关管和下桥臂开关管数量相同的情况，本实施例的半桥模块减少了一个功率器件，从而节约了成本及其所占用的尺寸空间。

应当知道，在其他实施例中，上桥臂开关管的数量可以大于、等于或小于下桥臂开关管的数量。

实施例三

图13为本公开实施例三的半桥模块电路图；图14为本公开实施例三的半桥模块结构轴测图；图15为本公开实施例三的半桥模块结构俯视图；图16为图15中半桥模块的a-a截面图；图17为本公开实施例三的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；图18为本公开实施例三的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；图19为本公开实施例三的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和上基板之间的连接结构。

如图13-图19所示，本实施例的半桥模块与实施例一的半桥模块类似，主要区别在于该半桥模块包括三个上桥臂开关管和三个下桥臂开关管，且上桥臂开关管和下桥臂开关管分别放置于不同的基板。具体地，该半桥模块包括p极导体10、n极导体20、o极导体30、三个上桥臂开关管711、712和713以及三个下桥臂开关721、722和723。其中，p极导体10在第一参考平面的投影与n极导体20在第一参考平面的投影具有第一重叠区域；p极导体10电性耦接至上桥臂开关管711、712和713的第一端，n极导体20电性耦接至下桥臂开关管721、722和723的第二端，下桥臂开关管721、722和723的第一端通过o极导体30电性耦接至上桥臂开关管711、712和713的第二端；上桥臂开关管711、712和713的最小包络区域在第一参考平面上的投影与下桥臂开关管721和722的最小包络区域在第一参考平面上的投影具有第二重叠区域，且第一重叠区域与第二重叠区域具有交叠区域。

可选地，该半桥模块包括相互平行的下基板5与上基板6，p极导体10为布置于下基板5上的导电层，o极导体30为布置于上基板6上的导电层；n极导体20包括连接桥结构和布置于下基板5上的导电层，该连接桥可以为钣金件。三个上桥臂开关管通过连接材料16设置于下基板5上的p极导体10，三个下桥臂开关管通过连接材料16设置于上基板6上的o极导体30，n极导体20中的连接桥结构位于上、下基板之间。p级电流100与n级电流200方向相反，很好的实现了电感抵消的作用，可降低模块的寄生电感，提高器件可靠性，降低器件关断损耗以提升变换器效率。

可选地，n极连接桥包括三个凸起结构，三个凸起交错设置于该连接桥的底侧，且通过连接材料16与n极导电层连接，这里的交错设置是指三个凸起不在同一直线。连接桥的多个凸起结构在连接材料的连接工艺中放置稳定，结构简单，且连接可靠性高。此外，连接桥33还可简化成钣金结构形式，可降低加工成本。

可选地，在第一重叠区域竖直对应的重叠空间17的左侧，从前至后依次排布上桥臂开关管711、下桥臂开关管722、上桥臂开关管713；在重叠空间17的右侧，从前至后依次排布下桥臂开关管721、上桥臂开关管712、下桥臂开关管723。即上桥臂开关管和下桥臂开关管在重叠空间17的左侧和右侧均交错排布。由于开关管到上、下基板的热通路有差异，以上桥臂开关管711为例，其背面为一功率电极，尺寸与开关管芯片尺寸相同，其通过连接材料16和下基板5上的导电层相连；其正面功率电极通过垫块15及连接材料16与上基板6上的导电层相连相连。由于芯片正面除了功率电极外还有一控制电极，因此垫块15的尺寸小于芯片尺寸。因此，芯片至上基板6的传导热阻要大于芯片至下基板5的传导热阻。而本实施例中，将开关管芯片仅设置一功率电极的一侧通过连接材料分别设置于上下基板，借此可以均衡模块向上、下基板的散热量。具体地，上桥臂开关管711、712、713通过连接材料16放置在下基板5，下桥臂开关管721、722、723通过连接材料16放置在上基板6。

应当知道，在其他实施例中，也可将上、下桥臂开关管中的一部分设置于下基板，另一部分设置于上基板，或者将所有的开关管设置于下基板或上基板。例如，将上桥臂开关管设置于上基板上的o极导体，将下桥臂开关管设置于下基板上的n极导体等。

实施例四

图20为本公开实施例四的半桥模块电路图；图21为本公开实施例四的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；图22为本公开实施例四的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；图23为本公开实施例四的半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和两个连接桥放置在下基板。

如图20-图23所示，本实施例的半桥模块与实施例一的半桥模块类似，主要区别在于该半桥模块包括四个上桥臂开关管，且无上基板。具体地，该半桥模块包括p极导体10、n极导体20、o极导体30、四个上桥臂开关管711、712、713和714以及两个下桥臂开关管721和722。其中，p极导体10在第一参考平面的投影与n极导体20在第一参考平面的投影具有第一重叠区域；p极导体10电性耦接至上桥臂开关管711、712、713和714的第一端，n极导体20电性耦接至下桥臂开关管721和722的第二端，下桥臂开关管721和722的第一端通过o极导体30电性耦接至上桥臂开关管711、712、713和714的第二端；上桥臂开关管711、712、713和714的最小包络区域在第一参考平面上的投影与下桥臂开关管721和722的最小包络区域在第一参考平面上的投影具有第二重叠区域，且第一重叠区域与第二重叠区域具有交叠区域。

可选地，本实施例的半桥模块包括下基板5，p极导体10为布置于下基板5上的导电层，o极导体30包括连接桥结构和布置于下基板5上的导电层，n极导体20为连接桥结构。四个上桥臂开关管711、712、713和714通过连接材料16共同设置于p极导体10，两个下桥臂开关管721和722分别单独设置于o极导体30中的布置于下基板5上的导电层。p级电流100由p级端子1流入，n级电流200由n级端子2流出，两者方向相反，很好的实现了电感抵消的作用，可降低模块的寄生电感，提高器件可靠性，降低器件关断损耗以提升变换器效率。此外，o极电流300由o极端子3流出。并且在每一开关管的下表面都有与环境换热的散热通道，能很好的实现单面散热。其中单面散热结构相对双面散热具有成本低的优点，可以用于对成本要求比较苛刻的场合。

可选地，在第一重叠区域竖直对应的重叠空间17的左侧，从前至后依次排布上桥臂开关管711、下桥臂开关管721、上桥臂开关管714；在重叠空间17的右侧，从前至后依次排布上桥臂开关管712、下桥臂开关管722、上桥臂开关管713。即上桥臂开关管和下桥臂开关管在重叠空间17的左侧和右侧均交错排布。因此，在下基板5中p级导电层与o级导电层相互交错排布，在p级导电层与o级导电层之间也形成了l形间隙结构，可提高下基板自身的抗弯能力。同时，在p级导电层与o级导电层中，没有设置额外的导电孤岛用于结构之间连接，节约了模块内部空间，提高了相关导电层的电性能。

可选地，o极连接桥的两个底侧凸起通过连接材料16和下基板5的o级导电层连接。该凸起结构在连接材料16的连接工艺中放置稳定，结构简单，有利于连接工艺，连接可靠性高。n极连接桥的两个底侧凸起通过连接材料16分别与下桥臂开关管721、下桥臂开关管722的顶面电极相连，并通过n极端子2输出n极电流200。o极连接桥和n极连接桥还可简化成钣金结构形式，其加工成本低。

应当知道，在其他实施例中，功率模块可以包括上基板和下基板中的至少一个，也可以不包括任何基板。

实施例五

图24为本公开实施例五的三相半桥模块电路图；图25为本公开实施例五的三相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；图26为本公开实施例五的三相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；图27为本公开实施例五的三相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和上基板之间的连接结构。

如图24-图27所示，本实施例的功率模块与实施例二的半桥模块类似，主要区别在于该功率模块为三相半桥模块，每相半桥模块包括四个上桥臂开关管和两个下桥臂开关管。具体地，该三相半桥模块包括p极导体10、n极导体20、u相o极导体3001、v相o极导体3002和w相o极导体3003；u相半桥包括四个上桥臂开关管7111、7112、7113和7114以及两个下桥臂开关7211和7212，v相半桥包括四个上桥臂开关管7121、7122、7123和7124以及两个下桥臂开关7221和7222，w相半桥包括四个上桥臂开关管7131、7132、7133和7134以及两个下桥臂开关7231和7232。其中，p极导体10电性耦接至上桥臂开关管7111、7112、7113、7114、7121、7122、7123、7124、7131、7132、7133和7134的第一端；n极导体20电性耦接至下桥臂开关管7211，7212，7221，7222，7231，7232的第二端；u相相半桥的下桥臂开关管7211和7212的第一端通过u相o极导体3001电性耦接至上桥臂开关管7111、7112、7113和7114的第二端，v相相半桥的下桥臂开关管7221和7222的第一端通过v相o极导体3002电性耦接至上桥臂开关管7121、7122、7123和7124的第二端，w相半桥的下桥臂开关管7231和7232的第一端通过w相o极导体3003电性耦接至上桥臂开关管7131、7132、7133和7134的第二端。在每相半桥中，p极导体10在第一参考平面的投影与n极导体20在第一参考平面的投影具有第一重叠区域，上桥臂开关管的最小包络区域在第一参考平面上的投影与下桥臂开关管的最小包络区域在第一参考平面上的投影具有第二重叠区域，且第一重叠区域与第二重叠区域具有交叠区域。

可选地，p极导体10、n极导体20、u相o极导体3001、v相o极导体3002和w相o极导体3003分别电连接p极端子1、n极端子2、u相o极端子301、v相o极端子302和w相o极端子303。该三相半桥模块包括相互平行的下基板5与上基板6，p极导体10为布置于下基板5上的导电层，n极导体20为布置于上基板6上的导电层，u相o极导体3001、v相o极导体3002和w相o极导体3003中的每个均包括连接桥结构和布置于下基板5上的导电层。所有上桥臂开关管共同设置于p极导体10，下桥臂开关管分别单独设置于相应o极导体中的导电层。u相半桥中，u相p级电流1001与u相n级电流2001方向相反；v相半桥中，v相p级电流1002与v相n级电流2002方向相反，w相半桥中，w相p级电流1002与w相n级电流2002方向相反。很好的实现了电感抵消的作用，可降低模块的寄生电感，提高器件可靠性，降低器件关断损耗以提升变换器效率。此外，在开关管的上下表面都有与环境换热的散热通道，能很好的实现双面散热。

可选地，u相中的第一重叠区域对应u相重叠空间171，v相中的第一重叠区域对应v相重叠空间172，w相中的第一重叠区域对应w相重叠空间173。u相半桥、v相半桥、w相半桥横向线性排布。u相半桥中，在u相重叠空间171的左侧,从前至后依次排布上桥臂开关管7111、下桥臂开关管7211、上桥臂开关管7114；在u相重叠空间171的右侧，从前至后依次排布上桥臂开关管7112、下桥臂开关管7212、上桥臂开关管7113。v相半桥中，在v相重叠空间172的左侧,从前至后依次排布上桥臂开关管7121、下桥臂开关管7221、上桥臂开关管7124；在v相重叠空间172的右侧，从前至后依次排布上桥臂开关管7122、下桥臂开关管7222、上桥臂开关管7123。w相半桥中，在w相重叠空间173的左侧,从前至后依次排布上桥臂开关管7131、下桥臂开关管7231、上桥臂开关管7134；在w相重叠空间173的右侧，从前至后依次排布上桥臂开关管7132、下桥臂开关管7232、上桥臂开关管7133。即每相半桥中，上桥臂开关管和下桥臂开关管在重叠空间的左侧和右侧均交错排布。

由于开关管到上、下基板的热通路有差异，且在功率模块的部分工作模式下，上桥臂开关管和下桥臂开关管的总损耗可能不同，开关管之间的相互中心距离不同，上桥臂开关管和下桥臂开关管各自对应的下基板部分有温度差。上桥臂开关管和下桥臂开关管交错排布可降低功率模块中最高结温功率器件的热阻，起到均匀散热、降低模块热阻的作用。应当知道，在其他实施例中，功率模块可包括n相半桥，各相半桥中的开关管数量和排布方式可以相同，也可以不同。

实施例六

图28为本公开实施例六的半桥模块结构截面图，其中的开关元件为平面型功率器件。如图28所示，本实施例的半桥模块与实施例一的半桥模块类似，图28类似实施例一中的图4，主要区别在于实施例一中的开关管为垂直型器件，而本实施例中的开关管为平面型器件。

可选地，上桥臂开关管711和下桥臂开关管721均为平面型器件，比如gan器件；该类器件的功率电极在芯片的一侧扇出，有功率电极引出的一侧称有电极侧，与有电极侧相对的一侧称无电极侧。开关管的有电极层与基板通过连接材料如焊料连接，然后通过连接柱18实现下基板5和上基板6之间的电连接。

应当知道，在其他实施例中，可以将开关管的无电极层与基板连接。上述实施例一至实施例五中的开关管也可部分或全部采用平面型功率器件，其他结构类似。

实施例七

图29为本公开实施例七的带箝位电容的半桥模块等效电路图；图30为本公开实施例七的带箝位电容的半桥模块结构示意图。如图29-图30所示，本实施例的半桥模块与实施例一的半桥模块类似，主要区别在于本实施例的半桥模块还包括箝位电容cin。

可选地，箝位电容cin设置于上、下基板之间，箝位电容cin的一端与p极导体10电性耦接，箝位电容cin的另一端与n极导体20电性耦接。在功率模块内放置箝位电容cin，器件关断时对应高频回路所围面积会减小，则回路寄生电感也会减小。具体地，在模块内没有放置箝位电容cin时，回路寄生电感值为lout+lin；在模块内放置箝位电容cin后，回路寄生电感值变为lin，电感值减小。

应当知道，箝位电容cin可以设置于连接桥33的前后两端，也可以穿过连接桥33中的通孔，本公开并不限定箝位电容cin的设置位置。

实施例八

图31为本公开实施例八的两相半桥模块电路图；图32为本公开实施例八的两相半桥模块结构轴测图；图33为本公开实施例八的两相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件放置在下基板；图34为本公开实施例八的两相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和连接桥放置在下基板；图35为本公开实施例八的两相半桥模块的部分结构示意图，示出了开关元件和上基板之间的连接结构。

如图31-图35所示，本实施例的功率模块与实施例一的半桥模块类似，主要区别在于本实施例的功率模块为两相半桥模块。具体地，该两相半桥模块包括p极导体10、n极导体20、u相o极导体3001、v相o极导体3002、两个上桥臂开关管711和712以及两个下桥臂开关721和722。p极导体10电性耦接至上桥臂开关管711和712的第一端；n极导体20电性耦接至下桥臂开关管721和722的第二端；下桥臂开关管721的第一端通过u相o极导体3001电性耦接至上桥臂开关管711的第二端，下桥臂开关管722的第一端通过v相o极导体3002电性耦接至上桥臂开关管712的第二端。其中，p极导体10在第一参考平面的投影与n极导体20在第一参考平面的投影具有第一重叠区域；上桥臂开关管711和712的最小包络区域在第一参考平面上的投影与下桥臂开关管721和722的最小包络区域在第一参考平面上的投影具有第二重叠区域，且第一重叠区域与第二重叠区域具有交叠区域。

可选地，p极导体10、n极导体20、u相o极导体3001、v相o极导体3002分别电连接p极端子1、n极端子2、u相o极端子301、v相o极端子302。该两相半桥模块还包括相互平行的下基板5与上基板6，p极导体10为布置于下基板5上的导电层，n极导体20为布置于上基板6上的导电层；u相o极导体3001和v相o极导体3002均包括连接桥结构和布置于上、下基板的导电层。两个上桥臂开关管711和712共同设置于p极导体10；下桥臂开关管721单独设置于u相o极导体3001中的位于下基板5上的导电层，下桥臂开关管722单独设置于v相o极导体3002中的位于下基板5的导电层。p级电流100由p级端子1流入，n级电流200由n级端子2流出，两者方向相反；很好的实现了电感抵消的作用，可降低模块的寄生电感，提高器件可靠性，降低器件关断损耗以提升变换器效率。此外，在开关管的上下表面都有与环境换热的散热通道，能很好的实现双面散热。

类似实施例一，该两相半桥模块中的上桥臂开关管与下桥臂开关管交错排布。可以起到将热源均布的作用，从而有效消除热点，降低发热量较大芯片与环境之间的换热热阻。且u相o极导体3001中的连接桥和v相o极导体3002中的连接桥均包括底侧凸起结构和顶侧凸起结构，底侧凸起通过连接材料16与下基板5上的导电层连接，顶侧凸起通过连接材料16与上基板6上的导电层连接。连接桥的多个凸起结构在连接材料的连接工艺中放置稳定，结构简单，有利于连接工艺，连接可靠性高。且连接桥还可简化成钣金结构形式，其加工成本低。此外，上桥臂开关管与下桥臂开关管交错排布，使得下基板5和上基板6上的导电层交错排布，从而在上、下基板均形成l形间隙结构。其避免了局部一字型间隙结构抗弯能力较弱的特点，可提高上、下基板自身的抗弯能力。

应当知道，上述实施例中的重叠空间左右两侧各有一列开关管线性排布，每列开关管的数量为2个或3个。但在其他实施例中，根据通流能力的需求，重叠空间的左侧可以有多列开关管排布，重叠空间的右侧也可以有多列开关管排布，且每列的开关管数量可以为任意的多个，每列开关管的排布也不局限于严格的线性。

实施例九

图36为本公开实施例九的半桥模块电路图；图37为本公开实施例九的半桥模块的部分结构示意图。如图36-图37所示，本实施例的功率模块与实施例一的半桥模块类似，主要区别在于本实施例的功率模块包括四个上桥臂开关管和五个下桥臂开关管。具体地，该半桥模块包括p极导体、n极导体、o极导体、四个上桥臂开关管711、712、713和714以及五个下桥臂开关管721、722、723、724和725。其中，p极导体在第一参考平面的投影与n极导体在第一参考平面的投影具有两个第一重叠区域；p极导体电性耦接至上桥臂开关管711、712、713和714的第一端，n极导体电性耦接至下桥臂开关管721、722、723、724和725的第二端，下桥臂开关管721、722、723、724和725的第一端通过o极导体电性耦接至上桥臂开关管711、712、713和714的第二端；其中，上桥臂开关管711、712、713和714的最小包络区域在第一参考平面上的投影与下桥臂开关管721、722、723、724和725的最小包络区域在第一参考平面上的投影具有第二重叠区域，且两个第一重叠区域与第二重叠区域均具有交叠区域。

可选地，如图37所示，两个第一重叠区域竖直对应两个重叠空间17，九个开关管呈3*3阵列排布，从左至右依次为第一列开关管、第一个重叠空间、第二列开关管、第二个重叠空间和第三列开关管。第一列开关管从前至后依次排布下桥臂开关管721、上桥臂开关管712和下桥臂开关管724，第二列开关管从前至后依次排布上桥臂开关管711、下桥臂开关管723和上桥臂开关管714，第三列开关管从前至后依次排布下桥臂开关管722、上桥臂开关管713和下桥臂开关管725。即上桥臂开关管和下桥臂开关管在任一重叠空间17的左右侧均交错排布，使得热源均布且降低模块寄生电感。

应当知道，在其他实施例中，本发明还可以根据功率模块的尺寸和功率的需要将开关管进行进一步的横向和纵向扩展。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其他结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其他结构上，或指某结构“直接”设置在其他结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其他结构上。

用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；多个指两个或两个以上；电性耦接指直接电连接或通过其他组件后电连接。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围由所附的权利要求指出。