TW202425451A - 具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組 - Google Patents
具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202425451A TW202425451A TW111146158A TW111146158A TW202425451A TW 202425451 A TW202425451 A TW 202425451A TW 111146158 A TW111146158 A TW 111146158A TW 111146158 A TW111146158 A TW 111146158A TW 202425451 A TW202425451 A TW 202425451A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- current
- bus
- parasitic inductance
- circuit base
- current input
- Prior art date
Links
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101000827703 Homo sapiens Polyphosphoinositide phosphatase Proteins 0.000 description 2
- 102100023591 Polyphosphoinositide phosphatase Human genes 0.000 description 2
- 101100233916 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) KAR5 gene Proteins 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Power Conversion In General (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
一種具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組，包括至少一沿著長度方向延伸的基座，設置有至少一電流輸入及輸出匯流排，且分別形成有複數指叉狀接觸埠；第一單元包括沿著寬度方向設置於上述基座的第一電路基部，前述第一電路基部上設置有複數第一功率元件，並具有彼此並聯的第一電流輸入端和第一電流輸出端，第一電流輸入端及輸出端是被導接至第一電路基部及一第二單元。藉由前述單元以及各別的指叉狀接觸埠在電流經過時會構成彼此相消的個別電感，使得整體的寄生電感被降低；藉此產生彼此相消的個別電感，降低整體寄生電感。
Description
本發明係一種功率模組，尤指一種具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組。
第三代半導體是目前熱門的高科技領域，在5G、電動車、再生能源的發展中扮演舉足輕重的地位。所謂第三代半導體，又稱「寬能隙半導體」，一般指碳化矽(SiC)或氮化鎵(GaN)，其能隙為傳統半導體矽(Si)、砷化鎵(GaAs)的約三倍，能應用在高頻、高溫、高電流以及高電壓的操作環境，整體而言具有優異的效能與穩定度。
在第三代半導體的諸多應用領域中，電動車用需求無疑是功率半導體元件的主要驅動力量。電動車的核心技術在於「電池、電機與電控」，以下進行簡單說明：首先，三相馬達是電動車的心臟，利用產生旋轉磁場(RMF,Rotating Magnetic Field)帶動馬達內的轉子，進而驅動輪軸；其中為了產生旋轉磁場，三相馬達需使用具有相位差異的交流電作為動力；然而電動車所配備的電池組如鋰電池是一種直流電源，這意味著在電池與馬達之間需要經過直流電與交流電的轉換；此轉換由電動車的大腦----逆變器(inverter)達成。
逆變器的功能，不僅是將輸入電流轉換為交流訊號，更可以透過如Pulse Width Modulation(PWM)的技術調控三相馬達。本質上逆變器是一種功率模組，包含了上述功率半導體，透過電路設計對馬達實現電控。舉例來說，旋轉磁
場的轉速越快，馬達內的轉子也越快，其中旋轉磁場的轉速由交流訊號的頻率決定，也就是說，電動車只需要透過控制輸入電流的頻率，就可以直接改變馬達速度，相較於傳統內燃機的機制提供了一種更可靠、線性的控制方式。此外，馬達的輸入電流大小也直接影響產生的磁場強度，對於高功率輸出的電動車，勢必需要能處理大電流的功率模組。
在交流電路中，電流流經導線或元件根據安培定律會產生一時變的磁場，再根據法拉第感應定律與冷次定律，此時變的磁場會產生一對抗的感應電動勢，影響電流訊號。上述效應類似於電感，故一般稱之為「寄生電感」或「雜感」，而這種非預期的寄生電感由於會阻撓電流訊號的迅速變換，因此是實務上不想要的。通常，在頻率不高的情況下可以忽略此效應，而在高頻、高電流的操作條件下，雜感的影響益形嚴重，可能造成訊號的相位延遲或領先，使整體訊號失真，影響傳輸、轉換效率以及降低穩定性，並會顯著影響馬達將電能轉換為機械能的效率。
在美國專利USP 10405450號中，揭露了寄生電感在高功率模組中所產生的問題如電壓過衝(Voltage shooting)、振鈴(Ringing)等現象，此外對於並行架設的功率模組，還包含了電流不平衡所導致的溫度不均問題，以上因素皆會造成電路系統不穩、轉換效率降低，甚至限制最高切換頻率。因此如圖1所示，該案提出降低電路長度、增加導體截面積、產生相消磁場，並降低模組高度、使功率模組與端點距離更近。其中電流沿著電流方向8經過兩個功率元件7後，在輸出匯流排處形成一回流區域9，可降低局部產生的寄生電感，然而該種佈局方式由於位於圖中央偏上方的輸出匯流排僅能在中央的局部範圍與下方的電路貼近，在圖右側部分則須避開打線區域而必須保持距離，使其降低寄生電感的功效受限。另如圖2所示，美國專利USP 8637964號也嘗試揭露一種低雜感(low stray
inductance)的功率模組，藉由將回流電流在電路設計上盡可能靠近原電流路徑，電流方向8同樣在功率模組內形成一回流路徑。然而，此種水平方向雙迴圈的佈局方式在大電流及高頻率變換下，會因為每一迴圈的內圈和外圈的行經距離不一而導致電流不均勻，並且在外圈部分彼此距離較遠，使得雜感相互抵銷的效果受限。
綜上所述，寄生電感是在高頻電路中必然存在，且讓業者均想除之而後快的麻煩問題。發明人為突破此問題，已經對於功率模組中的回流路徑進行研發，並且提出較早的發明專利申請。但在後續研究中，進一步研究發現本發明所揭露的功率模組，還有更進一步優化的空間。
本發明的一目的在於，提供一種低寄生電感的功率模組，藉由電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠，在電流經過時會構成彼此相消的個別電感，使得整體的寄生電感被進一步降低。
本發明的另一目的在於，提供一種低寄生電感的功率模組，將大電流訊號並聯、藉由彼此分散配置且位於同一側緣的匯流排結構，便於電路導出。
本發明的再一目的在於提供一種低寄生電感的功率模組，藉由水平和垂直方向調配變換的交錯分散配置，讓低寄生電感的功率模組電路結構設計更富有選擇彈性。
依上述本案揭露的一種低寄生電感的功率模組，供需要高頻、高功率輸入的設備如電動車馬達使用，該低寄生電感的功率模組包含：至少一片沿著一長度方向延伸的基座，且在前述長度方向具有兩相對側緣，在對應前述兩相對側緣之一處設置有彼此絕緣的至少一電流輸入匯流排及至少一電流輸出匯流排，電流輸入匯流排和電流輸出匯流排分別形成有複數指叉狀接觸埠；一第一單
元，包括至少一第一電路基部，前述第一電路基部上設置有複數第一功率元件，每一前述第一功率元件具有一彼此並聯的第一電流輸入端和一彼此並聯的第一電流輸出端；其中上述第一電流輸入端或上述第一電流輸出端之一，是被導接安裝至上述第一電路基部；以及一第二單元，包括至少一第二電路基部，且前述第二電路基部與前述第一電路基部相間隔，前述第二電路基部上設置有複數第二功率元件，每一前述第二功率元件具有一彼此並聯的第二電流輸入端和一彼此並聯的第二電流輸出端；其中上述第二電流輸入端或上述第二電流輸出端之一，是被導接安裝至第二電路基部；其中，前述第一單元和前述第二單元分別以一端經由複數的串接導電件彼此串接，並且前述第一單元和前述第二單元相反於彼此串接端處分別藉由複數的輸入導電件和複數彼此分散配置的輸出導電件分別串接至上述電流輸入匯流排和上述電流輸出匯流排；其中，上述電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠在上述長度方向位置相對應時，在上述長度方向和寬度方向構成平面的投影彼此成對交錯分散排列；藉此，上述電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和上述電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠在電流經過時會構成彼此相消的個別電感，使得整體的寄生電感被降低。
透過本案所揭露之低寄生電感的功率模組，藉由電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠在長度方向位置相對應時，在長度方向和寬度方向構成平面的投影彼此成對交錯分散排列；藉此，電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠在電流經過時會構成彼此相消的個別電感，使得整體功率模組在回流電路之前和之後的匯流排部分的寄生電感被進一步降低，以及搭配彼此並聯的功率半導體如SiC、GaN，分攤輸入模組的大電流訊號；其中每一功率半導體更搭配複數導線分布於上述寬度方向，長向連接供大電流分散穩定輸入輸出；一導線產生的感應磁場都會在近距離
範圍內彼此相消，藉由導線被分散交錯往返設計，使得進而有效降低高頻電流所產生的寄生電感效應；尤其無論是在寬度方向的交錯或高度方向的交錯，甚至寬度與高度方向同時產生交錯，對於有不同結構需要的使用者，均可彈性滿足其高度限制或寬度限制，製作出高頻響應及電氣性能絕佳的高功率模組，能有效降低寄生電感的不良影響；並且將電流輸入匯流排和電流輸出匯流排緊密交錯地排列在同一側緣，不僅使得高頻、高電流的功率模組可以獲得更佳的電氣性能，不被雜感干擾而讓性能劣化，還讓電流輸入匯流排和電流輸出匯流排的排列配置易於導出，達成本發明所想要達到的上述目的。
1、1”:功率模組
2:基座
20、20’、20”:電流輸入匯流排
22、22’、22”:電流輸出匯流排
200、220、200’、220’、200”、220”:指叉狀接觸埠
3:第一單元
3’、30、30’、30”:第一電路基部
32、32’、32”:第一功率元件
34:第一電流輸入端
36:第一電流輸出端
300、300’、300”:第一焊接埠
4、4’、40、40’、40”:第二電路基部
42、42’、42”:第二功率元件
44:第二電流輸入端
46:第二電流輸出端
402’:金屬電路層
50:串接導電件
52:輸入導電件
54:輸出導電件
56:架高板
60:磁場積分路徑
70:第三電路基部
70’、70”:架高導出電路板
700、700’、700”:第二焊接埠
X:長度方向
Y:寬度方向
Z:高度方向
7:功率元件
8:電流方向
9:回流區域
圖1為一種習知技術的示意圖。
圖2為另一種習知技術的示意圖。
圖3為本案指叉狀接觸埠第一較佳實施例的立體結構示意圖，說明電流輸入匯流排的各指叉狀接觸埠與電流輸出匯流排的各指叉狀接觸埠單一交錯。
圖4為本案第一較佳實施例的俯視示意圖，說明輸入導電件、輸出導電件和串接導電件如何在長度和寬度方向構成的平面的投影呈現分散交錯。
圖5為圖4實施例的側視示意圖，說明電路往返過程中如何讓匯流排在長度方向的位置對應時，彼此接近且交錯而讓雜感相消。
圖6為圖4實施例的電流路徑投影示意圖，說明寄生電感相消原理。
圖7為搭配圖3結構的第二較佳實施例的功率模組的俯視示意圖，說明第一焊接埠及第二焊接埠的寬度及高度方向位置。
圖8為本案指叉狀接觸埠第二較佳實施例的立體結構示意圖，說明電流輸入匯流排的各指叉狀接觸埠與電流輸出匯流排的各指叉狀接觸埠成對交錯對應。
圖9為圖8實施例的俯視示意圖，說明第一焊接埠及第二焊接埠的寬度及高度方向位置。
圖10為本案指叉狀接觸埠第三較佳實施例立體結構示意圖，說明電流輸出匯流排的各指叉狀接觸埠分別位於電流輸入匯流排的各指叉狀接觸埠兩側。
圖11為圖10實施例的俯視示意圖，說明第一焊接埠及第二焊接埠的寬度及高度方向位置。
本案相關技術內容、特點及功效，於下述搭配參考圖式之較佳實施例的詳細說明，將可清晰呈現，於各實施例中相同的元件以相似之標號標示。
本案低寄生電感的功率模組1的第一較佳實施例，如圖3至圖6所示，包括一個基座2，設置有一電流輸入匯流排20及電流輸出匯流排22，電流輸入匯流排20形成有複數指叉狀接觸埠200，以及電流輸出匯流排22形成有複數指叉狀接觸埠220，供整體大電流訊號(數十至數百安培)導接輸入至各功率元件。為便於說明起見，以下界定圖4的垂直方向為一長度方向X，而該圖中的水平方向也則定義為寬度方向Y，垂直於紙面的方向為高度方向Z。本例中的基座2是採用一介電材質的陶瓷層基板，藉此可以在功率元件的下方側設置散熱裝置(圖未示)。
為便於說明起見，在本例中，電流輸入匯流排20和電流輸出匯流排22焊接至基座的末梢分別被區分為四個指叉狀接觸埠200、220。尤其如圖5在長度方向位置相對應時，在長度方向和寬度方向所構成平面上的投影，會形成每兩根電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠200之間，一定夾有一根電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠220，使得兩者呈彼此成對交錯分散的排列。因此從圖4的俯視圖看來，當每一個第一焊接埠300都是供焊接連結電流輸入匯流排20的其中一根指叉狀接觸埠200，每一第二焊接埠700也是供分別焊接連結電流輸出匯流排22的其
中一根指叉狀接觸埠220，第一電路基部30形成的複數第一焊接埠300和第三電路基部70形成的複數第二焊接埠700也會呈現彼此分離且分別對應間隔，並在長度和寬度方向構成平面的投影彼此成對交錯分散排列。藉此，電流輸入匯流排20的指叉狀接觸埠200和電流輸出匯流排22的指叉狀接觸埠220在電流經過時會構成彼此成對相消的個別電感，使得進入基板前和脫離基板後的匯流排部分的寄生電感被降低。
另外，第一單元3導接於電流輸入匯流排20，第一單元3包括沿寬度方向Y延伸的第一電路基部30，在第一電路基部30上並排焊接設置有例如八個第一功率元件32，第一功率元件32在此例釋為SiC製成的功率電晶體。當然在其他實施例中，也可以根據應用需求選用其他功率電晶體，數量上也可以有所調整，故本案的釋例說明不應成為限制條件。本例中的第一電路基部30是例釋為四片在寬度方向上並排形成於基座2上的金屬電路層，在此定義為輸入導電件52；當輸入電流從電流輸入匯流排20的指叉狀接觸埠200進入第一焊接埠300後，會透過複數彼此並聯的輸入導電件52輸入至第一功率元件32，為便於說明，定義第一功率元件32底側被焊接導通至電流輸入匯流排20的電極為第一電流輸入端34，輸入電流在第一功率元件32的閘極(未標號)驅動而導通後，抵達位於第一功率元件32頂面的第一電流輸出端36。且分散焊接至數十根導線，因此可將數十至數百安培的輸入大電流平均分攤，有效緩解每一導電件的電流熱效應。
在本例的第一單元3內，每一個第一功率元件32都受一第一閘極訊號進行同步調控。當前述閘極訊號作用時，各功率電晶體的源極(Source)和集極(Drain)間導通，輸入電流訊號經由複數個彼此並聯的第一電流輸出端36，連接至串接導電件50傳導至同樣形成於基座2之上的第二電路基部40上，並且經過第二電流輸入端44流入彼此並聯的八個第二功率元件42。附帶說明，電流訊號在流出
第一功率元件32的過程，所行經的串接導電件50，在本例中為一共四十根鋁帶作為導線，其中每一第一功率元件32的第一電流輸出端36都並聯焊接有五根鋁帶。
八個第二功率元件42則是受第二閘極訊號同步調控，藉以驅動各功率電晶體的源極和集極間導通，輸出電流則從第二電流輸出端46同樣經過例示包括四十根鋁帶傳輸至一架高於第二電路基部4之上的架高板56，再經由包括二十根鋁帶的輸出導電件54導通至第三電路基部70上的四個併排的第二焊接埠700，最後由電流輸出匯流排22的指叉狀接觸埠220集中流出。
可以看出，如果在X的長度方向上將每一電路或導線的三維座標逐步定義，則在相鄰的電流輸入匯流排20的指叉狀接觸埠200以及電流輸出匯流排22的指叉狀接觸埠220在長度方向座標相符的對應位置，指叉狀接觸埠200和220在長度和寬度方向構成俯視平面的投影，都會彼此逐一交錯分散排列，而長度和高度方向構成的側視平面上的投影則部分重疊交錯。因此構成如圖6的寄生電感彼此相消的功效，使得採用本發明分散交錯導電匯流排電路結構的模組，整體電感可以比對照組的十餘nH降低三分之一。
當然，如本實施例的輸入導電件52和第三電路基部70彼此共平面，且從XY平面投影也是兩兩成對交錯；而串接導電件50和輸出導電件54的鋁帶不僅其XY平面的投影分散交錯，從XZ平面的投影更是部分交叉，架高板56更是疊置在下方的第二電路基部40之上，使得XY平面的投影完全重疊，讓流經架高板56的電流與下方的第二電路基部產生電流完全分散對應的分布關係，也就是，凡是沿著長度方向X在相同座標位置處，流入的電流和流出的電流幾乎完全行經相同的分散對應途徑，且在各投影面產生多處交錯，也就是說，如果不是在XY平面、就是在XZ平面，必然會出現彼此投影相重疊的相對電流，而且藉由此種電流途徑的分散交錯的對應分布方式，達成如圖6所示，使得每組彼此相對而行的
電流途徑，都會依據安培定律，得出閉合迴路的磁場路徑積分正比於穿過該閉合迴路的電流大小，可以得到磁場積分路徑60在上述包含四條電流的閉合迴路處為零，達成消除局部電感之功效，與本發明的導電匯流排彼此成對分散交錯相輔相成，可以將功率模組的整體寄生電感進一步降低。
在本例中，雖然導電件並非單純沿著X方向延伸，在電路板走線或鋁帶焊接時會具有寬度方向Y和高度方向Z之分量，然而熟悉此領域者應能了解，這種交錯分散方式的迴路設計，仍然可以一方面確保整體電流的充分均勻分佈，另方面保有在三維空間中極為接近的往返迴路結構，使得整體功率模組的雜感可以降低至5nH以下，甚至可以完美達成2nH以下。相較於上述前案的遠距離迴路設計，不僅電流分布更均勻，透過安培定律分析，也具有遠小於上述前案的積分路徑，不需要將積分面積擴大涵蓋到全模組的橫截面；換言之，即使上述前案提出有降低雜感的理論構想，但往返電流分布區域過大，不僅造成電流不均勻，也使得要讓雜感相消的計算截面積非常寬廣，實際消除感應磁場的效果有限，這是本案分散交錯設計對於消除寄生電感所產生的優異效果。
為了方便說明，在本實施例中特將電流流入的途徑，從電流輸入匯流排20經第一單元3和串接導電件50直到第二電路基部40定義為電流的流入半程；相對地，從第二電路基部40經過第二功率元件42、架高板56和輸出導電件54達到電流輸出匯流排22，則定義為電流的流出半程。可以明顯看出，流入半程的電流和流出半程的電流，不僅在空間上呈現往返對應，而且電流行經的途徑被充分的分散，甚至在多處形成投影面的交錯，使得成對出現的往返途徑兩兩成對且足夠接近，此種結構安排也使得導電件具有來回成對分散交錯的絕佳結構。
即使上述實施例的第一電路基部30、第二電路基部40和第三電路基部70都是以同樣位於一塊陶瓷基板上的彼此絕緣獨立電路區塊為例，但本案的
電路配置並非侷限於上述方案，本發明第二較佳實施例功率模組1’如圖7所示，其中與第一較佳實施例相同部分如第一電路基部30’、第二電路基部40’、第一焊接埠300’、第一功率元件32’、第二功率元件42’、以及供焊接第二功率元件42’的金屬電路層402’等不再多加敘述。本實施例與前一實施例的最主要區別，是本實施例的第三電路基部是疊層配置於第一電路基部30’上方的架高導出電路板70’，在本例中是以直接覆銅(DBC)電路板為例，第二焊接埠700’就形成於架高導出電路板70’上。因此，當電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠在長度方向位置相對應時，第一電路基部30’形成的複數第一焊接埠300’和複數第二焊接埠700’不僅彼此分離且分別成對的間隔配置，並在高度方向稍有錯開，從長度和寬度平面的投影，可以看出彼此成對交錯分散排列，從長度和高度平面的投影則是部分重疊交錯。藉此，電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠在電流經過時會構成彼此相消的個別電感，使得整體的寄生電感從輸入匯流排和輸出匯流排開始，就因分散交錯被有效降低。
前述各實施例都是採用電流輸入匯流排和電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠逐一交錯的配對方式配置，本發明第二較佳實施例的指叉狀接觸埠立體結構示意圖如圖8所示，且搭配對應的功率模組1’如圖9中所示，則是如同前述第二實施例第一電路基部3’和第二電路基部4’的配置，主要差異在於，電流輸入匯流排20’及電流輸出匯流排22’各自的指叉狀接觸埠200’和220’以兩兩並排一組的方式交錯配置，而各第二焊接埠700’亦相同以一對為一組而設置於架高導出電路板70’，而兩兩並排的各組第一焊接埠300’與各組第二焊接埠700’交錯設置，使得電流經過時會構成彼此相消的個別電感，讓整體的寄生電感被降低，但是本實施例的寄生電感降低效率則略遜於前述指叉狀焊接埠各自獨立交錯的實施例。
本發明第三較佳實施例的指叉狀接觸埠立體結構示意圖如圖10、11
所示，搭配對應的功率模組1’中，第一電路基部3’和第二電路基部4’的配置如同前述第二實施例，電流輸入匯流排20”的指叉狀接觸埠200”則是以四根完全並排相鄰成為單一組，電流輸出匯流排22”的各指叉狀接觸埠220”則是兩兩一組，第三電路基部的架高電路板70’上的第二焊接埠700’同樣四個並排設置，而第一電路基部30’上的各組第一焊接埠300’分別兩兩位在第二焊接埠700’的兩側位置，使得整體的寄生電感被降低，當然，本例的寄生電感降低效果又稍遜色。
本發明所揭露的電流輸入匯流排、電流輸出匯流排及功率模組，除了藉由電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠在電流經過時會構成彼此相消的個別電感，使得整體的寄生電感被降低。另外，如同發明人先前申請案的彼此並聯的電路與功率元件，可以與本發明加成出更佳的降低雜感效果；且藉由彼此分散配置且途徑相對應的多個指叉狀接觸埠共同均勻分擔輸入之大電流，確保電流流動過程的均勻分布；且電路在模組內部形成路徑彼此交錯對應且接近重合疊之分散迴路，此種分散交錯的導接方式，使得寄生電感效應被更顯著降低。藉此，採用本發明的模組可將寄生電感減少至5nH以下，尤其輸入匯流排和輸出匯流排配置於同一側緣，便於電路導出。至於以上實施例的敘述，都只是為便於理解而非限制，任何依照本案下述請求項結構所產生之均等效果及其他變化修飾，皆屬於本案所涵蓋的專利範圍。
20:電流輸入匯流排
200:指叉狀接觸埠
22:電流輸出匯流排
220:指叉狀接觸埠
Claims (5)
- 一種具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組，包括至少一片沿著一長度方向延伸的基座，且在前述長度方向具有兩相對側緣，在對應前述兩相對側緣之一處設置有彼此絕緣的至少一電流輸入匯流排及至少一電流輸出匯流排，上述電流輸入匯流排和上述電流輸出匯流排分別形成有複數指叉狀接觸埠；一第一單元，包括至少一第一電路基部，前述第一電路基部上設置有複數第一功率元件，每一前述第一功率元件具有一彼此並聯的第一電流輸入端和一彼此並聯的第一電流輸出端；其中上述第一電流輸入端或上述第一電流輸出端之一，是被導接安裝至上述第一電路基部；以及一第二單元，包括至少一第二電路基部，且前述第二電路基部與前述第一電路基部相間隔，前述第二電路基部上設置有複數第二功率元件，每一前述第二功率元件具有一彼此並聯的第二電流輸入端和一彼此並聯的第二電流輸出端；其中上述第二電流輸入端或上述第二電流輸出端之一，是被導接安裝至上述第二電路基部；其中，前述第一單元和前述第二單元分別以一端經由複數的串接導電件彼此串接，並且前述第一單元和前述第二單元相反於彼此串接端處分別藉由複數的輸入導電件和複數彼此分散配置的輸出導電件分別串接至上述電流輸入匯流排和上述電流輸出匯流排；其中，上述電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和上述電流輸出匯流排的指叉 狀接觸埠在上述長度方向位置相對應時，在上述長度方向和寬度方向構成平面的投影彼此成對交錯分散排列；藉此，上述電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和上述電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠在電流經過時會構成彼此相消的個別電感，使得整體的寄生電感被降低。
- 如請求項1所述的具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組，其中上述基座是一介電層，以及上述第一電路基部和上述第二電路基部是成形於上述介電層上、且相互絕緣的金屬電路層。
- 如請求項2所述的具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組，其中當上述電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和上述電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠在上述長度方向位置相對應時，上述第一電路基部和上述第二電路基部分別形成有複數彼此分離且分別對應間隔的在上述長度方向和寬度方向構成平面的投影彼此交錯分散排列的第一焊接埠和第二焊接埠，供分別焊接連結上述電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和上述電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠。
- 如請求項1所述的具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組，其中上述基座是一個絕緣基部，以及上述第一電路基部和上述第二電路基部是兩片分別設置於上述絕緣基部上的電路板。
- 如請求項4所述的具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組，其中當上述電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和上述電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠在上述長度方向位置相對應時，上述第一電路基部和上述第二電路 基部分別形成有複數彼此分離且分別對應間隔的在上述寬度和高度方向和長度方向構成平面的投影彼此交錯分散排列的第一焊接埠和第二焊接埠，供分別焊接連結上述電流輸入匯流排的指叉狀接觸埠和上述電流輸出匯流排的指叉狀接觸埠。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111146158A TWI831496B (zh) | 2022-12-01 | 2022-12-01 | 具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111146158A TWI831496B (zh) | 2022-12-01 | 2022-12-01 | 具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI831496B TWI831496B (zh) | 2024-02-01 |
| TW202425451A true TW202425451A (zh) | 2024-06-16 |
Family
ID=90824640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111146158A TWI831496B (zh) | 2022-12-01 | 2022-12-01 | 具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI831496B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN120955424B (zh) * | 2025-10-11 | 2026-02-10 | 忱芯科技(上海)有限公司 | 一种均流铜排结构和igbt功率模块 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW586253B (en) * | 2003-04-25 | 2004-05-01 | Quanta Comp Inc | A PCB joint structure and manufacturing method thereof |
| JP4567029B2 (ja) * | 2007-06-22 | 2010-10-20 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電力変換装置 |
| JP5370440B2 (ja) * | 2011-08-31 | 2013-12-18 | 株式会社デンソー | 電子装置の製造方法 |
| CN204046443U (zh) * | 2014-09-04 | 2014-12-24 | 永济新时速电机电器有限责任公司 | 新型三相输出复合母排 |
| CN204464687U (zh) * | 2015-04-08 | 2015-07-08 | 南车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种叠层母排 |
| CN211981075U (zh) * | 2020-05-09 | 2020-11-20 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种叠层母排 |
-
2022
- 2022-12-01 TW TW111146158A patent/TWI831496B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI831496B (zh) | 2024-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107644857B (zh) | 多器件功率模块的信号引脚布局 | |
| US8045352B2 (en) | Power converter | |
| US6845017B2 (en) | Substrate-level DC bus design to reduce module inductance | |
| US20020034088A1 (en) | Leadframe-based module DC bus design to reduce module inductance | |
| CN111033734A (zh) | 功率转换器模块及其制造方法 | |
| JP3241455U (ja) | 分散交錯の導電部材及び低寄生インダクタンスを有するパワーモジュール | |
| JP2004311685A (ja) | 電力用半導体装置 | |
| CN112701111A (zh) | 一种三电平电路碳化硅功率模块 | |
| CN110336548A (zh) | 电路布局、再分布板、模块以及制造半桥电路的方法 | |
| CN115132677A (zh) | 一种高短路电流耐受能力的双面散热功率模块 | |
| JP2022034300A (ja) | パワー半導体モジュールおよび電力変換装置 | |
| US12068290B2 (en) | Power semiconductor module with low inductance gate crossing | |
| US20250079407A1 (en) | Power electronics module and assembly method | |
| CN112687632B (zh) | 一种功率模块的结构设计及其实现方法 | |
| TW202425451A (zh) | 具有分散交錯導電匯流排及低寄生電感的功率模組 | |
| US12614988B2 (en) | Low parasitic inductance power module featuring staggered, interleaving conductive members | |
| CN120674410A (zh) | 基于多回路解耦的低电磁寄生参数SiC功率半导体模块 | |
| US12593700B2 (en) | Low parasitic inductance power module having staggered, interleaving conductive busbars | |
| TWI819920B (zh) | 具有分散交錯導電件及低寄生電感的功率模組 | |
| JP2002125381A (ja) | 電力変換装置 | |
| TWI836841B (zh) | 低寄生電感的功率模組 | |
| JP7716346B2 (ja) | 半導体装置および半導体装置を備えたインバータ | |
| JP7840793B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| CN118539713A (zh) | 一种三相功率系统 | |
| CN117424425A (zh) | 逆变器组件 |