CN113161308A - 功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率模块。功率模块包括载板、第一开关、第二开关、至少一金属块、钳位组件以及金属导接件。载板包括一上表面、一下表面、一正极端以及一负极端。第一开关以及第二开关设置于上表面上，且串联连接组成一桥臂，连接于正极端以及负极端之间。至少一金属块设置于上表面及下表面之间，且电连接至第一开关和/或第二开关。钳位组件设置于上表面，且通过载板与该桥臂并联。金属导接件自第一开关与第二开关的共同连接点连接至一输出端，其中金属导接件位于第一开关与第二开关远离上表面的一侧，有助于降低功率模块中开关的输出电容。

Description

功率模块

技术领域

本发明涉及一电力电子设备技术领域，尤其涉及一种功率模块。

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。为了设计更加可靠、安全、高性能的电力电子设备，希望功率半导体器件具备电压应力低，功率损耗低的特性。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di/dt。根据电路原理，变化的电流作用在寄生电感Ls上会产生电压Vs，计算公式如下：

由此可知，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的可靠性，增加器件关断损耗。线路寄生电感降低后，允许开关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，电压尖峰除了影响效率，还会引起电磁干扰问题。

同时，由于功率回路中不可避免的存在寄生电感，功率器件的高开关频率引起的电压变化速度快，会造成电路中EMI超标。

此外，功率半导体器件的性能与热管理息息相关。良好的热管理对于提高功率器件的转换效率、功率密度以及可靠性均至关重要。理由有以下几点：1)在较低的工作温度下，MOSFET、IGBT等功率器件的通态损耗会降低，有利于系统效率的提升。2)在很多场合下热能的大小直接决定功率密度的高低，因为电源变换器是用于处理功率转换的系统，通常半导体器件是损耗比较多的器件，而半导体器件能够耐受的温度是有一定限制的，超过这一限制器件将丧失工作能力或者性能急剧恶化。因此，散热系统需要将半导体芯片的温度控制在可接受范围内。3)通常散热成本占系统的成本的比例也比较大。4)半导体器件的寿命和温度息息相关，在电子领域通常有这样的工程经验，即温度每上升10度其寿命就会降低一半。更低的工作温度可以有效延长器件的使用寿命。

另一方面，功率器件的输出电容，例如MOSFET器件漏极与源极之间的电容，对功率器件的开关损耗影响非常大。为了不增加开关损耗，于配置各组件之走线关系时，也需要考虑减小功率器件的输出电容。

因此，如何发展一种载板及其适用之功率模块来解决现有技术所面临的问题，并达到降低寄生电感及EMI的同时提升散热效能目的，实为本领域极需面对的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种载板及其适用之功率模块。通过优化各个构成组件布设实现降低寄生电感及EMI的目的，使其装配固定简单可靠，同时减小功率模块的体积以及功率模块的整体功率密度。

本发明之另一目的在于提供一种载板及其适用之功率模块。载板利用两个金属布线层以及至少一金属块，串联两开关组成之桥臂，可减小高频回路的面积，并减小相应的回路寄生电感。另外，功率模块中两开关组成之桥臂与钳位组件通过两个金属布线层并联于载板上时，有助于降低功率模块中之钳位电感，载板内嵌设之至少一金属块更有助于提高功率模块的散热性能。至少两个金属布线层、至少一金属块与两个串联开关于载板表面上的投影至少部分重合，使功率模块中形成的两个高频回路彼此解耦，且降低两个高频回路中的寄生电感。其中一高频回路的电流流过载板表面之布线层。另一高频回路的电流穿过载板表面之布线层，其流过载板表面布线层水平方向的电流可以忽略。两个高频回路在电流的路径上至少部分解耦，相互影响小。再者，载板与两个串联开关组成的桥臂的连接工艺实现简单，成本低、可靠性高。两个串联开关组成的桥臂设置于内埋有金属块之载板上，更可配合两个散热器实现双面散热，降低热阻，进而达到降低成本、提升功率模块的可靠性以及散热能力的目的。载板表面的布线层可以较薄的厚度实现，结合载板预制内埋的金属块，可以降低制造成本，并进一步提高载板的可靠性。当功率模块的两开关与钳位组件直接设置于载板上时，可简化装配结构，具有降低成本、简化工艺、提高产品良率及产品可靠性等优点。

本发明的再一目的在于提供一种功率模块。通过将金属导接件设置于开关与钳位组件远离载板的一侧，避让开关与钳位组件通过载板连接至正极端与负极端之走线，使功率模块中开关形成之输出电容减小，且降低二高频回路中的寄生电感，实现优化之功率模块。再者，金属导接件和串联开关所组成的桥臂可预制成一体化结构，再与载板连接的工艺实现简单，成本低、可靠性高。两个串联开关组成一桥臂设置于一载板上，通过一金属导接件串联两个开关组成一桥臂。桥臂通过载板与钳位组件并联，形成彼此解耦的二高频回路。两个高频回路在电流的路径上至少部分解耦，相互影响小。再者，载板表面的布线层可以较薄的厚度实现，配合金属导接件与两开关一体化的配装，可以降低制造成本。当功率模块的两开关与金属导接件直接设置于载板外部时，可简化装配结构，具有降低成本、简化工艺、提高产品良率及产品可靠性等优点。

为达前述目的，本案提供一载板包括本体、至少两个金属布线层以及至少一金属块。本体具有至少两个出端位于至少一表面。两个金属布线层设置于本体，且形成至少两部分金属走线，分别连接至两个出端。金属块嵌埋于本体，于空间上相对且连接至两个出端中之一者。两个金属布线层形成两个金属走线的厚度小于金属块的厚度，且由两部分金属走线所连接之两个出端计算得到的回路电感量在频率大于1MHz的情况下小于或等于1.4nH。载板有助于降低功率模块中之钳位电感，提高散热性能。

为达前述目的，本案另提供一功率模块包括载板及两个开关。载板包括本体、至少两个金属布线层以及至少一金属块。本体具有至少两个出端、上表面与下表面，至少两个出端位于上表面。两个金属布线层设于本体，且形成至少两部分金属走线，分别连接至两个出端。金属块嵌埋于本体，于空间上相对且连接至两个出端中之一者。两个金属走线的厚度小于金属块的厚度。两个开关设置于上表面，且通过至少两个出端串联连接形成一桥臂，其中至少一金属块在下表面的正投影与两个开关在该下表面的正投影至少部分重合。

为达到前述目的，本发明提供一种功率模块。功率模块包括载板、第一开关、第二开关、至少一金属块、钳位组件以及金属导接件。载板包括一上表面、一下表面、一正极端以及一负极端。第一开关以及第二开关设置于上表面上，且串联连接组成一桥臂，连接于正极端以及负极端之间。至少一金属块设置于上表面以及下表面之间，且电连接至第一开关及/或第二开关。钳位组件设置于上表面，且通过载板与该桥臂并联。金属导接件自第一开关与第二开关的共同连接点连接至一输出端，其中金属导接件远离第一开关与第二开关远离上表面的一侧。

附图说明

图1A示意性示出本发明较佳实施例的载板的截面图；

图1B示意性示出本发明第一较佳实施例中的功率模块的截面图；

图2A示意性示出本发明实施例中的半桥功率模块的电路图；

图2B示意性示出本发明实施例中功率模块相应的电路图；

图3示意性示本发明实施例中包含钳位电路的半桥功率模块的电路图；

图4示意性示出本发明第二较佳实施例中的功率模块的俯视图；

图5示意性示出图4中的功率模块在A-A位置的截面图；

图6示意性示出图4中的功率模块在C-C位置的截面图；

图7示意性示出图4中的功率模块在B-B位置的截面图；

图8示意性示出图6中的功率模块在D-D方向的一种局部截面图；

图9示意性示出图6中的功率模块在D-D方向的另一种局部截面图；

图10A示意性示出本发明第一示范例的开关的截面图；

图10B示意性示出本发明第二示范例的开关的截面图；

图11示意性示出本发明第三较佳实施例中带有散热器的功率模块的截面图；

图12示意性示出本发明第四较佳实施例中带有散热器的功率模块的截面图；

图13示意性示出本发明第五较佳实施例中的功率模块的截面图；

图14示意性示出本发明第六较佳实施例中的功率模块的截面图；

图15示意性示出本发明第七较佳实施例中的功率模块的截面图；

图16示意性示出本发明第八较佳实施例中的功率模块的截面图；

图17示意性示出本发明第九较佳实施例中的带有散热器的功率模块的截面图；

图18示意性示出本发明第十较佳实施例中的功率模块的截面图；

图19示意性示出本发明第十一实施例中的功率模块的截面图；

图20示意性示出本发明第十二实施例中的功率模块的截面图；

图21示意性示出本发明第十三实施例中的功率模块的截面图；

图22示意性示出本发明第十四实施例中的功率模块的截面图；

图23示意性示出本发明第十五实施例中的功率模块的截面图；

图24示意性示出本发明第十六施例中的功率模块的截面图；

图25示意性示出本发明第十七实施例中的功率模块的截面图；

图26示意性示出本发明第十八实施例中的功率模块的截面图；

图27示意性示出本发明第十九实施例中的功率模块的俯视图；

图28示意性示出本发明第二十实施例中的功率模块的俯视图；

图29示意性示出本发明第三示范例的开关的截面图；

图30示意性示出本发明第二十一实施例中的功率模块的俯视图；

图31示意性示出本发明第二十二实施例中的功率模块的俯视图；

图32示意性示出本发明第二十三实施例中的功率模块的俯视图；

图33示意性示出本发明第二十四实施例中的功率模块的俯视图；

图34A至34E示意性示出本发明较佳实施例中功率模块的制作流程图；

图35示意性示出本发明实施例中制作功率模块过程中的载板截面图；

图36示意性示出本发明第二十五实施例中的功率模块的截面图；

图37示意性示出本发明第二十六实施例中的功率模块的截面图；

图38示意性示出本发明第二十七实施例中的功率模块的截面图；

图39A示意性示出本发明第一示范例的驱动钳位电路的示意图；

图39B示意性示出本发明第二示范例的驱动钳位电路的示意图；

图39C示意性示出本发明第三示范例的驱动钳位电路的示意图；

图40示意性示出本发明第二十八实施例中的功率模块的截面图；

图41示意性示出本发明第二十九实施例中的功率模块的截面图；

图42示意性示出本发明第三十实施例中的功率模块的截面图；

图43示意性示出本发明第三十一实施例中的功率模块的截面图；以及

图44示意性示出本发明第三十二实施例中的功率模块的截面图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上为当作说明之用，而非用于限制本发明。例如，若是本揭露以下的内容叙述了将一第一特征设置于一第二特征的上或上方，即表示其包含了所设置的上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，也包含了尚可将附加的特征设置于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与上述第二特征可能未直接接触的实施例。另外，本揭露中不同实施例可能使用重复的参考符号及/或标记。这些重复系为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例及/或所述外观结构之间的关系。再者，为了方便描述图式中一组件或特征部件与另一(多个)组件或(多个)特征部件的关系，可使用空间相关用语，例如“在...之下”、“下方”、“较下部”、“上方”、“较上部”及类似的用语等。除了图式所绘示的方位之外，空间相关用语用以涵盖使用或操作中的装置的不同方位。所述装置也可被另外定位(例如，旋转90度或者位于其他方位)，并对应地解读所使用的空间相关用语的描述。此外，当将一组件称为“连接到”或“耦合到”另一组件时，其可直接连接至或耦合至另一组件，或者可存在介入组件。尽管本揭露的广义范围的数值范围及参数为近似值，但尽可能精确地在具体实例中陈述数值。另外，可理解的是，虽然「第一」、「第二」、「第三」等用词可被用于权利要求中以描述不同的组件，但这些组件并不应被这些用语所限制，在实施例中相应描述的这些组件是以不同的组件符号来表示。这些用语是为了分别不同组件。例如：第一组件可被称为第二组件，相似地，第二组件也可被称为第一组件而不会脱离实施例的范围。如此所使用的用语「及/或」包含了一或多个相关列出的项目的任何或全部组合。除在操作/工作实例中以外，或除非明确规定，否则本文中所揭露的所有数值范围、量、值及百分比(例如角度、时间持续、温度、操作条件、量比及其类似者的那些百分比等)应被理解为在所有实施例中由用语”大约”或”实质上”来修饰。相应地，除非相反地指示，否则本揭露及随附权利要求中陈述的数值参数为可视需要变化的近似值。例如，每一数值参数应至少根据所述的有效数字的数字且借由应用普通舍入原则来解释。范围可在本文中表达为从一个端点到另一端点或在两个端点之间。本文中所揭露的所有范围包括端点，除非另有规定。

为实现功率器件或系统的低寄生电感以及良好散热，本案提供一载板及其适用的功率模块。图1A示意性示出本发明较佳实施例的载板的截面图。图1B示意性示出本发明第一较佳实施例中的功率模块的截面图。于本实例中，功率模块1的载板410包括本体101、至少两个金属层布层(例如第一布线层431与第二布线层432)以及至少一金属块(例如第一金属块421、第二金属块422与第三金属块423)。本体101具有至少两个出端、上表面102以及下表面103。其中至少两个出端，例如是选自正极出端TP、负极出端TN与输出出端TO中的至少两者，均位于上表面102。第一布线层431与第二布线层432均设置于本体101，且形成至少两部分金属走线，分别连接至正极出端TP、负极出端TN与输出出端TO中的两者。于本实施例中，第一金属块421、第二金属块422与第三金属块423中的任一者，嵌埋于本体101，于空间上相对且连接至三个出端TP、TO、TN中的一者。于其他实施例中，第一金属块421、第二金属块422与第三金属块423中可省略两者，而仅存在一金属块嵌埋于本体101。另外，载板410适用的功率模块1则可于载板410的上表面102上置第一开关451与第二开关452。第一开关451与第二开关452通过正极出端TP、负极出端TN与输出出端TO串联连接形成一桥臂。

图2A示意性示出本发明实施例中的半桥功率模块的电路图。图2B示意性示出本发明实施例中功率模块相应的电路图。参考图1A至图2B。于本实施例中，第一开关451与第二开关452通过正极出端TP、负极出端TN与输出出端TO串联连接形成的桥臂可例如图2A所示。在相关技术中，如图2A的半桥功率模块的电路图中，半桥开关桥臂包含第一开关451和第二开关452，第一开关451和第二开关452串联于正极出端TP与负极出端TN之间，且输出出端TO电连接于第一开关451和第二开关452的共同连接点。换言之，P极与第一开关451即开关S1的一极连接，N极与第二开关452即开关S2的一极连接，第一开关451和第二开关452相互连接并引出O极。

另外，于本实施例中，功率模块1例如是嵌入式功率模块，功率模块1更包括一钳位组件440，例如是一电容。如图2B所示的是一种带钳位电容的功率模块的等效电路图。如果在功率模块1内设置钳位电容，第一开关451和第二开关452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。在功率模块1内没有设置钳位电容时，回路寄生电感值为Lout+Lin。在功率模块1内置钳位电容Cin后，回路寄生电感值变为Lin，电感值减小，所以回路中增加钳位电容Cin能很好地降低寄生电感。

图3为带另一种钳位电路的功率模块的电路图，图中两个稳压二极管Z1和Z2分别和第一开关S1和第二开关S2并联后再串联起来。两个稳压二极管串联形成的钳位电路可以起到分压作用。

图4示意性示出本发明第二较佳实施例中的功率模块的俯视图。图5示意性示出图4中的功率模块在A-A位置的截面图。图6示意性示出图4中的功率模块在C-C位置的截面图。图7示意性示出图4中的功率模块在B-B位置的截面图。图8示意性示出图6中的功率模块在D-D方向的一种局部截面图。图9示意性示出图6中的功率模块在D-D方向的另一种局部截面图。于本实施例中，功率模块1a与图2所示的功率模块1相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1a包括一载板410，第一开关451、第二开关452以及钳位组件440。载板410为如图5所示粗体虚线框所示。第一开关451与第二开关452对应图2B中第一开关S1与第二开关S2，可例如是但不限于是MOSFET、IGBT、BJT或其他类型的开关，本发明并不以此为限。载板410包含一第一金属块421、一第二金属块422、一第三金属块423、一第一布线层431以及一第二布线层432。第二金属块422位于第一金属块421和第三金属块423之间，载板410的本体101具有一上表面102及一下表面103。钳位组件440设置于载板410的上表面102，第一布线层431及第二布线层432位于第一金属块421、第二金属块422与第三金属块423的同一侧，即位于至少一金属块面向上表面102的一侧。于本实施例中，第一布线层431及第二布线层432位于钳位组件440和第二金属块422之间。第一开关451和第二开关452设置于载板410的上表面102，第一开关451和第二开关452通过第一布线层431和第二布线层432和钳位组件440连接。第一开关451具有一第一端T1和一第二端T2。第二开关452具有一第一端T1’和一第二端T2’。若以MOSFET为例，第一端T1、T1’代表漏极，第二端T2、T2’代表源极，第三端(图中未示出)代表门极。于其他实施例中，第一开关451与第二开关452也可例如是两端器件的二极管(Diode)，本案并不以此为限。于本实施例中，第一开关451的第一端T1连接至第一金属块421，第一开关451的第二端T2通过第二布线层432连接至第二金属块422，第二开关452的第一端T1’通过第二布线层432连接至第二金属块422，第二开关452的第二端T2’连接至第三金属块423；第一开关451的下表面103的正投影与第一金属块421或第二金属块422在载板410的下表面103的正投影部分重合，第二开关452与第二金属块422或第三金属块423在载板410的下表面103的正投影部分重合。

于本实施例中，图6及图7分别标示了功率模块1a形成的钳位电路电流回路以及主功率电流回路。参考图5及图6，钳位电路回路电流流经了第一金属块421、第一开关451，第二金属块422、第二开关452、第三金属块423、钳位组件440以及第一布线层431。从图中可以看到，在第一布线层431中流动的高频电流与在第一开关451、第二开关452以及第二金属块422中流动的高频电流方向相反，大小相等。并且该高频回路的面积受到第一布线层431与两个开关的第一端T1、T1’或者第二端T2、T2’之间的距离，以及该第一布线层431与第二金属块422之间的距离的影响。在所采用的印刷电路板工艺之下，这些距离大概在100um左右。因此，大大减小了该截面高频回路的面积。因此，采用了本实施例所示的结构，在截面方向上，高频回路的面积较小，所以相应的回路寄生电感非常小，在频率大于1MHz的情况下小于或等于1.4nH。

另外，参考图5及图7。于本实施例中，主功率回路的电流由第一金属块421流入第一开关451的第一端T1，再由第一开关451的第二端T2流入第二金属块422，再由第二金属块422流入第二开关452的第一端T1’，最后由第二开关452的第二端T2’流入第三金属块423。在本发明实施例中，该主功率回路的电流穿过第一布线层431，其流过第一布线层431水平方向的电流可以忽略，因此主功率回路的电流和钳位电路回路的电流在路径上至少部分解耦，相互影响较小。因为钳位电路回路和主功率回路的分离，主功率回路的电流并不需要在第一布线层431上进行传输，因此，第一布线层431较薄，其厚度通常低于70um。较薄的布线层不仅可以降低制造成本、降低载板410厚度，也可以进一步改善层间绝缘材料的填充性，提高产品的可靠性。另外，在这样的结构下，主功率回路电流的路径很顺畅，这也大大减小了电流路径的长度，从而减小了电流路径的阻抗，进而减小了电流路径上的损耗。

于本实施例中，图6标示的钳位电路电流回路的截面以及图7标示的主功率回路的截面，两个截面在垂直于纸面方向上交错设置，交错次数可以是一次也可是多次，且两个截面出现的次数也不必相等。即位于第一开关451和钳位组件440之间的第一布线层431分别用于构建一高频回路和主功率回路。同理，位于第二开关452和钳位组件440之间的第一布线层431也分别用于构建一高频回路和主功率回路。此外，需要特别说明的是，第一开关451和第二开关452背向载板410一侧的金属连接件在垂直纸面方向上可以小于或超出芯片的范围，即截面图上第一开关451和第二开关452的芯片和背向载板410一侧的连接金属不必同时出现，后文不再赘述。图8、图9为图6在D-D方向的两种不同设计的局部截面图。于图8中，连接第一开关451第二端T2及连接第二金属块422的第一布线层431区域为一个整体，连接第二开关452第一端T1’及连接第二金属块422的第一布线层431区域为一个整体。另外，于图9中，连接第一开关451第二端T2与连接第二金属块422的第一布线层431区域及连接第二开关452第一端T1’与连接第二金属块422的第一布线层431区域为在第一布线层431中挖孔并布线实现。

于本实施例中，第一开关451和第二开关452被分别设置在相隔离的第一金属块421和第三金属块423上，可以有效改善第一开关451和第二开关452之间的热交互影响，从而改善第一开关451和第二开关452的散热。另外，与第一开关451和第二开关452在载板410下表面103的正投影部分重合的大面积金属除了通流还可以起到热扩散的作用，能很好降低第一开关451和第二开关452至载板410下表面103的传导热阻。当金属块采用铜时，由于铜的体积比热容较大，因此可以提高第一开关451和第二开关452芯片抗瞬时大电流的能力。

此外，由于该功率模块1a的载板410包含第一布线层431及第二布线层432，因此当载板410上进一步搭载对回路要求较高的驱动钳位电路时，可以通过驱动钳位回路在第一布线层431及第二布线层432重合设置，并使该回路的电流方向在第一布线层431及第二布线层432内相反，以有效降低回路电感。举例来说，驱动钳位回路可以是图39A、图39B、图39C中虚线框中的电路。以图39A为例，开关S1为前面所述模块中的第一开关S1，虚线框中的器件S3连接开关S1的门极和源极，器件S3是开关S1驱动电路的一部分。更具体的来说，器件S3可以用于钳位开关S1的门极和源极之间的电压。图39B与图39A不同的地方在于，该驱动钳位电路发生了变化，它由一个电阻R，一个双极性晶体管S4以及一个二极管D1组成。而图39C则提供了另外一种变形，即该驱动钳位电路可以为连接开关S1的门极和源极的电容C。功率模块1a的载板410上任意一个开关的驱动电路或者驱动钳位电路可以通过位于金属块同一侧的至少两个金属布线层进行连接。该回路的走线位于第一布线层431及第二布线层432上，它们在载板410下表面103的投影几乎重合，这样可以大大减小该回路的寄生电感，从而取得很好的钳位效果。

于本实施例中，在第一金属块421和第三金属块423的外围更可以设置多层布线区域710，以进一步集成更多的功能，如驱动电路和控制电路等。通常，多层布线区域710可以为一预制的多层印刷电路板，并在其印刷电路板的开窗内设置预制的金属导体，随后通过印刷电路板层压工艺形成载板。因此，该技术方案不仅仅适用于集成功率器件，更可以进行系统级的集成。且本发明的载板410，采用了印刷电路板制作工艺，适合大批量制造，具备交期快，成本低等优势。且载板410上的器件可以采用分立式器件，这些器件很容易被规模化制造，且可以被单独测试，由此进一步提高了产品的可制造性与成本。

于本实施例中，第一开关451与第二开关452可例如是封装好的器件。图10A及图10B分别示意性示出本发明开关的截面图。于本实施例中，例如第一开关451与第二开关452的开关通过封装将三个电极引出，封装后的开关可以通过金属连接件501将三个电极引出至同一平面或不同平面。优选的，开关的金属连接件501在封装表面完全露出，当然，开关无需引出电极的一侧也可以被绝缘材料包覆。图10A所示的为分立功率器件的一种封装形式，开关S0以MOSFET为例，其第一端T1为漏极(drain)，第二端T2为源极(source)，第三端T3为门极(gate)。对于垂直型器件而言，其中第二端T2和第三端T3通常被设置在裸芯片的一个面，第一端T1被设置在相对的另一面。其中图10A和图10B中开关的电极引出面均为下表面，其中图10A中开关S0的第一端T1设置在下表面的金属连接件501上。第二端T2通过焊料、烧结材料、导电浆料等与上表面的金属连接件501相连，并通过该上表面的金属连接件501引至下表面金属连接件501，实现电极引出。第三端T3可以通过开关S0的上表面的金属件501引至与第一端T1相连的金属连接件501所在的同一平面。实现电极引出。于另一实施例中，也可以通过键合引线等方式引出。其中图10B中开关S0’的第二端T2’和第三端T3’设置在下表面的金属连接件501上，第一端T1’通过焊料、烧结材料、导电浆料等与上表面的金属连接件501相连，并通过该上表面的金属501引至下表面金属连接件501，实现电极引出。实际上，并不局限于此。于其他实施例中，可以采用如DirectFET，CanPAK，嵌入式封装，PowerPAK，SOT263等SOT系列的形式来进行封装。为了进一步提高器件的开关特性，其控制电极可以采用Kelvin接法，且并不局限于此。更进一步的，同一个封装内可以包含两个或者更多个并联的开关。

另一方面，于本实施例中，第一金属块421、第二金属块422和第三金属块423的厚度可以均大于等于0.3mm。于其他实施例中，第一金属块421、第二金属块422和第三金属块423的厚度也可以均小于0.3mm。于本实施例中，第一布线层431与第二布线层432所形成至少两部分金属走线的厚度小于第一金属块421、第二金属块422和第三金属块423中至少一者的厚度，当第一金属块421、第二金属块422和第三金属块423的厚度可以均大于等于0.3mm时，金属块除了提供良好的导电、导热作用外，还提供了良好的结构支撑。相对传统的采用多层印刷电路板处理高频回路、外接汇流条处理功率回路的方法而言，本发明利用金属块可以节省很多安装、连接部件，同时也避免了器件垂直通路上有多个绝缘介质的可能，进一步提高了功率器件的散热性能。

图11为本发明第三较佳实施例中的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1b与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1b还包含一第一散热器1002和一第一导热绝缘材料1001。第一散热器1002和第一导热绝缘材料1001设置于载板410的下表面103。第一金属块421、第二金属块422和第三金属块423通过第一导热绝缘材料1001与第一散热器1002连接。如图11所示，第一金属块421、第二金属块422、第三金属块423通过第一导热绝缘材料1001与第一散热器1002连接进行散热。于本实施例中，第一散热器1002例如是翅片散热器，但并不局限于此。于其他实施例中，第一散热器1002也可以是散热柱型散热器或水冷散热器等。于本实施例中，第一开关451与第二开关452产生的热量包含两个方向的散热通道。以位于第一开关451为例，它的散热通道包含了从开关通过第一金属块421的第一通道和从开关通过与第一开关451的第二端T2连接的金属连接件501到第二金属块422的第二通道。通常第一开关451的第二端T2连接的金属连接件501由于传热路径上的截面尺寸较小的原因，它的热阻大于第一金属块421或第二金属块422的热阻。因此，第一通道的热阻小于第二通道，通常第一通道的热阻为第二通道热阻的一半左右，甚至更小。因此，第一通道为主要的散热通道。同理，第二开关452的主要散热通道是通过第三金属块423的通道。

值得注意的是，于本实施例中，第一金属块421、第三金属块423位于主要散热通道上，它们不但起着电路中为电流提供通路的作用，而且是该功率模块1b结构中主要的散热通道。举例说来，为了取得较好的散热效果，与第一开关451或第二开关452在载板410下表面103正投影有重合的金属块宽度相对较宽。于本实施例中，第一金属块421、第二金属块422、第三金属块423的宽度可以不同，以使主要散热通道上的热阻进一步降低。比如第一金属块421、第三金属块423的宽度相同，并且比第二金属块422宽。然而本发明并不局限于此。于一实施例中，第一金属块421、第二金属块422、第三金属块423的宽度也可以相同。于其他实施例中，第一金属块421、第二金属块422、第三金属块423的宽度完全不同。

需要特别说明的，功率模块1b的载板410的下表面103更可设置一导热绝缘层，起到导热绝缘的功能。当然，本案并不以此为限。

图12为本发明第四实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1c与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1c还包含一第二散热器1004和一第二导热绝缘材料1003。第二散热器1004和第二导热绝缘材料1003设置于第一开关451和第二开关452的上方，第一开关451和第二开关452通过第二导热绝缘材料1003与第二散热器1004连接。于本实施例中，在例如第一开关451上方的金属连接件501上也使用了高导热绝缘材料与散热器连接，这样可以实现双面散热。于图11的功率模块1b和图12的功率模块1c中，各导热绝缘材料可以是有机材料，如高导热绝缘膜，也可以是陶瓷材料。此外，该导热绝缘材料并不限于单层材料，也可以是复合层材料，如陶瓷一侧/两侧复合有机层等，或者高绝缘有机膜一侧/两侧复合高导热层等。

图13为本发明第五较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1d与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1d还包含一第一导热绝缘材料1001。于本实施例中，第一导热绝缘材料1001设置于第一金属块421、第二金属块422、第三金属块423下方。通过预制第一导热绝缘材料1001，使功率模块1d更方便使用。

图14为本发明第六较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1e与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，第一金属块421、第二金属块422、第三金属块423为薄金属层形成，厚度小于0.3mm，载板410可通过印刷电路板工艺的制作，降低成本。

另外，为了提高开关向下的散热能力，于本实施例中，功率模块1e还可以包括一第四金属块424、一第五金属块425以及一第六金属块426，设置于载板410的下表面103。于本实施例中，在第一金属块421、第二金属块422、第三金属块423下方再分别连接较厚的第四金属块424、第五金属块425、第六金属块426，厚度均大于等于0.3mm，连接方式可以为焊接，也可以为烧结。当然，本案并不受限于此。

图15为本发明第七较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1f与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1f的第一开关451和第二开关452与钳位组件440位于载板410两侧，其中钳位组件440在载板410的下表面103的正投影位于第一开关451和第二开关452在载板410的下表面103的正投影之间。在钳位组件440与第二金属块422间存在一第三布线层433，钳位组件440一端通过第三布线层433与第一金属块421连接，钳位组件440另一端通过第三布线层433与第三金属块423连接。于本实施例中，第一金属块421与第三金属块423下方分別连接厚的第四金属块424与第六金属块426，第四金属块424与第六金属块426厚度大于等于0.3mm，连接方式可以为焊接或烧结，以提高第一开关451和第二开关452向下的散热能力。

图16为本发明第八较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1g与图15所示的功率模块1f相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图15的功率模块1f，于本实施例中，功率模块1g更包括一第七金属块427，设置在载板410的上表面102上，用于通过大功率电流。

图17为本发明第九较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1h与图11所示的功率模块1b相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，载板410还包括一第四布线层1301，第四布线层1301设置于第二金属块422下方，第四布线层1301的至少一部分与第一金属块421或第三金属块423等电位。于本实施例中，功率模块1h的第二金属块422的下方设置一第四布线层1301，第四布线层1301与第三金属块423连接，第二金属块422与第四布线层1301之间为绝缘材料，用于第二金属块422与第四布线层1301的绝缘。于本实施例中，第一开关451与第二开关452主要的散热通道为通过第一金属块421、第三金属块423向第一散热器1002散热。因此，在第二金属块422下方设置绝缘材料和第四布线层1301对功率模块1h的散热效能不会产生较大影响。

另一方面，需说明的是，于本实施例中，O极(参考图2B)与散热器之间存在寄生电容，散热器与控制电路之间同样存在寄生电容，控制电路与N极之间存在低阻抗连接，由此便构成了从O极到散热器、从散热器到控制电路、从控制电路到N极、再从N极到O极的电回路。O极与N极之间的电压发生跳变时，上述回路便产生共模电流，该电流会在控制电路中产生压降，该压降迭加到控制信号或者采样信号上便起了干扰作用。在O极与散热器之间设置N极，等效于在上述回路中，在O极和N极之间并联一个低阻抗支路，让大部分共模电流分流到该支路上，从而极大减小共模电流在控制回路上产生的压降，有效地避免了控制信号和采样信号受到干扰。

应注意的是，于本实施例中，第一金属块421与第三金属块423都是静地点，即第一金属块421与第三金属块423上的电位无高频电压跳变。例如，第一金属块421与第三金属块423上的电位变化的频率远低于功率模块1h中第一开关451与第二开关452的频率，例如是开关频率的1/10以下。换言之，第一金属块421与第三金属块423的电位相对于稳定的情况下，第二金属422下方设置的第四布线层1301，更可以和第一金属块421同电位，也可以一部分和第一金属块421同电位，另一部分和第三金属块423同电位。

图18为本发明第十较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1i与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，第一金属块421、第二金属块422和第三金属块423的底面高度不相同。第二金属块422的底面到载板410下表面103的距离大于第一金属块421、第三金属块423的底面到载板410下表面103的距离，从而增加第二金属块422与散热器之间的间隙，降低了第二金属块422的对底面的寄生电容，由此降低对散热器的共模电流。于本实施例中，功率模块1i的结构可以通过不同厚度的预制金属块实现，当然不仅限于此。第二金属块422本身并不产生太多的热，所以不影响功率模块1i的散热能力。

图19为本发明第十一较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1j与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1j的第一开关451与第二开关452的裸芯片都设置于第二金属块422上方。第一开关451第一端T1朝上放置，第一端T1连接至第一金属块421，第二端T2连接至第二金属块422。第二开关452第一端T1’朝下放置，第一端T1’连接至第二金属块422，第二端T2’连接至第三金属块423。

第二金属块422的电位存在一定的电压跳变，例如，第二金属块422上的电位变化的频率是第一开关451与第二开关452频率的1/10以上，而第一开关451的第一端T1与第二开关452的第二端T2’为稳定电压节点，即为静地点。而第一开关451的第一端T1与第二开关452的第二端T2’构成第二金属块422与上方放置的驱动电路或控制电路之间的电磁屏蔽层，由此能极大抑制第二金属块422的跳变电压对上方驱动电路或控制电路信号的电磁干扰。

图20为本发明第十二较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1k与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1k的第一开关451和第二开关452为垂直型器件，其中，第一开关451和第二开关452均为第一端T1、T1’朝下设置在载板410的上表面102上。

图21为本发明第十三较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1m与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1m的第一开关451和第二开关452为垂直型器件，第一开关451的第一端T1向上放置，第二开关452的第一端T1’向上放置。于其他实施例中，第一开关451和第二开关452也可以为平面型器件。

图22为本发明第十四实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1n与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1n的第一开关451’和第二开关452’为平面型器件，如GaN HEMT，平面型MOSFET等，第一开关451’和第二开关452’的裸芯片均存在第一端、第二端、第三端(未图示)，且在裸芯片的一平面，该平面定义为裸芯片的功能面T0、T0’。于本实施例中，第一开关451’和第二开关452’的裸芯的功能面T0、T0’为下表面。第一开关451’和第二开关452’为封装好的单元，通过下表面的金属连接件将电极引出。于其他实施例中，第一开关451’和第二开关452’的上表面可包含一金属连接件，该金属连接件在封装表面完全露出。于本实施例中，第一开关451’和第二开关452’的裸芯片的功能面T0、T0’均朝下设置于载板410的上表面102上。

图23为本发明第十五较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1o与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1o第一开关451’与第二开关452’为平面型器件。于本实施例中，第一开关451’和第二开关452’的裸芯片的功能面T0、T0’均正面朝上设置于载板410上。

图24为本发明第十六较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1p与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1p的第一开关451’和第二开关452’为平面型器件，如GaN HEMT，且可是倒装芯片，也可以不采用倒装芯片的形式，而是由芯片通过二次封装成为一个经过封装的器件，倒装设置到载板410上。第一开关451’和第二开关452’的裸芯片区域与第一金属块421和第二金属块422在载板410下表面103的正投影均有重合，且重合的比例相对接近。此时第一金属块421、第二金属块422、第三金属块423均同时起到导电及散热的作用。需要说明的是，图中只表达了第一开关451’和第二开关452’的主功率电极。

于本实施例中，功率模块1p的载板410更可以包含一第一连接部4211，第一金属块421通过第一连接部4211与第一布线层431连接，第一连接部4211与第一布线层431在同一层内。较佳的，第一连接部4211与第一布线层431位于同样的水平高度。

图25为本发明第十七较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1q与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1q的载板410还可以包含一第二连接部4212，第一金属块421通过第二连接部4212与第一布线层431连接，第二连接部4212包括一水平部4213和一弯折部4214，水平部4213与第二布线层432在同一层内，弯折部4214连接水平部4123与第一布线层432。

图26为本发明第十八较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1r与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1r的钳位组件440位于第二开关452的右侧。当然，于其他实施例中，钳位组件440也可以位于第一开关451的左侧。于本实施例中，钳位组件440可例如是一电容。于其他实施例中，钳位组件440也可以例如是图3所示的钳位电路，或其他具有钳位功能的电子器件或者电子线路。

于本实施例中，第一开关451和第二开关452可以对应图2B中所示的串联连接的开关S1和开关S2。钳位组件440对应图2B中所示电容Cin。其中电容Cin与开关S1、开关S2串联连接的支路并联，对开关S1、开关S2两端的电压进行钳位。于本实施例中，载板410可以为印刷电路板，其内设置有第一金属块421，第二金属块422，第三金属块423。对应于图2B，该第一金属块421连接P极，第二金属块422连接O极，第三金属块423连接N极，第二金属块422位于第一金属块421与第三金属块423之间。第一金属块421、第二金属块422和第三金属块423可以为预制金属块，包括预成型的厚金属材料。

图27为本发明第十九较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块10a与图4所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块10a包括四对第一开关451和第二开关452的半桥，四组半桥并联构成功率模块10a。于本实施例中，每对第一开关451和第二开关452之间设置有钳位组件440，钳位组件440对应的电极焊盘可以通过与图4功率模块1a所示相同的结构引出。于其他实施例中，钳位组件440对应的电极焊盘也可以通过相邻的第一开关452和第二开关452之间表层铜引出。一对第一开关451和第二开关452可以对应一颗或多颗钳位电容，具体数量可以根据需要调整。第一开关451和第二开关452之间的区域更可以设置驱动钳位电路元件441。在开关的外围设置有驱动控制区域2301，驱动控制区域2301可以用来汇线连接，以及设置驱动、控制所需的元件。需要特别说明的，图27中的表层布线只为示意之用，本案并不以此为限。

图28为本发明第二十较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块10b与图27所示的功率模块10a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，半桥功率模块10b的电极引出具有另一种布局，P极和N极也可以分别通过将第一金属块421和第三金属块423(参见图1A)向外扩展直接扇出，以适应不同系统引脚需求，并调整各电极之间的爬电距离。

于本实施例中，功率模块10b更例如包含一塑封材料(未图示)，塑封材料分别包覆第一开关451和第二开关452。为了减少开关裸露电极之间的水平电气间隙，可以采用塑封(molding)，灌封(potting)，喷涂(spray coating)，底部填充(underfilling)等方法进行塑封包覆，使得空气绝缘变成固体绝缘，以此大幅减少电气间隙，并缩小所需载板410尺寸。

于本实施例中，为了使得绝缘材料容易被施加到功率器件10b上，如MOSFET的端子如漏极和源极之间，在进行裸芯片的封装时，在引出电极的平面上，端子之间可以设置空气区域。即第一开关451的第一端T1和第二端T2之间设置有未填充塑封材料的空气区域，第二开关452的第一端T1’和第二端T2’之间设置有未填充塑封材料的空气区域。即第一开关451与第二开关452可例如为图29所示的功率器件1201。其中功率器件1201的第一侧的两个电极分别通过端子1202和端子1203引出，功率器件1201第二侧和端子1203通过连接桥1204连接。端子1202和端子1203之间设置的空气区域1206未被塑封材料1205填充。空气区域1206的设置，有利于后续添加的绝缘材料向两个高压端子之间的填充。于其他实施例中，在载板410的两个端子之间也可设置一凹槽或者开孔区域，以有助于绝缘材料填充过程的进行。更进一步的，可以直接在载板410上搭载功率器件的裸芯片，裸芯片与载板410相邻的一侧通过焊接、烧结等方式和载板410表层焊盘实现电连接，与载板410相离的一侧，通过金属桥、键合引线等方式和载板410电连接，随后对整体采用塑封等绝缘保护方式进行保护。直接搭载裸芯片相对于采用分立器件而言，可以更进一步的减少由于分立器件封装带来的额外的连接阻抗。当然，本案并不以此为限。

于本实施例中，功率模块10b中的每对第一开关451和第二开关452串联连接，它们可以组成了如图4功率模块1a所示的半桥结构的电路。当然，于其他实施例中，第一开关451和第二开关452串联连接也可以作为电路的一部分应用于一个全桥结构，组成如图30所示本发明第二十一较佳实施例的的全桥功率模块10c，甚至于各种更复杂的电路结构中，例如TNPC，DNPC，ANPC等各种中点钳位电路(NPC,neutral point clamping)中。只要电路中有第一开关451和第二开关452串联连接的结构，前述实施例中的功率模块10b都可以适用并且不受限制。

图31为本发明第二十二较佳实施例的功率模块示意图。如图31所示，功率模块10d可以为表面贴装(SMT)结构，端子2101位于功率模块10d的上表面并与第一金属块421，第二金属块422，第三金属块423(参考图1A)及驱动板上的电极进行连接，这样可以实现更灵活的端子位置的设计。

图32为本发明第二十三较佳实施例的功率模块示意图。如图32所示，功率模块10e的端子2201为压力配合式(Press-fit)结构，更便于安装及提供更好的端子连接可靠性。

于其他实施例中，功率模块10e还可以包括一驱动电路，驱动电路用于驱动第一开关451和第二开关452。

图33为本发明第二十四较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块10f与图27所示的功率模块10a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块10f具有驱动/控制区域2301，在该驱动/控制区域2301可以集成驱动芯片，控制芯片，保护电路，电阻，电容等元件，可实现驱动信号输出、米勒钳位、保护信号的采集和处理、与上级控制进行通讯等功能。

另外，根据前述功率模块1a的结构概念，本发明另提供一种功率模块的制作方法。如图34A至34E所示，本发明的功率模块的制作方法，包括：第一步，先预制第一金属块421、第二金属块422、第三金属块423，如图34A所示。第二步，将预制好的第一金属块421、第二金属块422、第三金属块423及芯板100部分通过绝缘材料压合成一个整体的载板，第二金属422块位于第一金属块421与第三金属块423的间，如图34B所示。第三步，在载板上进行布线处理，形成如图35所示的结构时可以通过PCB工艺中的钻孔、沉铜、电镀、蚀刻…等实现，形成第一布线层431和第二布线层432，如图34C所示。第四步，将一第一开关451和一第二开关452和一钳位组件440连接至载板410上，其中第一开关451和第二开关452通过第一布线层431和第二布线层432和钳位组件440连接，第一开关451和第二开关452均具有一第一端T1、T1’和一第二端T2、T2’，第一开关451的第一端T1连接至第一金属块421，第一开关451的第二T2端通过第二布线层432连接至第二金属块422，第二开关452的第一端T1’通过第二布线层432连接至第二金属块422，第二开关452的第二端T2’连接至第三金属块423，如图34D所示。第五步，通过灌封或者注塑绝缘材料填104充第一开关451和第二开关452与载板410中的缝隙，进行电气绝缘及环境保护，如图34E所示。

需要说明的，以上过程中芯板100并非必须项，第五步非必须步骤。

需要说明的是，于其他实施例中，也可以将第一金属块、421第二金属块422、第三金属块423先通过塑封、灌封等方式形成组件后再通过绝缘材料压合成一个整体的载板410。

需要说明的是，形成布线层间绝缘材料的工艺，可以采用PCB层压工艺，也可以通过如化学气相沉积、喷涂等方式实现，以满足不同的耐压及厚度要求。当然，也可以采用一种或多种加工方法形成复合层绝缘材料。图36为本发明第二十五较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1s与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，于功率模块1s的载板410中，第一金属块421与第三金属块423的一部分延伸至O极下方，第一金属块421与第三金属块423可以预制成需要的形状。O极的金属导电层通过PCB工艺实现。由于第一金属块421与第三金属块423的铜宽度方向更大，能进一步增加散热能力，同时延伸在O极下方，很好的实现了EMI的屏蔽。于本实施例中，由于第一金属块421与第三金属块423需要同时起到散热和导电的作用，而第二金属块422仅起到导电作用。因此，第一金属块421与第三金属块423可以用预置成型的金属块实现，而第二金属块422可以用如PCB常规厚铜工艺形成，如层压预置铜箔、电镀铜、基于薄铜的电镀加厚等方式。第二金属块422还可以是用PCB工艺形成的厚度与第一布线层431或第二布线层432厚度相同的金属导体。

图37为本发明第二十六较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1t与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，于功率模块1t的载板410中，因为第一开关451、第二开关452中的裸芯片位于第二金属块422上方，所以第二金属块422为主要散热通道，因此载板410内的第二金属块422为预制金属块，P极和N极可以用如PCB常规厚铜工艺形成，如层压预置铜箔、电镀铜、基于薄铜的电镀加厚等方式。当然，第一金属块421与第三金属块422还可以是用PCB工艺形成的厚度与第一布线层431或第二布线层432厚度相同的金属导体。

图38为本发明第二十七较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1u与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，于功率模块1u的载板410中，在钳位组件440下方的第一布线层431与第二布线层432在载板410上的正投影至少部分重合，且钳位回路在第一布线层431与第二布线层432重合部分的电流方向相反，可以进一步减小高频回路电感。

另外，参考图29，本发明实施例提供的功率模块的制作方法还包括：在第一开关451和第二开关452上包覆塑封材料1205，其中，第一开关451的第一端T1和第二端T2之间设置有未填充塑封材料的空气区域1206。

图40为本发明第二十八较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1v与图5所示的功率模块1a相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1v包括载板410、第一开关451、第二开关452、至少一金属块421、422、423、钳位组件440以及金属导接件461。载板410包括一上表面102、一下表面103、一正极端连接至P极以及一负极端连接至N极。第一开关451以及第二开关452设置于上表面102上，且串联连接形成一桥臂，连接于正极端以及负极端之间。至少一金属块421、422、423设置于上表面102以及下表面103之间，且电连接至第一开关451及/或第二开关452。钳位组件440设置于上表面102，且通过载板410与桥臂并联。金属导接件461自第一开关451与第二开关452的共同连接点连接至一输出端如O极，其中金属导接件461位于远离第一开关451与第二开关452远离上表面102的一侧。其中第一开关451的第一端T1与第一金属块421连接，第一开关451的第二端T2通过第二布线层432上的一部分走线4321与第二开关452的第一端T1’连接，并连接至第二金属块422。由于与第一开关451的第二端T2及第二开关452的第一端T1’连接的第二布线层432上的走线4321面积很小，所以它与位于第一布线层431上极性为N极的走线4322之间形成的电容较小。由于该电容连接在第二开关452的第一端T1’与N极之间，它成为了第二开关452第一端T1’、第二端T2’之间的一部分输出电容。该电容对开关组件的开关损耗会产生较大的影响。当该输出电容较小时，开关的开关损耗也较小。正是因为走线4321与N极之间重合的面积较小，所以相应地其产生的电容也较小。于其他实施例中，与第一开关451的第二端T2及第二开关452的第一端T1’连接的第二布线层432上的走线4321也可以对应位于P极上方。第二开关452的第二端T2’与第三金属块423连接，第一开关451与第二开关452通过第一布线层431及第二布线层432与钳位组件440连接。钳位组件440可以位于第一开关451的左侧，也可以位于第二开关452的右侧，当然也可以同时分布在第一开关451的左侧及第二开关452的右侧。第一开关451与第二开关452为分立器件。金属导接件461可由一铜条或一铜块所构成。

图41为本发明第二十九实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1w与图40所示的功率模块1v相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，功率模块1w的第一开关451与第二开关452集成为一个开关组件450整体，第一开关451的第二端T2与第二开关452的第一端T1’通过开关组件450内的金属导接件461进行连接，所以不需要在载板410上走线4321对第一开关431的第二端T2和第二开关432的第一端T1’进行连接。相比图40中的走线4321，金属导接件461与走线4322之间的距离较远，因此，金属导接件461与走线4322之间的电容较小。从而，第一开关451和第二开关452的输出电容也较小，第一开关451和第二开关452的开关损耗相应减少。

图42为本发明第三十较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1x与图40所示的功率模块1v相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，第一开关451的第一端T1与第一金属块421连接，第一开关451的第二端T2通过金属导接件461与第二开关452的第一端T1’连接。第二开关452的第二端T2’与第三金属块423连接，第一开关451的第一端T1与第二开关452的第二端T2’与钳位组件440连接。钳位组件440位于第一开关451及第二开关452之间，金属导接件461则位于钳位组件440的上方，跨接第一开关451以及第二开关452。第一开关451与第二开关452为分立器件。于本实施例中，金属导接件461具有一槽口4610，钳位组件440容置于槽口4610内。不同于图40所示的功率模块1v，功率模块1x没有通过位于载板410布线层上的走线进行第一开关451与第二开关452的连接。于本实施例中，通过载板410外的金属导接件461将第一开关451与第二开关452的相应端点进行连接。对照图2B，于本实施例中，金属导接件461对应的极性为O极，它与位于钳位组件440下方的P极、N极之间的距离较远，这样，O极与P极或N极之间形成的电容较小。而O极与P极之间的电容组成了第一开关451的第一端T1与第二端T2之间的部分输出电容，O极与N极之间的电容组成了第二开关452的第一端T1’与第二端T2’之间的部分输出电容。当O极与P极之间的电容较小，且O极与N极之间的电容较小，则第一开关451及第二开关452的开关损耗也相应较小。

图43为本发明第三十一较佳实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1y与图42所示的功率模块1x相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，第一开关451与第二开关452为一个开关组件整体，第一开关451的第二端T2和第二开关452的第一端T1’通过开关组件内部的金属导接件461进行连接。金属导接件461的主要部分与连接至P极的第一金属块421以及连接至N极的第三金属块423纵向的距离较远，因此，O极与P极之间的电容较小，且O极与N极之间的电容较小。从而，第一开关451及第二开关452的开关损耗也相应较小。

图44为本发明第三十二实施例的功率模块示意图。于本实施例中，功率模块1z与图40所示的功率模块1v相似，且相同的标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。于本实施例中，第一开关元件451’与第二开关元件452’为平面型器件，功能面T0、T0’面向载板410的上表面102。第一开关元件451’的第一端与第一金属块421连接，第一开关451’的第二端与第八金属块428连接，第二开关452’的第一端与第九金属块429连接，第二开关452’的第二端与第三金属块423连接，第八金属块428与第九金属块429通过金属导接件461连接。第一开关451’的第一端与第二开关452’的第二端与钳位组件440连接。钳位组件440位于第一开关451’与第二开关452’之间。由于位于钳位组件440上方的O极的金属导接件461与位于钳位组件440下方连接至P极的第一金属块421之间的纵向距离较远、位于钳位组件440上方的O极的金属导接件461与位于钳位组件440下方连接至N极的第三金属块423之间的纵向距离较远，O极与P极之间形成的电容较小，且O极与N极之间形成的电容较小，对第一开关451’与第二开关452’的开关损耗较小。

综上所述，本发明的实施例提供一种载板及其适用的功率模块。通过优化各个构成组件布设实现降低寄生电感及EMI的目的，使其装配固定简单可靠，同时减小功率模块的体积以及功率模块的整体功率密度。载板利用两个金属布线层以及至少一金属块，串联两开关组成的桥臂，可减小高频回路的面积，并减小相应的回路寄生电感。另外，功率模块中两开关组成的桥臂与钳位组件通过两个金属布线层并联于载板上时，有助于降低功率模块中的钳位电感，载板内嵌设的至少一金属块更有助于提高功率模块的散热性能。至少两个金属布线层、至少一金属块与两个串联开关于载板表面上的投影部分重合，使功率模块中形成的两个高频回路彼此解耦，且降低两个高频回路中的寄生电感。其中一高频回路的电流流过载板表面的布线层；另一高频回路的电流穿过载板表面的布线层，其流过载板表面布线层水平方向的电流可以忽略。两个高频回路在电流的路径上至少部分解耦，相互影响小。再者，载板与两个串联开关组成的桥臂的连接工艺实现简单，成本低、可靠性高。两个串联开关组成的桥臂设置于内埋有金属块的载板上，更可配合两个散热器实现双面散热，降低热阻，进而达到降低成本、提升功率模块的可靠性以及散热能力的目的。载板表面的布线层可以较薄的厚度实现，结合载板预制内埋的金属块，可以降低制造成本，并进一步提高载板的可靠性。当功率模块的两开关与钳位组件直接设置于载板上时，可简化装配结构，具有降低成本、简化工艺、提高产品良率及产品可靠性等优点。另一方面，通过将金属导接件设置于开关与钳位组件面向载板的另一侧，避让开关与钳位组件通过载板连接至正极端与负极端的走线，使功率模块中开关形成的输出电容减小，且降低二高频回路中的寄生电感，实现优化的功率模块。再者，金属导接件串联开关所组成的桥臂可预制成一体化结构，再与载板连接的工艺实现简单，成本低、可靠性高。两个串联开关组成一桥臂设置于一载板上，通过一金属导接件串联两个开关组成一桥臂，桥臂通过载板与钳位组件并联，形成彼此解耦的二高频回路。两个高频回路在电流的路径上至少部分解耦，相互影响小，且可进一减小开关的输出电容。再者，载板表面的布线层可以较薄的厚度实现，配合金属导接件与两开关一体化的配装，可以降低制造成本。当功率模块的两开关与金属导接件直接设置于载板外部时，可简化装配结构，具有降低成本、简化工艺、提高产品良率及产品可靠性等优点。

本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护。

Claims (18)

1.一种功率模块，其特征在于，所述功率模块包括：

一载板，包括一上表面、一下表面、一正极端以及一负极端；

一第一开关以及一第二开关，设置于该上表面上，且串联连接形成一桥臂，连接于该正极端以及该负极端之间；

至少一金属块，设置于该上表面以及该下表面之间，且电连接至该第一开关及/或该第二开关；

一钳位组件，设置于该载板，且通过该载板与该桥臂并联；以及

一金属导接件，自该第一开关与该第二开关的共同连接点连接至一输出端，其中该金属导接件位于该第一开关与该第二开关远离该上表面的一侧。

2.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，其中该载板包括至少两金属布线层，邻设于该上表面，其中该桥臂通过该至少两金属布线层与该钳位组件电连接。

3.如权利要求2所述的功率模块，其特征在于，其中该至少两金属布线层包括一第一布线层以及一第二布线层，该第一布线层嵌埋于该载板，该第二布线层设置于该上表面上。

4.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，其中该至少一金属块电连接至该正极端、该负极端与该输出端中的一者。

5.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，其中该第一开关以及该第二开关均包括一第一端以及一第二端，该第一开关的该第二端电连接至该第二开关的该第一端。

6.如权利要求5所述的功率模块，其特征在于，其中该第一开关和该第二开关均为垂直型器件，该第一开关的该第一端面向该上表面，该第二开关的该第二端面向该上表面，该第一开关的该第二端通过该金属导接件电连接至该第二开关的该第一端，且该金属导接件电连接至该输出端。

7.如权利要求5所述的功率模块，其特征在于，其中该至少一金属块包括一第一金属块以及一第三金属块，该第一金属块与该第三金属块分别连接至该正极端及该负极端。

8.如权利要求7所述的功率模块，其特征在于，其中该第一金属块在该下表面上的正投影与该第一开关及/或该钳位组件在该下表面上的正投影至少部分重合，该第三金属块在该下表面上的正投影与该第二开关及/或该钳位组件在该下表面上的正投影至少部分重合。

9.如权利要求5所述的功率模块，其特征在于，其中该第一开关和该第二开关均为垂直型器件，该第一开关的第一端面向该上表面，该第二开关的该第二端面向该上表面，该第一开关的该第二端与该第二开关的该第一端通过该上表面上的一表层走线连接，该表层走线位于该第一开关与该第二开关之间，且通过该金属导接件电连接至该输出端。

10.如权利要求5所述的功率模块，其特征在于，其中该第一开关和该第二开关均为垂直型器件，该第一开关的该第二端面向该上表面，该第二开关的该第二端面向该上表面，该第一开关的该第二端通过该金属导接件电连接至该第二开关的该第一端，且该金属导接件电连接至该输出端。

11.如权利要求5所述的功率模块，其特征在于，其中该第一开关和该第二开关均为平面型器件，该第一开关的该第二端通过该金属导接件电连接至该第二开关的该第一端，且该金属导接件电连接至该输出端。

12.如权利要求5所述的功率模块，其特征在于，其中该钳位组件位于该第一开关与该第二开关之间，该第一开关的该第一端与该第二开关的该第二端分别通过该载板电连接至该钳位组件，且该金属导接件位于该第一开关、该第二开关与该钳位组件远离该上表面的一侧。

13.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，其中该第一开关或该第二开关通过该金属导接件与该至少一金属块电连接。

14.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，其中该至少一金属块在该下表面上的正投影与该第一开关或第二开关在该下表面上的正投影至少部分重合。

15.如权利要求1所述的功率模块更包括塑封材料，其特征在于，塑封该第一开关、该第二开关与该金属导接件，形成一整体结构。

16.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，其中该金属导接件由一铜条或一铜块所构成。

17.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，其中该金属导接件具有一槽口，该钳位组件容置于该槽口内。

18.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，更包括一控制电路，设置于该载板上，用于控制该第一开关和该第二开关。

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