功率模块、电源变换器以及功率模块的制造方法_2

文档序号:8397037阅读:来源:国知局
第一平面型功率元件的上表面和前述第二平面型功率元件的上表面。
[0037]依据本发明一实施例,前述引脚包含第一输入电压引脚。前述第二电容设置于第一输入电压引脚和前述散热基板上。
[0038]依据本发明一实施例,前述引脚包含第一输入电压引脚和第二输入电压引脚。前述第一平面型功率元件的漏极电极电性连接第一输入电压引脚。前述开关元件的第二端电性连接第二输入电压引脚。前述第二平面型功率元件的源极电极电性连接前述散热基板。
[0039]依据本发明一实施例,其中前述开关元件与前述第一平面型功率元件、前述第二平面型功率元件并列以及直接设置在前述散热基板上。
[0040]依据本发明一实施例,其中前述开关元件设置于前述第一平面型功率元件的上表面或前述第二平面型功率元件的上表面。
[0041]依据本发明一实施例,功率模块还包含至少一平面型元件、至少一第一电容和绝缘层。至少一平面型元件以及至少一第一电容设置在绝缘层上,且绝缘层设置在前述散热基板上。
[0042]依据本发明一实施例,功率模块还包含第二电容。第二电容设置在前述第一平面型功率元件的上表面和前述第二平面型功率元件的上表面。
[0043]依据本发明一实施例,功率模块还包含至少一开关元件。至少一开关元件设置在前述绝缘层上。前述散热基板与前述弓I脚位于前述绝缘层同侧。
[0044]依据本发明一实施例,功率模块还包含至少一开关元件。至少一开关元件设置在前述绝缘层上。前述散热基板与前述引脚位于前述绝缘层两侧。
[0045]依据本发明一实施例,功率模块包含模封材料包覆前述第一平面型功率元件和前述第二平面型功率元件。
[0046]依据本发明一实施例,前述模封材料还包覆前述至少一平面型元件、前述至少一开关元件以及前述至少一第一电容。
[0047]依据本发明一实施例,模封材料覆盖在前述绝缘层上。模封材料还包覆前述多个引脚的部分。
[0048]依据本发明一实施例,功率模块还包含散热器,前述散热基板固定于该散热器上。
[0049]依据本发明的另一方面是关于一种电源变换器,包含前述功率模块、电源输入端以及电源输出端。电源输入端连接前述功率模块,电源输出端连接前述功率模块。电源输入端接收输入电压,通过功率模块转换成输出电压并经由电源输出端输出。
[0050]依据本发明一实施例,电源变换器包含散热器。散热器设置并紧邻于前述功率模块的前述散热基板。
[0051]依据本发明的另一方面是关于一种功率模块的制造方法,包含:提供第一平面型功率元件、第二平面型功率元件与散热基板,将第一平面型功率元件与第二平面型功率元件设置在散热基板的上方;提供绝缘层,设置至少一平面型元件、至少一电容与多个引脚在绝缘层上;覆盖绝缘层在散热基板上,并且使绝缘层包覆第一平面型功率元件与第二平面型功率元件;以及连接第一平面型功率元件、第二平面型功率元件、至少一平面型元件与至少一电容至对应的位置上。
[0052]依据本发明一实施例,制造方法还包含:覆盖模封材料在前述绝缘层上,使模封材料包覆前述至少一平面型元件、前述至少一电容与前述多个引脚的部分。
[0053]依据本发明一实施例,制造方法还包含:设置至少一开关元件在前述绝缘层上,且连接至少一开关元件至对应的位置;覆盖模封材料在前述绝缘层上,使模封材料包覆前述至少一平面型元件、前述至少一电容、至少一开关元件与前述引脚的部分。
[0054]依据本发明一实施例,制造方法还包含:提供一散热器以及固定前述散热基板在散热器上。
[0055]依据本发明一实施例,其中通过图刷或点胶技术,将焊料或粘着剂附着在前述第一平面型功率元件以及前述第二平面型功率元件的下表面,以焊接或粘结等方式分别将前述第一平面型功率元件以及前述第二平面型功率元件设置在前述散热基板上。
[0056]依据本发明一实施例,其中连接前述第一平面型功率元件、前述第二平面型功率元件、前述平面型元件与前述电容至对应的前述引脚的连接方式为引线结合(wirebonding)或焊接。
【附图说明】
[0057]为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂,所附附图的说明如下:
[0058]图1a是绘示传统一种功率模块的示意图;
[0059]图1b是绘示传统另一种功率模块的示意图;
[0060]图2a是依据本发明一实施例绘示的一种功率模块的剖面图;
[0061]图2b是依据图2a的功率模块绘示的俯视图;
[0062]图2c是依据本发明一实施例绘示的一种功率模块的剖面图;
[0063]图2d是依据图2c的功率模块绘示的俯视图;
[0064]图2e是依据本发明一实施例绘示的半桥式转换电路的电路图;
[0065]图2f是依据本发明另一实施例绘示的一种功率模块的剖面图;
[0066]图3是依据本发明一实施例绘示的一种氮化镓功率元件的示意图;
[0067]图4a是依据本发明一实施例绘示的另一种半桥式转换电路的电路图;
[0068]图4b是依据图4a的功率模块绘示的一种功率模块的剖面图;
[0069]图4c是依据图4b的功率模块绘示的俯视图;
[0070]图4d是依据图4a的功率模块绘示的另一种功率模块的剖面图;
[0071]图4e是依据图4d的功率模块绘示的俯视图;
[0072]图4f是依据图4a的功率模块绘示的另一种功率模块的剖面图;
[0073]图4g是依据图4f的功率模块绘示的俯视图;
[0074]图4h是依据图4a的功率模块绘示的另一种功率模块的剖面图;
[0075]图5a是依据本发明一实施例绘示的一种半桥式转换电路的电路图;
[0076]图5b是绘不依据本发明一实施例的一种功率模块的电路图;
[0077]图6是依据本发明一实施例绘示的一种功率模块的电路图;
[0078]图7是依据本发明一实施例绘示的一种开关元件的电路图;
[0079]图8a是依据图6的电路图绘示的一种功率模块的剖面图;
[0080]图8b是依据图8a的功率模块绘示的俯视图;
[0081]图8c是依据图6的电路图绘示的一种功率模块的剖面图;
[0082]图8d是依据图6的电路图绘示的一种功率模块的剖面图;
[0083]图9是依据本发明一实施例绘示的一种功率模块的剖面图;
[0084]图1Oa是依据本发明一实施例绘示的一种功率模块的剖面图;
[0085]图1Ob是依据图1Oa中的功率模块绘示的俯视图;
[0086]图1Oc是依据本发明一实施例绘示的一种功率模块的剖面图;
[0087]图1Od是依据图1Oc中的功率模块绘示的俯视图;
[0088]图1Oe是依据本发明一实施例绘示的一种功率模块的剖面图;
[0089]图1Of是依据图1Oe中的功率模块绘示的俯视图;
[0090]图1Og是依据本发明一实施例绘示的一种功率模块的剖面图;
[0091]图1Oh是依据本发明一实施例绘不的一种功率模的剖面图;
[0092]图1Oi是依据本发明一实施例绘示的一种功率模块的剖面图;
[0093]图11是依据本发明一实施例绘示的一种电源变换器的示意图;
[0094]图12a是依据本发明一实施例绘示的一种电源变换器的示意图;
[0095]图12b是依据本发明一实施例绘示的一种电源变换器的示意图;
[0096]图13a?图13f是依据本发明一实施例中绘示的制造功率模块的流程示意图;以及
[0097]图14是依据本发明一实施例绘示的一种半桥电路的电路图。
【具体实施方式】
[0098]下文是举实施例配合所附附图作详细说明,但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围,而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序,任何由元件重新组合的结构,所产生具有均等功效的装置,皆为本发明所涵盖的范围。此外,附图仅以说明为目的,并未依照原尺寸作图。
[0099]请参照图2a与图2b,图2a是依据本发明一实施例绘示的一种功率模块200a的剖面图,图2b是依据图2a的功率模块200a绘示的俯视图。如图2a、图2b所示,功率模块200a包含至少一第一平面型功率元件21、至少一第二平面型功率元件22、散热基板23以及多个引脚24(pin)。为了方便以及清楚说明,在本实施例以及下述实施例均以两个平面型功率元件为例进行说明,但各个实施例并不以此为限。第一平面型功率元件21的栅极电极Gp漏极电极D1、源极电极S1均位于第一平面型功率元件21的上表面上,第二平面型功率元件22的栅极电极G2、漏极电极D2、源极电极S2则均位于第二平面型功率元件22的上表面上。在本实施例中,采用图刷或点胶技术,将焊料或粘着剂附着在第一平面型功率元件21以及第二平面型功率元件22的下表面,通过焊接、粘接等导热能力较好的方式将第一平面型功率元件21的下表面以及第二平面型功率元件22的下表面分别设置在散热基板23的上方。散热基板23可以是由导电的热良导体的材料制成的散热器,例如铜、铝、或石墨等材料。在本实施例中,第一平面型功率元件21与第二平面型功率元件22均通过焊料25 (solder)焊接在散热基板23上,然本实施例并不限制其连接方式。为了方便说明,之后的实施例均采用焊接的方式连接各个功率元件在散热基板上,但各个实施例并不以此连接方式为限。
[0100]请一并参照图3,图3是依据本发明一实施例绘示的一种氮化镓(GaN)功率元件300的示意图,其中氮化镓功率元件300可用于图2a与图2b中的第一平面型功率元件21与第二平面型功率元件22。如图3所示,氮化镓功率元件300通常是平面型元件,和一般使用硅材料或是碳化硅(SiC)材料的垂直型元件不同,氮化镓功率元件300包含氮化镓材料层31所形成的三个电极,栅极电极G、漏极电极D与源极电极S,而这三个电极皆分布在同一面上。需要说明的是,本发明中所述的平面型元件指的是所有电极朝同一个方向设置。换句话说,所有电极位于平面型元件的上表面,平面型元件的下表面并未设置电极。另外,氮化镓功率元件300还包含基板32。基板32通常由硅或碳化硅材料组成,用以支撑氮化镓材料层31。而在氮化镓材料层31与基板32之间具有一第一绝缘层33,提供氮化镓功率元件300耐压与电性绝缘的特性。另外,在三个电极之间具有一第二绝缘层34,提供栅极电极G、漏极电极D、源极电极S之间的电气绝缘。进一步来说,氮化镓功率元件300的三个电极与基板32的下表面之间满足一定程度的电性绝缘。借此,氮化镓功率元件300的所有电极均位于氮化镓功率元件300的上表面,而氮化镓功率元件300的下表面则具有电绝缘的特性,不用于导电。
[0101]回到图2a与图2b,功率模块200a包含第一平面型功率元件21和第二平面型功率元件22,且两个平面型功率元件中至少一者为图3中的氮化镓功率元件300,在本实施例中第一平面型功率元件21与第二平面型功率元件22均为氮化镓功率元件,然本实施例并不以此为限。为了方便以及清楚说明,下述实施例中的第一平面型功率元件与第二平面型功率元件均为氮化镓功率元件,但各个实施例并不以此为限。
[0102]另外,第一平面型功率元件21与第二平面型功率元件22中至少其中一者为主动型功率元件。所述主动型功率元件为包含控制端的功率开关,如金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)或是绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)等开关元件。另外一个平面型功率元件也可以是
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