具有分散交错导电件及低寄生电感的功率模块的制作方法

本发明涉及一种功率模块，尤其涉及一种具有分散交错导电件及低寄生电感的功率模块。

背景技术：

1、第三代半导体是目前热门的高科技领域，在5g、电动车、再生能源的发展中扮演举足轻重的地位。所谓第三代半导体，又称「宽能隙半导体」，一般指碳化硅(sic)或氮化镓(gan)，其能隙为传统半导体硅(si)、砷化镓(gaas)的约三倍，能应用在高频、高温、高电流以及高电压的操作环境，整体而言具有优异的效能与稳定度。

2、在第三代半导体的诸多应用领域中，电动车用需求无疑是功率半导体元件的主要驱动力量。电动车的核心技术在于电池、电机与电控，以下进行简单说明：首先，三相马达是电动车的心脏，利用产生旋转磁场(rmf,rotating magnetic field)带动马达内的转子，进而驱动轮轴；其中为了产生旋转磁场，三相马达需使用具有相位差异的交流电作为动力；然而电动车所配备的电池组如锂电池是一种直流电源，这意味着在电池与马达之间需要经过直流电与交流电的转换；此转换由电动车的大脑----逆变器(inverter)达成。

3、逆变器的功能，不仅是将输入电流转换为交流信号，更可以透过如pulse widthmodulation(pwm)的技术调控三相马达。本质上逆变器是一种功率模块，包含了上述功率半导体，透过电路设计对马达实现电控。举例来说，旋转磁场的转速越快，马达内的转子也越快，其中旋转磁场的转速由交流信号的频率决定，也就是说，电动车只需要透过控制输入电流的频率，就可以直接改变马达速度，相较于传统内燃机的机制提供了一种更可靠、线性的控制方式。此外，马达的输入电流大小也直接影响产生的磁场强度，对于高功率输出的电动车，势必需要能处理大电流的功率模块。

4、在交流电路中，电流流经导线或元件根据安培定律会产生一时变的磁场，再根据法拉第感应定律与冷次定律，此时变的磁场会产生一对抗的感应电动势，影响电流信号。上述效应类似于电感，故一般称之为寄生电感或杂感，而这种非预期的寄生电感由于会阻挠电流信号的迅速变换，因此是实务上不想要的。通常，在频率不高的情况下可以忽略此效应，而在高频、高电流的操作条件下，杂感的影响益形严重，可能造成信号的相位延迟或领先，使整体信号失真，影响传输、转换效率以及降低稳定性，并会显着影响马达将电能转换为机械能的效率。

5、美国专利us10405450b2公开了寄生电感在高功率模块中所产生的问题如电压过冲(voltage shooting)、振铃(ringing)等现象，此外对于并行架设的功率模块，还包含了电流不平衡所导致的温度不均问题，以上因素皆会造成电路系统不稳、转换效率降低，甚至限制最高切换频率。因此如图1所示，该案提出降低电路长度、增加导体截面积、产生相消磁场，并降低模块高度、使功率模块与端点距离更近。其中电流沿着电流方向8经过两个功率元件7后，在输出总线处形成一回流区域9，可降低局部产生的寄生电感，然而该种布局方式由于位于图中央偏上方的输出总线仅能在中央的局部范围与下方的电路贴近，在图右侧部分则须避开打线区域而必须保持距离，使其降低寄生电感的功效受限。

6、如图2所示，美国专利us8637964b2也公开一种低杂感(low stray inductance)的功率模块，借由将回流电流在电路设计上尽可能靠近原电流路径，电流方向8同样在功率模块内形成一回流路径。然而，此种水平方向双循环的布局方式在大电流及高频率变换下，会因为每一循环的内圈和外圈的行经距离不一而导致电流不均匀，并且在外圈部分彼此距离较远，使得杂感相互抵销的效果受限。

技术实现思路

1、鉴于寄生电感对高频电路的表现影响甚巨，根据本发明的实施例，希望提供一种具有分散交错导电件及低寄生电感的功率模块，旨在实现如下发明目的：(1)借由彼此并联分流且分散交错的特殊电路导接布局，让整体功率模块的寄生电感能有效且大幅降低；(2)将大电流信号并联、借由彼此分散配置且交错往返的导线结构，大幅降低所产生的寄生电感；(3)将源极总线和汲极总线配置于侧边，便于电路导出；(4)借由水平和垂直方向调配变换的交错分散配置，让低寄生电感的功率模块电路结构设计更富有选择弹性。

2、根据实施例，本发明提供的一种具有分散交错导电件及低寄生电感的功率模块，包括：

3、至少一片沿着一长度方向延伸的基座，且在上述长度方向具有两相对侧缘，在对应上述两相对侧缘之一处设置有彼此绝缘的至少一电流输入总线及至少一电流输出总线；

4、一第一单元，包括沿着一垂直于上述长度方向的宽度方向设置于上述基座的第一电路基部，上述第一电路基部上设置有复数第一功率元件，每一上述第一功率元件具有一彼此并联的第一电流输入端和一彼此并联的第一电流输出端；其中上述第一电流输入端或上述第一电流输出端之一，是被导接安装至上述第一电路基部；以及

5、一第二单元，包括沿着垂直上述长度方向的上述宽度方向配置于上述基座的第二电路基部，且上述第二电路基部在上述长度方向上与上述第一电路基部相间隔，上述第二电路基部上设置有复数第二功率元件，每一上述第二功率元件具有一彼此并联的第二电流输入端和一彼此并联的第二电流输出端；其中上述第二电流输入端或上述第二电流输出端之一，是被导接安装至上述第二电路基部；其中，上述第一单元和上述第二单元分别以一端沿着上述长度方向经由复数彼此分散配置的串接导电件彼此串接，并且上述第一单元和上述第二单元相反于彼此串接的上述一端的远程分别借由复数彼此分散配置的输入导电件和复数彼此分散配置的输出导电件分别串接至上述电流输入总线和上述电流输出总线，以及当上述串接导电件、上述输入导电件和上述输出导电件在上述长度方向位置对应时，在上述长度方向和宽度方向构成平面的投影彼此交错分散排列，上述长度方向与垂直于上述长度方向及上述宽度方向的一高度方向所构成的平面的投影彼此交错；借此，上述分散的串接导电件、上述分散的输入导电件、以及上述分散的输出导电件在电流经过时会构成彼此相消的个别电感，使得整体的寄生电感被降低。

6、相对于现有技术，本发明低寄生电感的功率模块，借由彼此并联的功率半导体如sic、gan，分摊输入模块的大电流信号；其中每一功率半导体更搭配复数导线分布于上述宽度方向，长向连接供大电流分散稳定输入输出；一导线产生的感应磁场都会在近距离范围内彼此相消，借由导线被分散交错往返设计，有效降低高频电流所产生的寄生电感效应；尤其无论是在宽度方向的交错或高度方向的交错，甚至宽度与高度方向同时产生交错，对于有不同结构需要的用户，均可弹性满足其高度限制或宽度限制，制作出高频响应及电气性能绝佳的高功率模块，能有效降低寄生电感的不良影响；并且将源极总线和汲极总线配置于侧边，便于电路导出，满足使用需求，一举解决上述问题。

技术特征：

1.一种具有分散交错导电件及低寄生电感的功率模块，其特征是，包括：

2.如权利要求1所述的具有分散交错导电件及低寄生电感的功率模块，其特征是，上述基座是一介电层，以及上述第一电路基部和上述第二电路基部是两片成形于上述介电层上、且相互绝缘的金属电路层。

3.如权利要求2所述的具有分散交错导电件及低寄生电感的功率模块，其特征是，当上述串接导电件、上述输入导电件和上述输出导电件在上述长度方向位置对应时，上述分散的串接导电件、上述分散的输入导电件、以及上述分散的输出导电件在上述长度方向和宽度方向构成平面的投影彼此交错分散排列。

4.如权利要求1所述的具有分散交错导电件及低寄生电感的功率模块，其特征是，上述基座是一个绝缘基部，以及上述第一电路基部和上述第二电路基部是两片分别设置于上述绝缘基部上的电路板。

5.如权利要求4所述的具有分散交错导电件及低寄生电感的功率模块，其特征是，当上述串接导电件、上述输入导电件和上述输出导电件在上述长度方向位置对应时，上述分散的串接导电件、上述分散的输入导电件、以及上述分散的输出导电件在上述长度方向和上述高度方向构成平面的投影彼此交错。

技术总结
本发明公开了一种具有分散交错导电件及低寄生电感的功率模块，包括至少一基座、第一单元及第二单元。基座设置至少一电流输入总线及至少一电流输出总线。第一及第二单元分别包括设置复数功率元件的电路基部，每一功率元件具有被导接至各自电路基部的并联电流输入端和并联电流输出端。第一及第二单元分别以复数串接导电件彼此串接，且分别借由复数输入和输出导电件串接至电流输入总线和电流输出总线。串接导电件、输入导电件和输出导电件在长度方向投影重叠、在宽度方向的投影交错分散排列和/或在高度方向的投影重叠。

技术研发人员：黄安正,陈昆赐,陈良友,胡乃玺,黄孝登
受保护的技术使用者：上海钊辉科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14