CN113823625A - 功率模块及电机控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种功率模块及电机控制器，该功率模块包括：绝缘基板，绝缘基板具有相对设置的第一表面和第二表面，在绝缘基板的第一表面具有第一导电层；多个功率器件，的多个功率器件沿第一方向布置于绝缘基板的第一表面，且一部分的功率器件的输入电极与第一导电层连接，其余部分的功率器件的输出电极与第一导电层连接；导电片，导电片沿第一方向与对应的功率器件的输入电极或者输出电极连接；直流端，直流端与第一导电层连接，为功率器件输入直流电；交流端，交流端与第一导电层连接，经功率器件输出交流电。本发明提高了功率模块的各个功率器件的均流特性，增强了功率模块的可靠性。

Description

功率模块及电机控制器
技术领域
本发明涉及功率电子器件技术领域，特别涉及一种功率模块及电机控制器。
背景技术
在功率模块中，可能会存在多芯片并联形成一个桥臂开关，再跟另桥臂开关串联设置构成一个半桥/全桥功能的半导体器件的封装。由于多并联的功率器件在模块内部的位置布局不同，这会出现流经每个芯片的电流不均衡的问题，容易降低功率模块的可靠性。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种功率模块及电机控制器，旨在实现功率模块的各个功率器件的均流特性，增强功率模块的可靠性。
为实现上述目的，本发明提出一种功率模块，所述功率模块包括：
绝缘基板，所述绝缘基板具有相对设置的第一表面和第二表面，在所述绝缘基板的第一表面具有第一导电层；
多个功率器件，所述的多个功率器件沿第一方向布置于所述绝缘基板的第一表面，且一部分的功率器件的输入电极与所述第一导电层连接，其余部分的功率器件的输出电极与所述第一导电层连接；
导电片，所述导电片沿所述第一方向与对应的所述功率器件的输入电极或者输出电极连接；
直流端，所述直流端与所述第一导电层连接，为所述功率器件输入直流电；
交流端，所述交流端与所述第一导电层连接，经所述功率器件输出交流电。
可选地，所述第一导电层包括第一子导电层和第二子导电层，所述导电片包括第一导电片和第二导电片，所述的一部分的功率器件的输入电极与所述第一子导电层连接，所述的一部分的功率器件的输出电极与所述第一导电片连接；所述的其余部分的功率器件的输入电极与所述第二导电片连接，所述的其余部分的功率器件的输出电极与所述第二子导电层连接。
可选地，所述第一导电片与所述第二子导电层连接。
可选地，所述第一导电片与所述交流端连接。
可选地，所述第二子导电层与所述交流端连接。
可选地，所述第一导电层还包括第三子导电层，所述直流端与所述第三子导电层连接，所述直流端与所述第二导电片连接。
可选地，所述第一导电层还包括第三子导电层，所述直流端与所述第三子导电层连接，所述第三子导电层与所述第二导电片连接。
可选地，所述功率模块包括两个第一子导电层和一个第二子导电层，其中，沿所述绝缘基板的第二方向，所述第二子导电层位于所述的两个第一子导电层之间。
可选地，所述直流端包括直流正极端和直流负极端，所述直流正极端与所述第二子导电层连接，所述直流负极端与所述第一子导电层连接。
可选地，所述第二子导电层设有沿所述第一方向开设的凹槽。
可选地，所述第二子导电层具有与所述第一导电片连接的连接部，所述第一导电层与所述连接部连接。
本发明还提出一种电机控制器，该电机控制器包括如上所述的功率模块。
本发明通过设置第一导电片、导电层及第三子导电层来实现多个并联设置的第一功率器件分别与直流正极端子和交流输出端子之间的电性连接，以及通过设置第二导电片、第二导电层区及第三子导电层来实现多个并联设置的第二功率器件分别与交流输出端子和直流负极端子之间的电性连接。本发明通过设置功率器件的电性连接，可以均衡并联器件的寄生参数，尤其是寄生电感及回路电阻，提高了器件的均流特性，能够保护靠近直流输入端子的功率器件，降低器件因过载而损坏的风险，增强了功率模块的可靠性。本发明还可以解决靠近和远离直流输入端子的功率器件管寄生杂感和回路电阻参数出现不一致，在器件发生过载或者上下桥直通时，由于靠近直流端子的功率器件管因寄生杂感和回路电阻较小，导致靠近直流端子的功率器件管承受电流较大出现发热严重，导致功率模块可靠性较低或过热失效的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明功率模块一实施例的结构示意图；
图2为本发明功率模块一实施例的截面结构示意图；
图3为本发明功率模块另一实施例的截面结构示意图；
图4为本发明功率模块另一实施例的结构示意图；
图5为本发明功率模块又一实施例的截面结构示意图；
图6(a)为本发明功率模块半桥开关采用IGBT功率开关管实现的半桥拓扑结构示意图；
图6(b)为本发明功率模块半桥开关采用SiC功率开关管实现的半桥拓扑结构示意图；
图6(c)为本发明功率模块半桥开关采用IGBT功率开关管实现一实施例的拓扑等效电路结构示意图；
图6(d)为本发明功率模块半桥开关采用SiC功率开关管实现一实施例的拓扑等效电路结构示意图。
附图标号说明：
Figure BDA0003308706310000031
Figure BDA0003308706310000041
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明提出一种功率模块，其中，功率模块可以应用于逆变电源、变频器、制冷设备、冶金机械设备、电力牵引设备等具有电机的电机控制器中。
在具备多芯片并联的半桥/全桥功能的半导体器件的封装中，上桥臂和下桥臂功率器件IC1、IC2用绑定线、金属带或铜片实现连接。由于多并联的功率器件IC1、IC2在模块内部的位置布局不同，大多数上桥臂并联功率器件IC1、IC2的输入极第一导电层和输出极的第一导电层电流方向为垂直方向，上桥臂输出极的第一导电层和与下桥臂输入极的第一导电层电流方向为垂直方向。这样使得多个并联芯片中靠近和远离直流输入端子的功率器件IC1、IC2管寄生杂感和回路电阻参数出现了不一致，越靠近直流端DC+、DC-的功率器件IC1、IC2管的寄生杂感和回路电阻越小，而使流经各个芯片的电流不均衡。当器件发生过载，或者在上下桥臂直通工况时，靠近直流端DC+、DC-的功率器件IC1、IC2管承受电流较大出现发热严重，容易导致芯片可靠性较低或过热失效。
为了解决上述问题，参照图1至图6(d)，在本发明一实施例中，该功率模块包括：
绝缘基板100，所述绝缘基板100具有相对设置的第一表面和第二表面，在所述绝缘基板100的第一表面具有第一导电层；
多个功率器件IC1、IC2，所述的多个功率器件IC1、IC2沿第一方向布置于所述绝缘基板100的第一表面，且一部分的功率器件IC1、IC2的输入电极与所述第一导电层连接，其余部分的功率器件IC1、IC2的输出电极与所述第一导电层连接；
导电片，所述导电片沿所述第一方向与对应的所述功率器件IC1、IC2的输入电极或者输出电极连接；
直流端DC+、DC-，所述直流端DC+、DC-与所述第一导电层连接，为所述功率器件IC1、IC2输入直流电；
交流端AC，所述交流端AC与所述第一导电层连接，经所述功率器件IC1、IC2输出交流电。
本实施例中，绝缘基板100作为功率器件IC1、IC2的安装载体，绝缘基板100上设置有电路布线层103，电路布线层103根据功率模块的电路设计，在绝缘基板100上形成对应的线路以及对应供功率模块中的各功率模块安装的第一导电层。第一导电层区的数量和面积可以根据功率模块中集成的功率器件IC1、IC2的数量进行设置，各个第一导电层区上设置好功率器件IC1、IC2后，可以通过导电片实现电性连接。
第一方向可以为自绝缘基板100的第一侧100a延伸至第二侧100b的方向，第一侧100a和第二侧100b则具体可以是在宽度方向上的两端。在第一导电层区设置为两个时，两个第一导电层的形状、面积在导热绝缘层102上的厚度可以设置得相同，第一导电层二者之间可以通过导电片将功率器件IC1、IC2串联，并与导电片连接，从而保证功率器件IC1、IC2之间的寄生参数(例如图6(c)和图6(d)示出的寄生电感Ls)一致性相同。第一导电层可以实现将各个功率器件IC1、IC2的输入电极并联设置，形成功率器件IC1、IC2的输入电极的第一导电层，第一导电层也可以实现将各个功率器件IC2的输入电极并联设置，形成功率器件IC2的输入电极的第一导电层。
导电片可以采用绑定线、金属带或铜片中的任意一种来实现，并且尺寸可以与功率器件IC1、IC2适配，导电片的材质、尺寸可选设置为相同或者不同，两者的电阻、电感等电学参数可以设置为相同。导电片包括第一导电片10和第二导电片20，第一导电片10可以实现将各个第一功率器件IC1的输出电极并联设置，形成第一功率器件IC1的输出电极的导电层，第二导电片20则可以实现将各个第二功率器件IC2的输出电极并联设置，形成第二功率器件IC2的输出电极的导电层。
功率模块中的功率器件IC1、IC2可以是贴片式，还可以是裸die晶圆，功率器件可以通过焊料104、导电胶、烧结等焊接或者粘接于各个第一导电层区内。
各个功率器件IC1、IC2可以是氮化镓(GaN)功率开关管、Si基功率开关管或SiC基功率开关管、MOS管、HEMT管等中的一种或者多种组合。功率器件IC1、IC2的数量可以是两个或者两个以上，例如三个，四个，六个，八个等，多个功率器件IC1、IC2之间并联设置，形成一个半桥开关。
多个功率器件IC1、IC2具有输入电极和输出电极，根据采用的功率管不同，功率器件IC1、IC2的输入端和输出端也不同，例如在采用MOS管来实现时，输入端即为漏极，输出端即为源极；在采用IGBT来实现时，输入端即为集电极，输出端即为发射极。每个功率器件IC1、IC2的输入电极均焊接于第一导电层内，每个功率器件IC1、IC2的输出电极均焊接在导电片上。直流电源端子DC+、DC-与第一导电层电性连接，即可以实现与第一导电层内的功率器件IC1、IC2的输入电极电性连接。
参照图6(c)和6(d)，在功率器件IC1、IC2导通时，直流母线的电流经直流电源端子DC+、DC-、第一导电层、功率器件IC1、IC2的输入电极、功率器件IC1、IC2的输出电极、导电片、第二导电层120及交流输出端子AC输出至负载。第一导电层作为导电体，其具有一定内阻，直流电源在第一导电层会存在一定的阻力，多个功率器件IC1、IC2并联设置，使得功率器件IC1、IC2中离直流电源端子DC+、DC-越近，输入侧的寄生参数(功率器件IC1、IC2寄生杂感Ls和回路电阻参数等)则越小，反之则越大。同理，导电片作为导电体，其同样具有一定内阻，直流电源在导电片上也会存在一定的阻力，使得功率器件IC1、IC2中离交流输出端子AC越近，输出侧的寄生参数则越小，反之则越大。如此，在第一导电层、导电片的作用下，每个功率器件IC1、IC2靠近直流输入端子的输入路径较短，而由于远离交流输出端子AC，使得输出路径较长，反之，远离直流输入端子的功率器件IC1、IC2的输入路径较长，而由于靠近(交流输出端子AC)，使得输出路径较短。通过设置第一导电层和导电片的位置，以及设置多个功率器件IC1、IC2的排列方式，可以使流经每个功率器件IC1、IC2的电流路径长度相同，保证功率器件IC1、IC2的输入电极连接的第一导电层，与功率器件IC1、IC2的输出电极连接的导电片，两者流经的电流方向为平行方向，有利于提高各个功率器件IC1、IC2的均流特性，增强功率模块的可靠性。
本发明通过设置导电片、第一导电层来实现多个并联设置的功率器件IC1、IC2分别与直流电源端子DC+、DC-和交流输出端子AC之间的电性连接。本发明通过设置功率器件IC1、IC2的电性连接，可以均衡并联器件的寄生参数，尤其是寄生电感及回路电阻，提高了器件的均流特性，能够保护靠近直流输入端子的功率器件IC1、IC2，降低器件因过载而损坏的风险，增强了功率模块的可靠性。本发明还可以解决靠近和远离直流输入端子的功率器件IC1、IC2寄生杂感和回路电阻参数出现不一致，在器件发生过载或者上下桥直通时，由于靠近直流端DC+、DC-的功率器件IC1、IC2因寄生杂感和回路电阻较小，导致靠近直流端DC+、DC-的功率器件IC1、IC2承受电流较大出现发热严重，导致功率模块可靠性较低或过热失效的问题。
参照图1或图5，在一实施例中，所述第一导电层包括第一子导电层110和第二子导电层120，所述导电片包括第一导电片10和第二导电片20，所述的一部分的功率器件IC1、IC2的输入电极与所述第一子导电层110连接，所述的一部分的功率器件IC1、IC2的输出电极与所述第一导电片10连接；所述的其余部分的功率器件IC1、IC2的输入电极与所述第二导电片20连接，所述的其余部分的功率器件IC1、IC2的输出电极与所述第二子导电层120连接。
本实施例中，功率器件IC1、IC2中，一部分的功率器件IC1、IC2构成第一功率器件IC1、其余部分的功率器件IC1、IC2构成第二功率器件IC2；第一子导电层110可以实现将各个第一功率器件IC1的输入电极并联设置，形成第一功率器件IC1的输入电极的导电层，第二导电层120则可以实现将各个第二功率器件IC2的输入电极并联设置，形成第二功率器件IC2的输入电极的导电层。
各个第一功率器件IC1可以是氮化镓(GaN)功率开关管、Si基功率开关管或SiC基功率开关管、MOS管、HEMT管等中的一种或者多种组合。第一功率器件IC1的数量可以是两个或者两个以上，例如三个，四个，六个，八个等，多个第一功率器件IC1之间并联设置，形成一个半桥开关。
各个第二功率器件IC2可以是IGBT功率开关管、Si基功率开关管或SiC基功率开关管、MOS管、HEMT管等中的一种或者多种组合。第二功率器件IC2的数量与第一功率器件IC1的数量对应，也即在第一功率器件IC1的数量设置为两个时，第二功率器件IC2也设置为两个，在第一功率器件IC1的数量设置为两个以上的任意数量时，第二功率器件IC2的数量与第一功率器件IC1设置为相同。多个第二功率器件IC2之间并联设置，形成一个半桥开关。其中，多个第一功率器件IC1并联设置形成的半桥开关管可以为上桥开关Q1，多个第二功率器件IC2并联设置则形成下桥开关Q2。或者，多个第一功率器件IC1并联设置形成的半桥开关管可以为下桥开关Q2，多个第二功率器件IC2并联设置则形成上桥开关Q1。
多个功率器件具有输入电极和输出电极，根据采用的功率管不同，功率器件的输入电极和输出端也不同，例如在采用MOS管来实现时，输入端即为漏极，输出端即为源极；在采用IGBT来实现时，输入端即为集电极，输出端即为发射极。每个第一功率器件IC1的输入电极均焊接于第一子导电层110内，每个第一功率器件IC1的输出电极均焊接在第一导电片10上。同理，每个第二功率器件IC2的输入电极均焊接于第二子导电层120内，每个第二功率器件IC2的输出电极均焊接在第二导电片20上。直流正极端子DC+与第一子导电层110电性连接，即可以实现与第一子导电层110内的第一功率器件IC1的输入电极电性连接，第一导电片10与第二子导电层120电性连接，第二子导电层120又与交流输出端子AC电性连接，即可实现第一功率器件IC1的输出电极经第一电性连接件、第二子导电层120与交流输出端连接；第二半导体与直流负极端子DC-电性连接，第二子导电层120内的第二功率器件IC2的输入电极与交流输出端连接，第二功率器件IC2的输出电极则通过第二导电片20与直流负极端连接。第一导电片10可以实现将各个第一功率器件IC1的输出电极并联设置，第二导电片20则可以实现将各个第二功率器件IC2的输出电极并联设置，形成第二功率器件IC2的输出电极的导电层。
参照图6(c)和6(d)，在第一功率器件IC1导通时，直流母线的电流经直流正极端子DC+、第一子导电层110、第一功率器件IC1的输入电极、第一功率器件IC1的输出电极、第一导电片10、第二子导电层120及交流输出端子AC输出至负载。第一子导电层110作为导电体，其具有一定内阻，直流电源在第一子导电层110会存在一定的阻力，多个第一功率器件IC1并联设置，使得第一功率器件IC1中离直流正极端子DC+越近，输入侧的寄生参数(功率器件寄生杂感Ls和回路电阻参数等)则越小，反之则越大。同理，第一导电片10作为导电体，其同样具有一定内阻，直流电源在第一导电体上也会存在一定的阻力，使得第一功率器件IC1中离第二子导电层120(交流输出端子AC)越近，输出侧的寄生参数则越小，反之则越大。如此，在第一子导电层110、第一导电片10和第二子导电层120的作用下，每个第一半导体靠近直流输入端子的输入路径较短，而由于远离第二子导电层120(交流输出端子AC)，使得输出路径较长，反之，远离直流输入端子的第一功率器件IC1的输入路径较长，而由于靠近第二子导电层120(交流输出端子AC)，使得输出路径较短。通过设置第一子导电层110和第一导电片10的位置，以及设置多个第一功率器件IC1的排列方式，可以使流经每个第一功率器件IC1的电流路径长度相同，保证第一功率器件IC1的输入电极连接的第一子导电层110，与第一功率器件IC1的输出电极连接的第一导电片10，两者流经的电流方向为平行方向，有利于提高各个第一功率器件IC1的均流特性，增强功率模块的可靠性。
在第二功率器件IC2导通时，电流经交流输出端子AC、第二子导电层120、第二功率器件IC2的输入电极、第二功率器件IC2的输出电极、第二导电片20输出至直流负极端子DC-。第二子导电层120作为导电体，其具有一定内阻，电源在第二子导电层120会存在一定的阻力，多个第二功率器件IC2并联设置，使得第二功率器件IC2中离交流输出端子AC越近，输入侧的寄生参数(功率器件寄生杂感和回路电阻参数等)则越小，反之则越大。同理，第二导电片20作为导电体，其同样具有一定内阻，电流在第二导电体上也会存在一定的阻力，使得第二功率器件IC2中离直流负极端子DC-越近，输出侧的寄生参数则越小，反之则越大。如此，在第二子导电层120和第二导电片20的作用下，每个第二功率器件IC2靠近交流输出端子AC的输入路径较短，而由于远离直流负极端子DC-，使得输出路径较长，反之，远离交流输出端子AC的第二功率器件IC2的输入路径较长，而由于靠近直流负极端子DC-，使得输出路径较短。通过设置第二子导电层120和第二导电片20的位置，以及设置多个第二功率器件IC2的排列方式，可以使流经每个第二功率器件IC2的电流路径长度相同，保证第二功率器件IC2的输入电极连接的第二子导电层120，与第二功率器件IC2的输出电极连接的第二导电片20，两者流经的电流方向为平行方向，有利于提高各个第二功率器件IC2的均流特性，增强功率模块的可靠性。
此外，本实施例中，第一导电片10和交流输出端子AC之间均通过第二子导电层120实现电性连接，第一导电片10与第一功率器件IC1的输出电极电性连接，第二子导电层120则与第二功率器件IC2的输入电极连接，因此，第一功率器件IC1的输出电极与第二功率器件IC2的输入电极通过第一导电片10可以实现电性连接。并且，交流输出端子AC用于在第一功率器件IC1导通时输出电流，在第二功率器件IC2导通时，接入电流，因此，第一功率器件IC1输出电极的导电层(第一导电片10、第二导电层)和第二功率器件IC2输入电极的导电层(第二半导体层)流方向为平行方向，如此改善了功率模块寄生参数一致性，提高了功率模块的均流特性，增强功率模块的可靠性。
参照图1或图5，在一实施例中，所述第一导电片10与所述第二子导电层120连接。
本实施例中，第一导电片10和第二子导电层120可以采用绑定线、金属带或铜片中的任意一种来实现，并且尺寸可以与功率器件适配，第一导电片10和第二导电片20的材质、尺寸可选设置为相同或者不同，两者的电阻、电感等电学参数可以设置为相同。第一导电片10可以实现将各个第一功率器件IC1的输出电极并联设置，第二导电片20则可以实现将各个第二功率器件IC2的输出电极并联设置，形成第二功率器件IC2的输出电极的导电层。
第一导电片10，叠设于各所述第一功率器件IC1的输出电极上，并电性连接各所述第一功率器件IC1的输出电极与所述第二子导电层120；第一导电片10可以实现将各个第一功率器件IC1的输出电极并联设置，第二导电片20则可以实现将各个第二功率器件IC2的输出电极并联设置，形成第二功率器件IC2的输出电极的导电层。
参照图1或图5，在一实施例中，所述第一导电片10包括两段第一子导电片10，两段所述第一子导电片10一对一叠设于两组所述第一功率器件IC1的输入电极上，并且部分延伸至所述子连接部124内，以通过两个所述子连接部124分别与所述第二子导电层120电性连接。
本实施例中，第一子导电片10叠设在各个第一功率器件IC1上，也即覆盖在第一功率器件IC1的顶部，两个第一子导电片10的形状、尺寸相同。在两个第一子导电片10采用铜片来实现时，两个第一子导电片10与第二子导电层120的一端可以通过焊料104、超声焊接、银烧结或激光焊接或超声键合等方式与第二子导电层120实现固定电性连接，交流输出端子AC也固定电性连接于第二子导电层120，如此，第一子导电片10即可通过第二子导电层120与交流输出端子AC实现电性连接。在两组第一功率器件IC1导通时，电流从两个直流正极端子DC+分别流入两个第一子导电层110，再经两组第一功率器件IC1的输入电极、输出电极，流向两段第一子导电片10，两段第一子导电片10上的电流经第二子导电层120后，汇入至交流输出端子AC。通过设置两个直流正极端子DC+、两组第一功率器件IC1及两段第一子导电片10，形成两组并联的电流回路，可以减小流经每组第一功率器件IC1的电流大小，可以减缓流经各个第一功率器件IC1要承受较大电流的压力，有利于提高功率模块的耐压能力。此外，组成两组结构、位置完全相同且对称设置的电流回路，还可以提高各个第一功率器件IC1的均流特性，增强功率模块的可靠性。
参照图1或图5，在一实施例中，所述第一导电片10与所述交流端AC连接。
本实施例中，第一导电片10和交流输出端子AC之间可以通过第二子导电层120间接的实现电性连接，例如第一导电片10和交流输出端子AC均采用铜片来实现时，两者与第二子导电层120连接的一端均可以通过焊料104、超声焊接、银烧结或激光焊接等方式与第二子导电层120实现固定电性连接，在第二子导电层120的导电作用下，实现第一功率器件IC1与交流输出端子AC的电性连接。两段第一子导电片10与交流输出端子AC之间也可以采用一整块铜片冲压成交流输出端子AC和两段第一子导电片10的形状，并根据需要是否进行折弯处理或者改变交流输出端子AC、两段第一子导电片10的厚度。例如，两段第一子导电片10呈直条设置，交流输出端子AC与两段第一子导电片10公共点可以设置成凹槽，用于将整体焊接至第二子导电层120，交流输出端子AC的厚度则可以高于两段第一子导电片10的高度，以提高交流输出端子AC的耐压性，并且交流输出端子AC可以弯折成鸥翼型，可以提高功率模块的安装便利性。此外，交流输出端子AC与两段第一子导电片10一体设置，交流输出端子AC可以通过第二导电层的突出部126固定连接在绝缘基板100上。并且根据实际应用的需求，选择在第二子导电层120的两个子连接部124上是否设置焊点，在设置焊点时，可以通过两个子连接部124提高第一功率器件IC1与交流输出端子AC的接触面积，提高第一功率器件IC1与交流输出端子AC之间的电性连接良率，可以增大交流输出端子AC的散热面积，有利于分散交流输出端子AC。在两个子连接部124不设置焊点，仅通过突出部126与第二子导电层120固定连接时，可以减少焊接点带来的电感、电阻等寄生参数。交流输出端子AC与两段所述第一子导电片10一体设置置，还可以减少了物料的投入，减少了工艺流程，降低了功率器件的成本。
参照图1或图5，在一实施例中，所述第二子导电层120与所述交流端AC连接。
本实施例中，交流输出端子AC，设置于所述绝缘基板100的第二侧100b，并电性连接所述第二子导电层120；
本实施例中，第一导电片10和交流输出端子AC之间可以通过第二子导电层120间接的实现电性连接，例如第一导电片10和交流输出端子AC均采用铜片来实现时，两者与第二子导电层120连接的一端均可以通过焊料104、超声焊接、银烧结或激光焊接等方式与第二子导电层120实现固定电性连接，在第二子导电层120的导电作用下，实现第一功率器件IC1与交流输出端子AC的电性连接。两段第一子导电片10与交流输出端子AC之间也可以采用一整块铜片冲压成交流输出端子AC和两段第一子导电片10的形状，并根据需要是否进行折弯处理或者改变交流输出端子AC、两段第一子导电片10的厚度。例如，两段第一子导电片10呈直条设置，交流输出端子AC与两段第一子导电片10公共点可以设置成凹槽，用于将整体焊接至第二子导电层120，交流输出端子AC的厚度则可以高于两段第一子导电片10的高度，以提高交流输出端子AC的耐压性，并且交流输出端子AC可以弯折成鸥翼型，可以提高功率模块的安装便利性。
参照图1或图5，在一实施例中，所述第一导电层还包括第三子导电层130，所述直流端DC-与所述第三子导电层130连接，所述直流端DC-与所述第二导电片20连接。
所述第三子导电层130的位置对应所述第二导电层区120的位置设置，并通过所述第二导电片20与多个所述多个第二功率器件IC2实现电性连接，所述第一外部连接部DC-2的一端设置于所述第三子导电层130上，所述第二连接部的另一端向背离所述第三子导电层130的一侧延伸。
本实施例中，两个第二导电片20和第一外部连接部DC-2之间可以通过第三子导电层130间接的实现电性连接，例如第二导电片20和第一外部连接部DC-2均采用铜片来实现时，两者与第三子导电层130连接的一端均可以通过焊料104、超声焊接、银烧结或激光焊接等方式与第三子导电层130实现电性连接，在第三子导电层130的导电作用下，实现第二功率器件IC2与第一外部连接部DC-2的电性连接。两段第二导电片20与第一外部连接部DC-2之间也可以采用一整块铜片冲压成第一外部连接部DC-2和两段第二导电片20的形状，并根据需要是否进行折弯处理或者改变交流输出端子AC、两段第二导电片20的厚度。例如，两段第二导电片20呈直条设置，第一外部连接部DC-2与两段第二导电片20公共点可以设置成凹槽，用于将整体焊接至第三子导电层130，第三子导电层130的厚度则可以高于两段第二导电片20的高度，以提高第一外部连接部DC-2的耐压性，并且第一外部连接部DC-2可以弯折成鸥翼型，以提高功率模块的安装便利性。第一外部连接部DC-2与两段第二导电片20一体设置，还可以减少了物料的投入，减少了工艺流程，降低了功率器件的成本。
参照图1或图5，在一实施例中，所述第一导电层还包括第三子导电层130，所述直流端DC-与所述第三子导电层130连接，所述第三子导电层130与所述第二导电片20连接。
本实施例中，第二导电片20叠设在各个第二功率器件IC2上，也即覆盖在第二功率器件IC2的顶部，两个第二导电片20的形状、尺寸相同。在两个第二导电片20采用铜片来实现时，两个第二导电片20与第三子导电层130连接的一端可以通过焊料104、超声焊接、银烧结或激光焊接等方式与第三子导电层130实现固定电性连接。第一外部连接部DC-2也固定电性连接于第三子导电层130，如此，第二导电片20即可通过第三子导电层130与第一外部连接部DC-2实现电性连接。在两组第二功率器件IC2导通时，电流从交流输出端子AC分别流入两个第二子导电层120，再经两组第二功率器件IC2的输入电极、输出电极，流向两个第二导电片20，两个第二导电片20上的电流汇入至直流负极端子DC-。通过设置两个直流负极端子DC-、两组第二功率器件IC2及两段第二导电片20，形成两组并联的电流回路，可以减小流经每组第二功率器件IC2的电流大小，可以减缓流经各个第二功率器件IC2要承受较大电流的压力，有利于提高功率模块的耐压能力。此外，组成两组结构、位置完全相同且对称设置的电流回路，还可以提高各个第二功率器件IC2的均流特性，增强功率模块的可靠性。
参照图1或图5，在一实施例中，所述功率模块包括两个第一子导电层110和一个第二子导电层120，其中，沿所述绝缘基板100的第二方向，所述第二子导电层120位于所述的两个第一子导电层110之间。
两个第一子导电层110，分设于所述第二导电层区120的两侧，两个所述第一子导电层110分别与所述直流正极端子DC+电性连接；
多个所述第一功率器件IC1分为两组第一功率器件IC1，两组所述第一功率器件IC1分设于两个所述第一子导电层110内。
本实施例中，两个第一子导电层110的形状、尺寸相同，两个第二子导电层120的形状、尺寸也相同，第二子导电层120的数量也可以设置为两个，两个第二子导电层120并排设置于绝缘基板100的中心位置，两个第一子导电层110在第一方向上，分设于两个第二子导电层120的两侧，也即，两个第二子导电层120相邻设置，两个第二子导电层120相互远离的一侧分别设置有一个第一子导电层110。各个子导电层区呈方形设置，第一子导电层110与第二子导电层120之间，第二子导电层120和第二子导电层120之间均设置有间隙，两个第二子导电层120具体可以在绝缘基板100的中间部位以上下两行并联第二功率器件IC2的中心为对称开槽形成对称布局结构。并且，第一子导电层110与第二子导电层120之间的面积、高度可以设置得相同，从而保证设置在两个第一子导电层110上的第一功率器件IC1之间的寄生参数相同，以及，设置在第一子导电层110的第一功率器件IC1与设置在第二子导电层120的第二功率器件IC2之间的寄生参数相同。两组第一功率器件IC1的数量设置为相同，每组第一功率器件IC1的数量可以设置为两个或者两个以上，例如一组设置为三个时，另一组同样设置为三个。每组第一功率器件IC1安装在对应的第一子导电层110上，并且位置设置为沿绝缘基板100以与第三侧100c和第四侧100d平行的中心线对称。将第一导电层设置为两个第一子导电层110，有利于分散第一功率器件IC1在功率模块的绝缘基板100上的散热，可以减小绝缘基板100板上热源集中。
参照图1或图5，在一实施例中，所述直流端DC+、DC-包括直流正极端DC+和直流负极端DC-，所述直流正极端DC+与所述第一子导电层110连接，所述直流负极端DC-与所述第二子导电层120连接。
本实施例中，直流正极端子DC+及直流负极端子DC-均设置于所述绝缘基板100的第一侧100a，直流正极端子DC+(DC-)，分别接入直流母线正极和直流母线负极，交流输出端子AC则可以用于接入单相电机的定子绕组的任意一端，也可以用于接入三相电机，定子绕组中UVW中的任意一相。在实际应用时，直流正极端子DC+、直流负极端子DC-及交流输入端均可以设置为铜片，该铜片可以用于支撑功率模块，并且实现于外部直流电源或者负载的电气连接。功率模块还具有用于封装绝缘基板100的塑封体，铜片的一端固定在绝缘基板100的第一侧100a，铜片的另一端自第一侧100a延伸出功率模块的塑封外，形成功率模块的引脚，该引脚可以弯折为鸥翼型，或者不进行弯折，以平直型与外部电路板进行连接。
参照图1或图5，在一实施例中，所述直流正极端子DC+为两个，两个所述第一子导电层110与两个所述直流正极端子DC+1一一对应电性连接。
两个第一子导电层110分设于的第二导电层的两侧，具体可以为一个第一子导电层110靠近第三侧100c设置，另一个第一子导电层110靠近第四侧100d设置，两个直流母线正极在采用铜片来实现时，两个铜片设置在第一侧100a，且对称设置在与两个第一子导电层110对应的位置，也即，一个直流正极端子DC+1设置于第一侧100a靠近第三侧100c的位置，另一个直流正极端子DC+2设置于第一侧100a靠近第四侧100d的位置。两个正极端子可以与第一导电层区110直接固定连接，也即直流正极端子DC+1可以直接焊接、烧结或超声键合于第一子导电层110，或者直流正极端子DC+包括一内部连接部和一外部连接部，内部连接部紧邻第一导电层区110设置，直接与第一导电层区110实现的电性连接，外部连接部一端焊接、烧结或超声键合在内部连接部上，另一端向远离第一导电层区110的方向延伸。两个第一导电层区110不仅可以起到实现两个直流正极端子DC+与两组第一功率器件IC1之间电气连接作用，也起到分散直流母线正极端子热量的作用，而且还能够在两个直流正极端子DC+1出现振动时，起到吸收振动力的作用，同时可以增大直流正极端子DC+与第一功率器件IC1之间的接触面积，避免直流正极端子DC+与第一子导电层110之间发生相对运动，而出现电性连接不良的问题。
在一实施例中，所述第二子导电层120设有沿所述第一方向开设的凹槽。
所述第二子导电层120还包括：主连接部123，沿所述第三侧100c至第四侧100d方向延伸设置，且分别连接两个所述第二子导电层120；
两个子连接部124，两个所述子连接部124与所述主连接部123连接，两个所述子连接部124一一对应位于两个所述第一子导电层110与所述第二侧100b之间，两个所述子连接部124与第一导电片10连接；以及
突出部126，连接于所述主连接部123，且朝所述第二侧100b延伸设置，所述交流输出端子AC安装于所述突出部126上。
本实施例中，主连接部123分别连接两个第二子导电层120、两个子连接部124和突出部126，两个子连接部124，自主连接部123分别向两个第一子导电层110延伸，并延伸至两个第一子导电层110的一侧，两个子连接部124分别对应与一个第一子导电层110呈L型设置；突出部126，设置于所述主连接部123背离两个所述第一子导电层110，所述突出部126供所述交流输出端子AC安装。
具体而言，两个第二子导电层120分别自主连接部123向绝缘基板100的第一侧100a平行延伸，两个第二子导电层120呈镜像设置。两个子连接部124延伸至两个第一子导电层110的靠近第二侧100b的一侧，也即一个子连接部124延伸至靠近第三侧100c设置的第一子导电层110的位置，另一个子连接部124延伸至靠近第四侧100d设置的第一子导电层110的位置，两个子连接部124与两个第一子导电层110在绝缘基板100的第一侧100a与第二侧100b之间平行设置，并且两个子连接部124与各自对应的第一子导电层110之间间隔设置。连接第一功率器件IC1输出电极的第一导电片10可以直接延伸至两个子连接部124上，也即第一导电片10与子连接部124之间垂直设置，在子连接部124的作用下，可以实现第一导电片10与第二安装区之间的直线连接，有利于优化电流回路路线，提高功率模块的布局便利性。突出部126用于实现交流输出端子AC的固定连接，在交流输出端子AC和突出部126均设置为铜片时，交流输出端子AC可以通过焊料、超声焊接、银烧结或激光焊接等方式与突出部126实现固定电性连接。两个第二子导电层120在中间部位以上下两行并联，且中心对称设置，两个第二子导电层120之间开设有平衡间隙，形成对称布局结构。交流输出端子AC焊接在突出部126，实现与第二子导电层120的固定连接，第二导电层不仅起到电气连接作用，也起到对交流输出端子AC散热的作用，而且还能够在交流输出端子AC出现振动时，起到吸收振动力的作用，避免交流输出端子AC与第二子导电层120的连接失效。
具体而言，第二子导电层120通过凹槽形成两个第二子导电层120分别自主连接部123向绝缘基板100的第一侧100a平行延伸，两个第二子导电层120呈镜像设置。两个子连接部124延伸至两个第一子导电层110的靠近第二侧100b的一侧，也即一个子连接部124延伸至靠近第三侧100c设置的第一子导电层110的位置，另一个子连接部124延伸至靠近第四侧100d设置的第一子导电层110的位置，两个子连接部124与两个第一子导电层110在绝缘基板100的第一侧100a与第二侧100b之间平行设置，并且两个子连接部124与各自对应的第一子导电层110之间间隔设置。连接第一功率器件IC1输出电极的第一导电片10可以直接延伸至两个子连接部124上，也即第一导电片10与子连接部124之间垂直设置，在子连接部124的作用下，可以实现第一导电片10与第二安装区之间的直线连接，有利于优化电流回路路线，提高功率模块的布局便利性。突出部126用于实现交流输出端子AC的固定连接，在交流输出端子AC和突出部126均设置为铜片时，交流输出端子AC可以通过焊料104、超声焊接、银烧结或激光焊接等方式与突出部126实现固定电性连接。两个第二子导电层120在中间部位以上下两行并联，且中心对称设置，两个第二子导电层120之间开设有平衡间隙，形成对称布局结构。交流输出端子AC焊接在突出部126，实现与第二子导电层120的固定连接，第二导电层不仅起到电气连接作用，也起到对交流输出端子AC散热的作用，而且还能够在交流输出端子AC出现振动时，起到吸收振动力的作用，避免交流输出端子AC与第二子导电层120的连接失效。
应当理解的是，通过所述第二子导电层120设有沿所述第一方向开设的凹槽，能够减小材料的用料，例如铜片，铜片的价格通常较高，通过在所述第二子导电层120开设凹槽，所节约的材料可以用于第一导电片10或者第二导电片20，从而使功率模块的成本进一步降低。
在一实施例中，所述第二子导电层120具有与所述第一导电片10连接的突出部126，所述第一导电层与所述突出部123连接。
本实施例中，交流输出端AC可以通过第二导电层的突出部126固定连接在绝缘基板100上。并且根据实际应用的需求，选择在第二子导电层120的两个子连接部124上是否设置焊点，在设置焊点时，可以通过两个子连接部124提高第一功率器件IC1与交流输出端子AC的接触面积，提高第一功率器件IC1与交流输出端子AC之间的电性连接良率，可以增大交流输出端子AC的散热面积，有利于分散交流输出端子AC。在两个子连接部124不设置焊点，仅通过突出部126与第二子导电层120固定连接时，可以减少焊接点带来的电感、电阻等寄生参数。交流输出端子AC与两段所述第一子导电片10一体设置置，还可以减少了物料的投入，减少了工艺流程，降低了功率器件的成本。
参照图1或图4，在一实施例中，所述直流负极端子DC-包括第一外部连接部DC-2，所述第三子导电层130的位置对应所述第二导电层区120的位置设置，并通过所述第二导电片20与多个所述多个第二半导体开关IC2实现电性连接，所述第一外部连接部DC-2的一端设置于所述第三子导电层130上，所述第二连接部的另一端向背离所述第三子导电层130的一侧延伸。
本实施例中，第三子导电层130用于实现第一外部连接部DC-2的固定连接，并且实现第一外部连接部DC-2和第二导电片20之间的电性连接，在第三子导电层130和第一外部连接部DC-2均采用铜片来实现时，第一外部连接部DC-2可以通过焊料104、超声焊接、银烧结或激光焊接等方式与第三子导电层130实现固定电性连接，并且第一外部连接部DC-2可以弯折成鸥翼型，以提高功率模块的安装便利性。第三子导电层130不仅起到电气连接作用，也起到分散直流负极端子DC-中第一外部连接部DC-2热量的作用，而且还能够在第三子导电层130和第一外部连接部DC-2出现振动时，起到吸收振动力的作用，同时还可以增大第一外部连接部DC-2、第二导电片20与第二半导体开关IC2之间的接触面积，避免第一外部连接部DC-2与第二导电片20之间发生相对运动，而出现电性连接不良的问题。在一实施例中，所述第一外部连接部DC-2与两段所述第二导电片20一体设置。
本实施例中，两个第二导电片20和第一外部连接部DC-2之间可以通过第三导电层区130间接的实现电性连接，例如第二导电片20和第一外部连接部DC-2均采用铜片来实现时，两者与第三导电层区130连接的一端均可以通过焊料104、超声焊接、银烧结或激光焊接等方式与第三导电层区130实现电性连接，在第三导电层区130的导电作用下，实现第二半导体开关IC2与第一外部连接部DC-2的电性连接。两段第二导电片20与第一外部连接部DC-2之间也可以采用一整块铜片冲压成第一外部连接部DC-2和两段第二导电片20的形状，并根据需要是否进行折弯处理或者改变交流输出端子AC、两段第二导电片20的厚度。例如，两段第二导电片20呈直条设置，第一外部连接部DC-2与两段第二导电片20公共点可以设置成凹槽，用于将整体焊接至第三导电层区130，第三导电层区130的厚度则可以高于两段第二导电片20的高度，以提高第一外部连接部DC-2的耐压性，并且第一外部连接部DC-2可以弯折成鸥翼型，以提高功率模块的安装便利性。第一外部连接部DC-2与两段第二导电片20一体设置，还可以减少了物料的投入，减少了工艺流程，降低了功率器件的成本。
可以理解的是，上述实施例中，两个第一子导电层110与两个第二子导电层120的尺寸可以设置得相同，两个第一导电片10、两个二导电片20的材质、尺寸可以设置得相同，以保证上桥开关Q1和下桥开关Q2的寄生参数相同，从而使流经各个第一功率器件IC1的电流和流经各个第二功率器件IC2的电流方向为平行方向，电流大小相同。这样，通过设置两个直流正极端子DC+、两组第一功率器件IC1及两段第一子导电片10，形成两组并联的电流回路，两个直流负极端子DC-、两组第二功率器件IC2及两段第二导电片20，形成两组并联的电流回路，实现功率模块整体的均流特性，能够保护靠近直流输入端子的功率器件，降低器件因过载而损坏的风险，增强功率模块的可靠性。
参照图1至图5，在一实施例中，功率模块还包括塑封体(图未示出)，塑封体罩设于所述绝缘基板100上，实现对功率模块的整体封装。
本实施例中，功率模块可以采用全包封封装和半包封封装。而在为了提高功率模块的散热效率，本实施例可选采用采用半包封封装，并且将功率模块的绝缘基板100部分裸露在塑封体外，形成塑封体的一部分，绝缘基板100裸露于功率模块的塑封体之外的表面，可以散热装置，例如液冷散热装置接触，有利于增大功率模块的散热面积。
在制作功率模块时，可以将双面覆盖有整块铜片的陶瓷基板的顶层铜片蚀刻出第一子导电层110、第二子导电层，再将多个第一功率器件IC1、多个第二功率器件IC2焊接于对应的铜片；然后将一整块铜片冲压成直流正极端子DC+、直流负极端子DC-和交流输出端子AC焊接在绝缘基板100的第一侧100a和第二侧100b，并根据需要是否进行折弯处理或者改变不同厚度或增加铜片，然后与对应的部件相连接；将第一导电片10和第二导电片20焊接在各个第一功率器件IC1，以及各个第二功率器件IC2上，并根据需要是否进行折弯处理或者改变不同厚度或增加铜片，然后与对应的部件相连接；对功率模块进行整体注塑成型。
本发明还提出一种电机控制器，所述电机控制器包括如上所述的功率模块。
该功率模块的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明电机控制器中使用了上述功率模块，因此，本发明电机控制器的实施例包括上述功率模块全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
参照图6(a)～图6(c)电机控制器可以包括两个如上所述的功率模块，也可以包括三个如上所述的功率模块。当设置为两个时，可以形成单相电机控制器，当设置为三个时，可以形成三相电机控制器。多个第一功率器件IC1可以构成一个功率开关Q1，多个第二功率器件IC2可以构成另一个功率开关Q2，每一个功率开关Q1与一个功率开关Q2串联设置，可以组成半桥/全桥电路。通过调整上下桥开关的连接点，来改善芯片并联寄生参数的不一致性，实现多个开关并联设置时电流均衡的目的。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种功率模块，其特征在于，所述功率模块包括：
绝缘基板，所述绝缘基板具有相对设置的第一表面和第二表面，在所述绝缘基板的第一表面具有第一导电层；
多个功率器件，所述的多个功率器件沿第一方向布置于所述绝缘基板的第一表面，且一部分的功率器件的输入电极与所述第一导电层连接，其余部分的功率器件的输出电极与所述第一导电层连接；
导电片，所述导电片沿所述第一方向与对应的所述功率器件的输入电极或者输出电极连接；
直流端，所述直流端与所述第一导电层连接，为所述功率器件输入直流电；
交流端，所述交流端与所述第一导电层连接，经所述功率器件输出交流电。
2.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一导电层包括第一子导电层和第二子导电层，所述导电片包括第一导电片和第二导电片，所述的一部分的功率器件的输入电极与所述第一子导电层连接，所述的一部分的功率器件的输出电极与所述第一导电片连接；所述的其余部分的功率器件的输入电极与所述第二导电片连接，所述的其余部分的功率器件的输出电极与所述第二子导电层连接。
3.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一导电片与所述第二子导电层连接。
4.如权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述第一导电片与所述交流端连接。
5.如权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述第二子导电层与所述交流端连接。
6.如权利要求2至5任一项所述的功率模块，其特征在于，所述第一导电层还包括第三子导电层，所述直流端与所述第三子导电层连接，所述直流端与所述第二导电片连接。
7.如权利要求2至5任一项所述的功率模块，其特征在于，所述第一导电层还包括第三子导电层，所述直流端与所述第三子导电层连接，所述第三子导电层与所述第二导电片连接。
8.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块包括两个第一子导电层和一个第二子导电层，其中，沿所述绝缘基板的第二方向，所述第二子导电层位于所述的两个第一子导电层之间。
9.如权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述直流端包括直流正极端和直流负极端，所述直流正极端与所述第二子导电层连接，所述直流负极端与所述第一子导电层连接。
10.如权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述第二子导电层设有沿所述第一方向开设的凹槽。
11.如权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述第二子导电层具有与所述第一导电片连接的连接部，所述第一导电层与所述连接部连接。
12.一种电机控制器，其特征在于，所述电机控制器包括如权利要求1至11任一项所述的功率模块。
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