-
Hintergrund
-
Technisches Gebiet
-
Die Offenbarung bezieht sich auf eine Baugruppe und genauer auf eine Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur.
-
Beschreibung des verwandten Gebiets
-
Eine Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur kann auf einen Gleichrichter, einen Fahrzeuggenerator oder einen Hochleistungsmodulgenerator angewendet werden. Im technischen Gebiet der Fahrzeuggeneratoren ist eine Gleichrichterbrücke herkömmlicherweise zur Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzung ausgelegt. Die Gleichrichterbrücke kann aus Leistungseinrichtungen zusammengesetzt sein und konfiguriert sein, eine gleichgerichtete Spannung als eine Grundlage zum Antreiben einer Last bereitzustellen.
-
Aktuell sind die obere und die untere Brückeneinrichtung in einem Halbbrücken-Leistungsmodul meistens unter Verwendung einer Verbindungseinheit verbunden. Jedoch kann durch das Verbinden der Leistungseinrichtungen unter Verwendung der Verbindungseinheit eine übermäßige parasitäre Induktivität erzeugt werden, womit die Antwort des Leistungsmoduls beeinflusst wird. Außerdem wird aktuell ein isolierendes Substrat als eine Trägerplatte der Steuerschaltung verwendet, um die Leistungseinrichtung und die Steuerschaltung zu isolieren, um eine Isolation zwischen der Leistungseinrichtung und der Steuerschaltung zu erreichen. Jedoch ist die Wärmeableitung des isolierenden Substrats gering, und der thermische Widerstand des Leistungsmoduls wird indirekt erhöht. Daher ist die Frage, wie die parasitäre Induktivität und der thermische Widerstand der Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur verringert werden können, ein wichtiges Thema.
-
Zusammenfassung
-
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Ausführungsformen. Die Offenbarung schafft eine Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur, die gleichzeitig die parasitäre Induktivität der Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur verringern kann und den thermischen Widerstand der Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur verringern kann.
-
Eine Baugruppenstruktur einer Leistungseinrichtung der Erfindung enthält ein Substrat, eine erste Leistungseinrichtung, eine zweite Leistungseinrichtung, eine Isolierschicht, mindestens eine elektronische Komponente und ein Gehäuse. Das Substrat weist eine erste Schaltung auf. Die erste Leistungseinrichtung und die zweite Leistungseinrichtung sind auf dem Substrat angeordnet. Die erste Leistungseinrichtung und die zweite Leistungseinrichtung sind über die erste Schaltung des Substrats direkt elektrisch miteinander verbunden. Die Isolierschicht ist auf dem Substrat angeordnet und weist eine zweite Schaltung auf. Die elektronische Komponente ist auf der Isolierschicht angeordnet. Das Gehäuse verkapselt das Substrat, die erste Leistungseinrichtung, die zweite Leistungseinrichtung und die mindestens eine elektronische Komponente.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung enthält die elektronische Komponente eine integrierte Steuerschaltung, eine Schutzschaltung, einen Induktor, einen Kondensator oder einen Widerstand.
-
US 2016 /0315 184 A1 zeigt einen Spannungswandler für Elektrofahrzeuge mit einem Halbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement umfasst eine erste externe Elektrode auf der ein MOSFET-Chip, eine Steuerschaltung und ein Kondensator zur Bereitstellung einer Stromversorgung für die Steuerschaltung. Das Halbleiterbauelement weist ferner eine zweite externe Elektrode auf, die in Bezug auf den MOSFET-Chip gegenüber der ersten externen Elektrode angeordnet ist. Eine elektrische Verbindung wird zwischen dem ersten Hauptanschluss des MOSFET-Chips und der ersten externen Elektrode und zwischen dem zweiten Hauptanschluss des MOSFET-Chips und der zweiten externen Elektrode hergestellt.
-
US 2007 / 0 278516 A1 zeigt eine Technologie zur Reduzierung der parasitären Induktivität des Hauptstromkreises einer Stromquelleneinheit. In einem nicht isolierten DC-DC-Wandler mit einer Schaltung, in der ein Leistungs-MOSFET für den High-Side-Schalter und ein Leistungs-MOSFET für den Low-Side-Schalter in Reihe geschaltet sind, sind der Leistungs-MOSFET für den High-Side-Schalter und der Leistungs-MOSFET für den Low-Side-Schalter aus n-Kanal-Vertikal-MOSFETS gebildet, und eine Source-Elektrode des Leistungs-MOSFET für den High-Side-Schalter und eine Drain-Elektrode des Leistungs-MOSFET für den Low-Side-Schalter sind elektrisch über das gleiche Die-Pad verbunden.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung kann die Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur ferner mehrere Leiter enthalten, die die elektronische Komponente mit der ersten Leistungseinrichtung oder der zweiten Leistungseinrichtung elektrisch verbinden.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung ist der Leiter ein Metalldraht oder eine Metallplatte.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung ist die erste oder die zweite Leistungseinrichtung eine vertikale Leistungseinrichtung.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung enthält die erste oder die zweite Leistungseinrichtung einen Feldeffekttransistor, der durch Spannung oder Strom gesteuert wird.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung enthält die erste oder die zweite Leistungseinrichtung einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate oder einen Transistor mit hoher Elektronenmobilität.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung bilden die erste Leistungseinrichtung und die zweite Leistungseinrichtung eine Brückenschaltung wie etwa eine Halbbrückenschaltung, eine Vollbrückenschaltung oder eine Totempfahlschaltung.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung sind die erste und/oder die zweite Leistungseinrichtung über eine Flip-Chip-Bondtechnologie auf dem Substrat angeordnet.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung enthält das Material des Substrats Kupfer, Aluminium, Lithium, Gold, Silber, Diamant, Graphen oder ein Legierungsverbindung davon.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung kann in der Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur ferner eine Basis unter dem Substrat angeordnet sein, wobei die Wärmekapazität der Basis größer als die Wärmekapazität des Substrats ist.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung enthält das Material der Basis Kupfer, Aluminium, Lithium, Gold, Silber, Diamant, Graphen oder ein Legierungsverbindung davon.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung liegt ein Abschnitt der Basis aus dem Gehäuse frei.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung kann die Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur auf eine Leistungsumsetzungseinheit wie etwa einen Gleichrichter, einen Wechselrichter oder einen Umsetzer angewendet werden.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung kann die Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur in einem Fahrzeugleistungs-Umsetzungssystem wie etwa einem Fahrzeuggenerator-Gleichrichter, einem Gleichstrom-Leistungsumsetzer oder einer Motorantriebsvorrichtung angewendet werden.
-
Auf der Grundlage des oben Stehenden sind in der Offenbarung die erste Leistungseinrichtung und die zweite Leistungseinrichtung direkt auf dem Substrat angeordnet, das die erste Schaltung aufweist, und daher kann eine parasitäre Induktivität, die zwischen den Leistungseinrichtungen erzeugt wird, im Vergleich mit jenen, die unter Verwendung einer Verbindungseinheit verbunden sind, verringert werden. Außerdem kann der thermische Widerstand der Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur unter anhaltender Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzung verringert werden, wenn ein Substrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet wird. Außerdem ist eine Isolierschicht unter der elektronischen Komponente angeordnet, und daher kann die Wirkung der elektrischen Isolierung zwischen dem Substrat und der elektronischen Komponente erzielt werden. Außerdem kann eine starke Wärme, die durch eine Stoßspannung erzeugt wird, die nach dem Abschalten eines Laststroms übergangsweise erzeugt wird, schnell absorbiert werden, wenn eine Basis mit einer hohen Wärmekapazität unter dem Substrat angeordnet ist.
-
Um zu bewirken, dass das Voranstehende verständlicher wird, sind mehrere Ausführungsformen, die von Zeichnungen begleitet sind, im Einzelnen beschrieben, wie folgt.
-
Figurenliste
-
Die begleitenden Zeichnungen sind enthalten, um ein tieferes Verständnis der Offenbarung bereitzustellen. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Offenbarung zu erklären.
- 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
- 2A ist eine schematische Stirnansicht einer Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
- 2B ist eine schematische Rückansicht von 2A.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht der Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur, die in 2A abgebildet ist.
-
Beschreibung der Ausführungsformen
-
Eine Beschreibung, die von Zeichnungen begleitet ist, ist unten bereitgestellt. Jedoch kann die Offenbarung nach wie vor in vielen anderen unterschiedlichen Formen implementiert sein und sollte nicht als Einschränkungen für die Ausführungsformen angesehen werden, die im Folgenden beschrieben sind. In den Zeichnungen können jede Fläche, jeder Abschnitt und eine Größe und eine Dicke jeder Schicht nicht gemäß den tatsächlichen Proportionen veranschaulicht sein. Zum leichten Verständnis sind dieselben Elemente in der folgenden Beschreibung durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
-
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
-
Unter Bezugnahme auf 1 enthält eine Baugruppenstruktur 100 einer Leistungseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen ein Substrat 102, eine erste Leistungseinrichtung 104, eine zweite Leistungseinrichtung 106, eine Isolierschicht 108, eine elektronische Komponente 110 und ein Gehäuse 112. Das Material des Substrats 102 kann ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit sein wie etwa Kupfer, Aluminium, Lithium, Gold, Silber Diamant, Graphen oder ein Legierungsverbindung davon. Das Substrat 102 der vorliegenden Ausführungsform weist eine erste Schaltung auf, und wenn das Substrat 102 seinem Wesen nach leitfähig ist, kann die erste Schaltung eine Schaltung sein, die z. B. durch die Blöcke 102a und 102b des Substrats 102 selbst gebildet ist. Die erste Leistungseinrichtung 104 und die zweite Leistungseinrichtung 106 sind auf dem Substrat 102 angeordnet und über eine erste Schaltung (nicht gezeigt) des Substrats 102 direkt elektrisch miteinander verbunden. Zum Beispiel sind die erste Leistungseinrichtung 104 und/oder die zweite Leistungseinrichtung 106 über eine Flip-Chip-Bondtechnologie auf dem Substrat angeordnet. Die erste Leistungseinrichtung 104 oder die zweite Leistungseinrichtung 106 kann ein Feldeffekttransistor sein, der durch Spannung oder Strom gesteuert wird, wie etwa ein MOSFET oder ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate oder ein Transistor mit hoher Elektronenmobilität wie etwa ein Galliumnitrid-Transistor oder ein Galliumoxid-Transistor. Da die erste Leistungseinrichtung 104 und die zweite Leistungseinrichtung 106 direkt auf dem Substrat 102 angeordnet sind, das eine erste Schaltung aufweist, ist die parasitäre Induktivität, die zwischen der ersten und der zweiten Leistungseinrichtung 104 und 106 erzeugt wird, kleiner als jene, die durch das Verbinden von Leistungseinrichtungen auf herkömmliche Weise unter Verwendung einer Verbindungseinheit erzeugt wird. Außerdem kann der thermische Widerstand der Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur 100 unter anhaltender Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzung verringert werden, wenn ein Substrat 102 mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet wird. Die erste Leistungseinrichtung 104 oder die zweite Leistungseinrichtung 106 ist z. B. eine vertikale Leistungseinrichtung und bildet eine Brückenschaltung wie etwa eine Halbbrückenschaltung, eine Vollbrückenschaltung oder eine Totempfahlschaltung. Die Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform kann in einer Leistungsumsetzungseinheit angewendet werden, die einen Gleichrichter, einen Wechselrichter oder einen Umsetzer enthält. Die Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform kann außerdem in einem Fahrzeugleistungs-Umsetzungssystem wie etwa einem Fahrzeuggenerator-Gleichrichter, einem Gleichstrom-Leistungsumsetzer oder einer Motorantriebsvorrichtung angewendet werden.
-
Die Isolierschicht 108 ist auf dem Substrat 102 angeordnet und weist eine zweite Schaltung 114 auf. In der vorliegenden Ausführungsform sind der Block 102b, auf dem die Isolierschicht 108 angeordnet ist, und der Block 102a, auf dem die erste Leistungseinrichtung 104 und die zweite Leistungseinrichtung 106 angeordnet sind, voneinander isoliert. In einer weiteren Ausführungsform kann die Isolierschicht 108 auf demselben Block wie die erste Leistungseinrichtung 104 und die zweite Leistungseinrichtung 106 angeordnet sein. Das Material der Isolierschicht 108 ist z. B. ein Material zur elektrischen Isolierung wie etwa Siliziumoxid, Siliziumnitrid, ein Polymerverbindung oder ein Keramikmaterial. Die elektronische Komponente 110 ist auf der Isolierschicht 108 angeordnet. Die elektronische Komponente 110 ist z. B. eine integrierte Steuerschaltung, eine Schutzschaltung, ein Induktor, ein Kondensator oder ein Widerstand. Die Isolierschicht 108 in der vorliegenden Ausführungsform kann die elektronische Komponente 110 und den Block 102b darunter elektrisch isolieren und kann daher von der ersten Leistungseinrichtung 104 und der zweiten Leistungseinrichtung 106 indirekt elektrisch isoliert sein. Zudem kann die Isolierschicht 108 außerdem gleichzeitig die Übertragung von Wärme, die durch den Betrieb der ersten Leistungseinrichtung 104 oder der zweiten Leistungseinrichtung 106 erzeugt wird, auf die elektronische Komponente 110 verhindern. Das Gehäuse 112 der vorliegenden Ausführungsform verkapselt das Substrat 102, die erste Leistungseinrichtung 104, die zweite Leistungseinrichtung 106 und die elektronische Komponente 110. Das Material des Gehäuses 112 ist z. B. ein Epoxidharz. ein Silikonharz, ein Biphenylharz, ein ungesättigter Polyester oder ein keramisches Material, jedoch nicht darauf eingeschränkt.
-
Außerdem kann ferner eine Basis 116 mit einer hohen Wärmekapazität in der Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform angeordnet sein. Die Basis 116 ist unter dem Substrat 102 angeordnet und ist vorzugsweise direkt unter der ersten Leistungseinrichtung 104 und der zweiten Leistungseinrichtung 106 angeordnet. In einer Ausführungsform ist die Wärmekapazität der Basis 116 größer als die Wärmekapazität des Substrats 102, und sein Material ist z. B. Kupfer, Aluminium, Lithium, Gold, Silber, Diamant, Graphen oder ein Legierungsverbindung davon, vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Da die Basis 116 eine hohe Wärmekapazität aufweist, kann die Wärme, die durch die Stoßspannung erzeugt wird, die nach dem Abschalten eines Laststroms übergangsweise erzeugt wird, durch die Basis 116 schnell absorbiert werden, um die Verbindungstemperatur der ersten Leistungseinrichtung 104 und der zweiten Leistungseinrichtung 106 zu verringern. In einer Ausführungsform können sich das Substrat 102 und die Basis 116 in direktem Kontakt miteinander befinden, und in einer weiteren Ausführungsform kann eine leitfähige Haftschicht (nicht gezeigt) zwischen dem Substrat 102 und der Basis 116 angeordnet sein. Wenn die Basis 116 bereitgestellt ist, verkapselt das Gehäuse 112 ebenfalls die Basis 116, und ein Abschnitt der Basis 116 kann aus dem Gehäuse 112 freiliegen.
-
2A ist eine schematische Stirnansicht einer Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung, und 2B ist eine schematische Rückansicht von 2A. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur, die in 2A abgebildet ist, wobei ein Gehäuse zum deutlicheren Zeigen der Stirnstruktur einer Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur weggelassen ist.
-
Unter gleichzeitiger Bezugnahme auf 2A, 2B und 3 enthält eine Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur 200 der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen ein Substrat 202, eine erste Leistungseinrichtung 204, eine zweite Leistungseinrichtung 206, eine Isolierschicht 208, mindestens eine elektronische Komponente 210 und ein Gehäuse 212. Die Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur 200 in der vorliegenden Ausführungsform kann außerdem eine Basis 214 aufweisen, die Basis 214 ist unter dem Substrat 202 angeordnet, und das Substrat 202 kann sich mit der Basis 214 direkt in Kontakt befinden. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Basis 214 drei Blöcke 214a, 214b und 214c auf. Das Material des Substrats 102 kann ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit sein wie etwa Kupfer, Aluminium, Lithium, Gold, Silber, Diamant, Graphen oder ein Legierungsverbindung davon. Die Wärmekapazität der Basis 214 ist z. B. größer als die Wärmekapazität des Substrats 102, und sein Material enthält Kupfer, Aluminium, Lithium, Gold, Silber, Diamant, Graphen oder ein Legierungsverbindung davon, vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Da die Basis 214 eine hohe Wärmekapazität aufweist, kann die Basis 116 die Wärmeenergie schnell absorbieren, die durch die Stoßspannung erzeugt wird, die unmittelbar erzeugt wird, nachdem der Laststrom entfernt worden ist, um die Verbindungstemperatur der ersten Leistungseinrichtung 204 und der zweiten Leistungseinrichtung 206 zu verringern, um die Wirkung eines verringerten thermischen Widerstands im Übergangszustand zu erzielen.
-
Das Substrat 202 in der vorliegenden Ausführungsform kann durch mehrere erste Schaltungen 202a bis 202e gebildet sein, die voneinander isoliert sind, wobei die erste Schaltung 202a die Referenzmassenstifte 216a und 216b aufweist, die erste Schaltung 202b einen Phasenausgangsstift 218a aufweist, die erste Schaltung 202c einen Phasenausgangsstift 218b aufweist, die erste Schaltung 202d einen Leistungsstift 220a aufweist und die erste Schaltung 202e einen Leistungsstift 220b aufweist. Insbesondere können die Leistungsstifte 220a und 220b mit einer Fahrzeugbatterie gekoppelt sein, die Phasenausgangsstifte 218a und 218b erzeugen jeweils mehrere gleichgerichtete Signale, und die Referenzmassenstifte 216a und 216b können mit einem Referenzmassenanschluss gekoppelt sein. Wenn das Gehäuse 212 das erste Substrat 202, die erste Leistungseinrichtung 204, die zweite Leistungseinrichtung 206, die elektronische Komponente 210 und die Basis 214 verkapselt, können die Stifte 216a, 216b, 218a, 218b, 220a und 220b aus dem Gehäuse 212 vorstehen, wie in 2A und 2B veranschaulicht ist. Das Substrat 202 kann ferner mehrere Stiftblöcke 222 enthalten, die von der ersten Schaltung 202a getrennt sind. Die Auswahl eines Materials des Substrats 202 in der vorliegenden Ausführungsform kann sich auf die vorhergehende Ausführungsform beziehen, insbesondere auf diejenigen, die in Absatz [0029] beschrieben sind, und wird nicht wiederholt beschrieben.
-
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 sind die erste Leistungseinrichtung 204 und die zweite Leistungseinrichtung 206 in der vorliegenden Ausführungsform auf dem ersten Substrat 202 angeordnet, und die erste Leistungseinrichtung 204 und/oder die zweite Leistungseinrichtung 206 sind über eine Flip-Chip-Bondtechnologie auf dem Substrat angeordnet. Die erste Leistungseinrichtung 204 und die zweite Leistungseinrichtung 206 können vertikale Leistungseinrichtungen sein wie etwa ein erster vertikaler MOSFET 204a, ein erster vertikaler MOSFET 204b, ein zweiter vertikaler MOSFET 206a und ein zweiter vertikaler MOSFET 206b. In einer weiteren Ausführungsform ist die vertikale Leistungseinrichtung z. B. ein weiterer Feldeffekttransistor, der durch Spannung oder Strom gesteuert wird, wie etwa ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate oder ein Transistor mit hoher Elektronenmobilität (wie etwa ein Galliumnitrid-Transistor oder ein Galliumoxid-Transistor). In der vorliegenden Ausführungsform können die erste Leistungseinrichtung 204 und die zweite Leistungseinrichtung 206 einen Halbbrückengleichrichter bilden. Zum Beispiel sind der erste vertikale MOSFET 204a und der zweite vertikale MOSFET 206a auf der ersten Schaltung 202b des ersten Substrats 202 angeordnet und sind über die erste Schaltung 202b des Substrats 202 direkt elektrisch miteinander verbunden, derart, dass die erste Leistungseinrichtung 204a und die zweite Leistungseinrichtung 206a einen Halbbrückengleichrichter bilden. Wenn sich die Source des ersten vertikalen MOSFET 204a in der vorliegenden Ausführungsform in direktem Kontakt mit der ersten Schaltung 202b befindet, befindet sich der Drain des zweiten vertikalen MOSFET 206a in direktem Kontakt mit der ersten Schaltung 202b. Wenn sich der Drain des ersten vertikalen MOSFET 204a in einer weiteren Ausführungsform mit der ersten Schaltung 202b in direktem Kontakt befindet, befindet sich die Source des zweiten vertikalen MOSFET 206a in direktem Kontakt mit der ersten Schaltung 202b. Als ein Ergebnis müssen der erste vertikale MOSFET 204a und der zweite vertikale MOSFET 206a nicht über eine Verbindungseinheit verbunden sein, und daher kann eine parasitäre Induktivität niedriger als jene sein, die durch das Verbinden der Leistungseinrichtungen unter Verwendung einer Verbindungseinheit erzeugt wird, und als ein Ergebnis wird die Antwort der Leistungseinrichtung weniger beeinflusst.
-
Ebenso befindet sich der Drain des zweiten vertikalen MOSFET 206b in direktem Kontakt mit der ersten Schaltung 202c, wenn sich die Source des ersten vertikalen MOSFET 204b in 3 in direktem Kontakt mit der ersten Schaltung 202c befindet. Wenn sich alternativ der Drain des ersten vertikalen MOSFET 204b in direktem Kontakt mit der ersten Schaltung 202c befindet, befindet sich die Source des zweiten vertikalen MOSFET 206b in direktem Kontakt mit der ersten Schaltung 202c. Außerdem kann der erste vertikale MOSFET 204a über eine leitfähige Struktur 224 mit der ersten Schaltung 202d elektrisch verbunden sein, der zweite vertikale MOSFET 206a kann über eine leitfähige Struktur 226 mit der ersten Schaltung 202a elektrisch verbunden sein, der erste vertikale MOSFET 204b kann über die leitfähige Struktur 224 mit der ersten Schaltung 202e elektrisch verbunden sein, und der zweite vertikale MOSFET 206b kann über die leitfähige Struktur 226 mit der ersten Schaltung 202a elektrisch verbunden sein. In der vorliegenden Ausführungsform sind die leitfähigen Strukturen 224 und 226 z. B. Metallplatten.
-
Unter Bezugnahme ferner auf 3 wird der Strom über die leitfähige Struktur 226, die mit der ersten Schaltung 202a elektrisch verbunden ist, zum zweiten vertikalen MOSFET 206a übertragen, wenn ein hoher Strom aus dem Referenzmassenstift 216a eintritt, und da sich der zweite vertikale MOSFET 206a in direktem Kontakt mit der ersten Schaltung 202b befindet, wird der Strom über die erste Schaltung 202b vom zweiten vertikalen MOSFET 206a zum Phasenausgangsstift 218a übertragen, um eine obere Brückenschaltung zu bilden. Außerdem wird der Strom über die erste Schaltung 202b zum ersten vertikalen MOSFET 204a übertragen, wenn ein hoher Strom aus dem Phasenausgangsstift 218a eintritt, da sich der erste vertikale MOSFET 204a in direktem Kontakt mit der ersten Schaltung 202b befindet, und der Strom wird über die leitfähige Struktur 224, die mit dem ersten vertikalen MOSFET 204a elektrisch verbunden ist, zum Leistungsstift 220a der ersten Schaltung 202d übertragen, um eine untere Brückenschaltung zu bilden. In ähnlicher Weise bilden der zweite vertikale MOSFET 206b und der erste vertikale MOSFET 204b ebenfalls eine obere und eine untere Brückenschaltung. Daher kann die Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur 200 der vorliegenden Ausführungsform in einer Leistungsumsetzungseinheit angewendet werden, die einen Gleichrichter, einen Wechselrichter oder einen Umsetzer enthält. Die Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur 200 der vorliegenden Ausführungsform kann außerdem in einer Fahrzeugbaugruppenstruktur einer Leistungseinrichtung wie etwa dem Gleichrichter eines Fahrzeuggenerators, einem Gleichstrom-Leistungsumsetzer oder einer Motorantriebsvorrichtung angewendet werden.
-
Unter Bezugnahme ferner auf 3 ist die Isolierschicht 208 auf der ersten Schaltung 202a des Substrats 202 angeordnet und weist eine zweite Schaltung 228 auf. Die elektronische Komponente 210 ist auf der Isolierschicht 208 angeordnet. Die elektronische Komponente 210 enthält z. B. eine integrierte Steuerschaltung, eine Schutzschaltung, einen Induktor, einen Kondensator oder einen Widerstand, und obwohl 3 lediglich eine elektronische Komponente 210 zeigt, ist die Offenbarung nicht darauf eingeschränkt, und mehrere elektronische Komponenten 210 können nach Bedarf ebenfalls auf der Isolierschicht 208 angeordnet sein. Die Isolierschicht 208 in der vorliegenden Ausführungsform wird verwendet, um die erste Schaltung 202a und die elektronische Komponente 210 elektrisch zu isolieren, und kann außerdem die hohe Wärme sperren, die während des Betriebs der ersten Leistungseinrichtung 204 oder der zweiten Leistungseinrichtung 206 erzeugt wird. Die Auswahl eines Materials der Isolierschicht 208 in der vorliegenden Ausführungsform kann auf die vorhergehende Ausführungsform Bezug nehmen, insbesondere auf diejenigen, die in Absatz [0030] beschrieben sind, und wird nicht wiederholt beschrieben.
-
Zudem kann die Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur 200 außerdem die elektronische Komponente 210 über einen Leiter mit der ersten Leistungseinrichtung 204 oder der zweiten Leistungseinrichtung 206 elektrisch verbinden, um ein Steuersignal an die erste Leistungseinrichtung 204 oder die zweite Leistungseinrichtung 206 zu senden. Der Leiter ist z. B. ein Metalldraht (nicht gezeigt) oder eine Metallplatte (nicht gezeigt).
-
Unter weiterer Bezugnahme auf 2B ist der Block 214a des Substrats 214 in der vorliegenden Ausführungsform direkt unter dem ersten vertikalen MOSFET 204b und dem zweiten vertikalen MOSFET 206b aus 3 angeordnet, der Block 214b ist direkt unter dem ersten vertikalen MOSFET 204a und dem zweiten vertikalen MOSFET 206a aus 3 angeordnet, und der Block 214c ist direkt unter der Isolierschicht 208 aus 3 angeordnet, jedoch ist die Offenbarung nicht darauf eingeschränkt. Aus der Sicht des Verringerns der Verbindungstemperatur der ersten Leistungseinrichtung 204 und der zweiten Leistungseinrichtung 206 muss die Basis 214 lediglich direkt unter der ersten Leistungseinrichtung 204 und der zweiten Leistungseinrichtung 206 angeordnet sein. Mit anderen Worten, der Block 214c kann weggelassen werden. In 2B liegt ein Abschnitt der Basis 214 aus dem Gehäuse 212 frei, und die projizierte Fläche der Basis 214 ragt nicht über das Gehäuse 212 hinaus. Die Auswahl eines Materials der Basis 214 kann sich auf die vorhergehende Ausführungsform beziehen, insbesondere auf diejenigen, die in Absatz [0031] beschrieben sind, und wird nicht wiederholt beschrieben. Das Gehäuse 212 verkapselt das Substrat 202, die erste Leistungseinrichtung 204, die zweite Leistungseinrichtung 206, die elektronische Komponente 210 und die Basis 214 z. B. über einen Spritzgießprozess. In der vorliegenden Ausführungsform kann sich die Auswahl eines Materials des Gehäuses 212 auf die vorhergehende Ausführungsform beziehen, insbesondere auf diejenigen, die in Absatz [0030] beschrieben sind, und wird nicht wiederholt beschrieben.
-
Auf der Grundlage des Obenstehenden tritt das Thema einer erhöhten parasitären Induktivität, die durch eine herkömmliche Verkabelung erzeugt wird, nicht auf, da die erste Leistungseinrichtung und die zweite Leistungseinrichtung in der Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur der Offenbarung über das Substrat direkt elektrisch verbunden sind, und als ein Ergebnis wird die Antwort des Leistungsmoduls nicht beeinflusst. Zum Beispiel liegt die parasitäre Induktivität einer Verbindungseinheit, die eine Drahtverbindung einsetzt, aufgrund von Metalldrähten ungefähr im Bereich von 1 nH bis 5 nH. In einer Ausführungsform der Offenbarung ist die erste Leistungseinrichtung über eine Flip-Chip-Bondtechnologie auf dem Substrat angeordnet, derart, dass sich die Source der ersten Leistungseinrichtung und der Drain der zweiten Leistungseinrichtung gleichzeitig mit der ersten Schaltung des Substrats in Kontakt befinden, und die Source der ersten Leistungseinrichtung und der Drain der zweiten Leistungseinrichtung über das Substrat direkt elektrisch verbunden sind, und somit kann die parasitäre Induktivität zwischen der ersten Leistungseinrichtung und der zweiten Leistungseinrichtung kleiner als 1 nH sein. Außerdem ist in dieser Offenbarung eine Isolierschicht unter der elektronischen Komponente angeordnet, und die Beeinflussung der elektronischen Komponente während des Betriebs der Leistungseinrichtung kann verringert werden. Außerdem ist eine Basis mit einer hohen Wärmekapazität unter dem Substrat angeordnet, und die Wirkung des Verringerns des thermischen Widerstands der Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur im Übergangszustand kann ferner erzielt werden. Daher ist die Leistungseinrichtungs-Baugruppenstruktur der Offenbarung für den Gleichrichter eines Hochleistungs-Fahrzeuggenerators, einen Gleichstrom-Leistungsumsetzer oder eine Motorantriebsvorrichtung geeignet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Baugruppenstruktur
- 102
- Substrat
- 102a, 102b
- Blöcke von 102
- 104
- erste Leistungseinrichtung
- 106
- zweite Leistungseinrichtung
- 108
- Isolierschicht
- 110
- elektronische Komponente
- 112
- Gehäuse
- 114
- zweite Schaltung
- 116
- Basis
- 200
- Leistungs-Baugruppenstruktur
- 202
- Substrat
- 202a-202e
- erste Schaltung von 202
- 204
- erste Leistungseinrichtung
- 204a, 204b
- erste vertikale MOSFETs der 204
- 206
- zweite Leistungseinrichtung
- 206a, 206b
- zweite vertikale MOSFETs der 206
- 208
- Isolierschicht
- 210
- elektronische Komponente
- 212
- Gehäuse
- 214
- Basis
- 214a, 214b, 214c
- Blöcke von 214
- 216a, 216b
- Referenzstifte von 202a
- 218a
- Phasenausgangsstift von 202b
- 218b
- Phasenausgangsstift von 202c
- 220a
- Leistungsstift von 202d
- 220b
- Leistungsstift von 220e
- 222
- Stiftblöcke von 202
- 224
- leitfähige Struktur von den 204a, 204b zu 202d, 202e
- 226
- leitfähige Struktur von den 206a, 206b zu 202a
- 228
- zweite Schaltung von 202
