CN116130446A - 半导体功率模块、电机控制器和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体功率模块、电机控制器和车辆，半导体功率模块包括：衬底，衬底具有彼此正交的第一方向和第二方向；间隔设置在衬底上且沿衬底的第一方向依次排布的第一导电区、第二导电区、第三导电区和第四导电区，第一导电区、第二导电区、第三导电区和第四导电区均沿衬底的第二方向延伸，其中，第一导电区和第三导电区用于接入直流电信号，第四导电区用于输出交流电信号；第一功率芯片和第二功率芯片，第一功率芯片分别与第一导电区和第二导电区连接，第二功率芯片分别与第二导电区、第三导电区和第四导电区连接。采用该半导体功率模块可以降低整个模块的杂散电感，提高模块的散热性。

Description

半导体功率模块、电机控制器和车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种半导体功率模块、电机控制器和车辆。
背景技术
半导体功率模块被广泛应用于工业中，半导体功率模块通常用于逆变器中，将交流转换为直流，或从直流转换为交流。
半导体功率模块具有集成度高，体积小等优点。但在逆变过程中，回路的杂散电感在半导体芯片开关期间产生电压过大，由于阻尼振荡而产生电磁干扰，会增大开关损耗，同时若要输出大电流则需多颗芯片并联，但会使得芯片所占据的位置偏大，电感随之也会增大。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种半导体功率模块，采用该半导体功率模块可以降低整个模块的杂散电感，提高模块的散热性。
本发明的目的之二在于提出一种电机控制器。
本发明的目的之三在于提出一种车辆。
为了解决上述问题，本发明第一方面实施例提供一种半导体功率模块，包括：衬底，所述衬底具有彼此正交的第一方向和第二方向；间隔设置在所述衬底上且沿所述衬底的第一方向依次排布的第一导电区、第二导电区、第三导电区和第四导电区，所述第一导电区、所述第二导电区、所述第三导电区和所述第四导电区均沿所述衬底的第二方向延伸，其中，所述第一导电区和所述第三导电区用于接入直流电信号，所述第四导电区用于输出交流电信号；第一功率芯片和第二功率芯片，所述第一功率芯片分别与所述第一导电区和所述第二导电区连接，所述第二功率芯片分别与所述第二导电区、所述第三导电区和所述第四导电区连接。
根据本发明的半导体功率模块，基于第一导电区、第二导电区、第三导电区和第四导电区的布局设计，通过将设置于第二导电区的第一功率芯片与第一导电区连接，以及设置于第三导电区的第二功率芯片与第二导电区、第四导电区连接，由此在电路连通后可以形成半桥电路的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂与第二桥臂之间形成互感，从而降低整个模块的寄生电感，以及，基于第一导电区、第二导电区、第三导电区和第四导电区的布局方式，若干的第一功率芯片和第二功率芯片均匀排布于四个导电区中，散热性能好，结构简单，集成度高。
在一些实施例中，所述第一功率芯片和所述第二功率芯片在所述第一方向上排布。
在一些实施例中，所述第一功率芯片为多个，多个所述第一功率芯片沿所述第二方向排布且相邻两个所述第一功率芯片在所述第一方向上错开设置；所述第二功率芯片为多个，多个所述第二功率芯片沿所述第二方向排布且相邻两个所述第二功率芯片在所述第一方向上错开设置。
在一些实施例中，所述第一功率芯片设置于所述第二导电区，所述第二功率芯片设置于所述第三导电区。
在一些实施例中，所述第一导电区包括：第一主导电部，所述第一主导电部沿所述第二方向延伸且用于接入所述直流电信号；沿所述第二方向排布的多个第一导电支部，所述第一导电支部与所述第一主导电部相连且沿所述第一方向向所述第二导电区延伸；其中，所述第一功率芯片为多个，多个所述第一功率芯片中的至少一个连接于所述第一导电区的第一主导电部，多个所述第一功率芯片中的至少一个连接于所述第一导电区的第一导电支部。
在一些实施例中，所述第二导电区包括：第二主导电部，所述第二主导电部沿所述第二方向延伸；沿所述第二方向排布的多个第二导电支部，所述第二导电支部与所述第二主导电部相连且沿所述第一方向向所述第一导电区延伸；沿所述第二方向排布的多个第三导电支部，所述第三导电支部与所述第二主导电部相连且沿所述第一方向向所述第三导电区延伸；其中，多个所述第一功率芯片中的至少一个连接于所述第二导电区的第二主导电部，多个所述第一功率芯片中的至少一个连接于所述第二导电区的第二导电支部，所述第二功率芯片为多个，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第二导电区的第二主导电部，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第二导电区的第三导电支部。
在一些实施例中，所述第一导电支部和所述第二导电支部沿所述第二方向交替排布；每个所述第一导电支部和所述第二主导电部的对应位置通过所述第一功率芯片连接，每个所述第二导电支部和所述第一主导电部的对应位置通过所述第一功率芯片连接。
在一些实施例中，所述第三导电区包括：第三主导电部，所述第三主导电部沿所述第二方向延伸且用于接入所述直流电信号；沿所述第二方向排布的多个第四导电支部，所述第四导电支部与所述第三主导电部相连且沿所述第一方向向所述第二导电区延伸；沿所述第二方向排布的多个第五导电支部，所述第五导电支部与所述第三主导电部相连且沿所述第一方向向所述第四导电区延伸；其中，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第三导电区的第四导电支部，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第三导电区的第五导电支部。
在一些实施例中，所述第三导电支部和所述第四导电支部沿所述第二方向交替排布；每个所述第四导电支部和所述第二主导电部的对应位置通过所述第二功率芯片连接，每个所述第三导电支部和对应位置的第五导电支部通过所述第二功率芯片连接。
在一些实施例中，所述第四导电区包括：第四主导电部，所述第四主导电部沿所述第二方向延伸且用于输出所述交流电信号；沿所述第二方向排布的多个第六导电支部，所述第六导电支部与所述第四主导电部相连且向所述第三导电区的方向延伸；其中，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第四导电区的第四主导电部，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第四导电区的第六导电支部。
在一些实施例中，所述第五导电支部和所述第六导电支部沿所述第二方向交替排布；每个所述第六导电支部和对应位置的第四导电支部通过所述第二功率芯片连接，每个所述第五导电支部和所述第四主导电部的对应位置通过所述第二功率芯片连接。
在一些实施例中，多个所述第一功率芯片中的至少一个设置于所述第二导电支部且与所述第一主导电部连接，多个所述第一功率芯片中的至少一个设置于所述第二主导电部且与所述第一导电支部连接。
在一些实施例中，多个所述第二功率芯片中的至少一个设置于所述第四导电支部且分别与所述第二主导电部和所述第六导电支部连接，多个所述第二功率芯片中的至少一个设置于所述第五导电支部且分别与所述第三导电支部和所述第四主导电部连接。
在一些实施例中，所述半导体功率模块还包括：第五导电区和第六导电区，所述第五导电区和所述第六导电区分别与所述第三导电区的两端相连，所述第五导电区和所述第六导电区在所述第二方向上分别位于所述第一导电区的两侧和所述第二导电区的两侧且分别与所述第一导电区和所述第二导电区间隔设置；其中，所述第三导电区通过所述第五导电区和所述第六导电区接入所述直流电信号。
在一些实施例中，所述第一导电区的背向所述第二导电区的一侧具有用于接入所述直流电信号的第一直流连接点，所述第五导电区的远离所述第三导电区的一端具有接入所述直流电信号的第二直流连接点，所述第六导电区的远离所述第三导电区的一端具有接入所述直流电信号的第三直流连接点，所述第四导电区的背向所述第三导电区的一侧具有交流连接点；
其中，所述第一直流连接点、所述第二直流连接点和所述第三直流连接点位于所述衬底的所述第一方向的一侧且沿所述第二方向排布，所述第一直流连接点位于所述第二直流连接点和所述第三直流连接点之间，所述第二直流连接点与所述第三直流连接点所连接的直流电信号的极性相同且与所述第一直流连接点所连接的直流电信号的极性相反，所述交流连接点位于所述衬底的所述第一方向的另一侧。
在一些实施例中，所述半导体功率模块还包括：第七导电区，所述第七导电区位于所述第一导电区的背向所述第二导电区的一侧且与所述第一导电区间隔设置，所述第七导电区的两端分别与所述第五导电区和所述第六导电区相连，所述第三导电区、所述第五导电区、所述第六导电区和所述第七导电区共同围绕所述第一导电区和所述第二导电区。
在一些实施例中，所述半导体功率模块还包括第一小信号导电区，所述第一小信号导电区设置在所述衬底；第一小信号输入基板，所述第一小信号输入基板设置在所述第二导电区，所述第一小信号输入基板分别与所述第一小信号导电区和所述第一功率芯片连接，用于向所述第一功率芯片传输门极信号。
在一些实施例中，所述半导体功率模块还包括第二小信号导电区，所述第二小信号导电区设置在所述衬底；第二小信号输入基板，所述第二小信号输入基板设置在所述第三导电区，所述第二小信号输入基板分别与所述第二小信号导电区和所述第二功率芯片连接，用于向所述第二功率芯片传输门极信号。
在一些实施例中，半导体功率模块还包括：绝缘盖体，所述绝缘盖体安装于所述衬底且覆盖所述第一导电区、所述第二导电区、所述第三导电区、所述第四导电区、所述第一功率芯片和所述第二功率芯片。
本发明第二方面实施例提供一种电机控制器，所述电机控制器包括：散热底板和冷却液通道，所述散热底板安装于所述冷却液通道；根据上述实施例所述的半导体功率模块，所述半导体功率模块设置在所述散热底板。
根据本发明的电机控制器，通过采用上述实施例提供的半导体功率模块，并设置于散热底板上，可以有效减小回路中的杂散电感，且散热性好。
本发明第三方面实施例提供一种车辆，包括：电机和上述实施例所述的电机控制器，所述电机控制器与所述电机连接。
根据本发明的车辆，通过采用上述实施例提供的电机控制器，可以降低电感，提高散热性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的半导体功率模块的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的半导体功率模块的电流流向示意图；
图3是根据本发明另一个实施例的半导体功率模块的示意图；
图4是根据本发明一个实施例的半导体功率模块的俯视图；
图5是根据本发明一个实施例的半导体功率模块的塑封示意图；
图6是根据本发明一个实施例的半导体功率模块塑封后的透视结构示意图；
图7是根据本发明一个实施例的半导体功率模块的侧视图；
图8是根据本发明另一个实施例的半导体功率模块的示意图；
图9是根据本发明一个实施例的电机控制器的结构示意图；
图10是根据本发明一个实施例的车辆的结构框图。
附图标记：
车辆100；
半导体功率模块10；电机控制器20；
衬底1；第一导电区2；第二导电区3；第三导电区4；第四导电区5；第一直流连接点11；第二直流连接点12；第三直流连接点13；交流连接点14；第一功率芯片6；第二功率芯片7；
第一主导电部21；第一导电支部22；第二主导电部31；第二导电支部32；第三导电支部33；第三主导电部43；第四导电支部44；第五导电支部45；第四主导电部51；第六导电支部52；第一小信号导电区8；第二小信号导电区9；第一小信号输入基板34；第二小信号输入基板46；第五导电区101；第六导电区102；第七导电区103；
冷却液通道15；散热底板16；电机17。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
为了解决上述问题，本发明第一方面提出一种半导体功率模块，采用该半导体功率模块可以降低整个模块的杂散电感，提高模块的散热性。
下面参考图1-图8描述本发明实施例的半导体功率模块。
如图1所示，该半导体功率模块10包括衬底1以及设置在衬底1上且沿衬底1的第一方向依次排布的第一导电区2、第二导电区3、第三导电区4和第四导电区5，以及第一功率芯片6和第二功率芯片7。
在实施例中，衬底1可以采用绝缘强度高、导热性能好以及化学性质稳定的绝缘衬底，如绝缘陶瓷，例如Al203、AlN或Si3N4等，由此，通过绝缘衬底1的设置既可以阻断电路与外部器件如散热器的电气连接，起到绝缘作用，又可以为后续功率芯片工作时产生的损耗提供散热通道，提高模块整体的散热性。
其中，衬底1具有彼此正交的第一方向和第二方向，也就是说，若第一方向为衬底1的长度方向，则第二方向则为衬底1的宽度方向；或者，若第一方向为衬底1的宽度方向，则第二方向则为衬底1的长度方向，对此，可以根据实际情况如衬底1的形状进行设定，对此不作限制。
以及，如图1所示，第一导电区2、第二导电区3、第三导电区4和第四导电区5彼此之间存在一定的间隔，以避免因导电区重叠而导致的短路问题，且第一导电区2、第二导电区3、第三导电区4和第四导电区5均沿衬底1的第二方向延伸。以及，第一导电区2和第三导电区4用于接入直流电信号，第四导电区5用于输出交流电信号，以实现半导体功率模块10的电能变换功能。
其中，经印刷工艺在衬底1的两侧附着铜层，衬底1的其中一侧的铜层经蚀刻后形成上述四个导电区，从而衬底1与导电区之间可以形成三层的基板，即铜层-陶瓷层-铜层，由此，基板的背面即远离导电区的一面为整片的裸铜，基板的正面即导电区所在的一面为蚀刻后的铜层，蚀刻后的铜层形成导电通道，进而经电连接后形成半导体功率模块10的半桥电路。
具体地，参考图2所示，基于第一功率芯片6分别与第一导电区2和第二导电区3连接，第二功率芯片7分别与第二导电区3、第三导电区4和第四导电区5连接，在设置多个第一功率芯片6和多个第一功率芯片7时，可以使得其中一部分第一功率芯片6与其中一部分第二功率芯片7形成半桥电路的第一桥臂如半桥电路的上桥臂，以及另一部分第一功率芯片6与另一部分第二功率芯片7形成半桥电路的第二桥臂如半桥电路的下桥臂，从而在半导体功率模块10连通时，第一桥臂与第二桥臂之间形成互感，起到抵消电感的作用，从而降低整个模块的寄生电感。同时，基于第一导电区2、第二导电区3、第三导电区4和第四导电区5沿衬底1的第一方向依次排布的设置，也便于将第一功率芯片6和第二功率芯片7均匀排布于四个导电区中，避免功率芯片排布紧凑的情况，从而利于在降低电感的同时增加散热，提升电流输出能力。
在实施例中，功率芯片可以采用硅或碳化硅或其他半导体材料作为衬底，如功率芯片可以采用碳化硅MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)，或者也可以采用IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)与FRD(Fast Recovery Diode，快恢复二极管)配合的器件，对此不做限制。
其中，在实现功率芯片与不同导电区之间电连接的前提下，对于功率芯片与不同导电区之间的设置方式不做限制，例如功率芯片可以采用焊接贴合或粘结贴合的方式固定于对应的导电区内，或者可以采用悬空的方式设置于对应的导电区处。以及，每个功率芯片可以采用引线的方式实现在不同导电区之间的电连接，例如图3所示，第二导电区3的第一功率芯片6通过引线连接至第一导电区2；或者，每个功率芯片可以采用铜片键合的方式实现在不同导电区之间的电连接，对此不做限制。
其中，对于第一功率芯片6和第二功率芯片7的设置数量可以根据实际需要进行设置，对此不做限制，例如，图1所示的半导体功率模块10中第一功率芯片6的数量为6，第二功率芯片7的数量为6；考虑需输出大电流的情况，可以增加功率芯片的数量，如图3所示，半导体功率模块10中第一功率芯片6的数量为7，第二功率芯片7的数量为7。需要说明的是，第一功率芯片6的总数量与第二功率芯片的总数量相同。
在实施例中，对于第一导电区2、第二导电区3、第三导电区4和第四导电区5的设计形状，可以为规则的导电区如方形导电区，也可以为不规则的导电区如两两导电区之间交错设置或匹配设置等，对此不作限制。
在实施例中，实际应用时，需对半导体功率模块10进行封装，例如，可以采用塑封方式，即将半导体功率模块10的半成品用塑封注塑成型的过程，具体地，将图4所示的半导体功率模块10中的所有结构安装于框架中并进行塑封，以形成一个塑封体模块，塑封后的半导体功率模块10如图5、图6和图7所示。或者，也可以采用灌封方式，即将半导体功率模块10的半成品采用硅凝胶等绝缘材料灌封成型的过程，具体地，将图4所示的半导体功率模块10中的所有结构安装于框架内，并将硅凝胶填充至框架中，以形成一个灌封模块。需要说明的是，半导体功率模块10为一个半桥功率模块，其可以应用于半桥电路中，也可应用于三相全桥电路中，其中，对于塑封方式单个半导体功率模块10形成一个塑封体，即一个半桥电路形成一个塑封体；对于灌封方式，既可以单个半导体功率模块10形成一个灌封体，即一个半桥电路形成一个灌封体，又可以三个半导体功率模块10形成一个灌封体，即三个半桥电路构成的三相全桥电路形成一个灌封体。
根据本发明的半导体功率模块10，基于第一导电区2、第二导电区3、第三导电区4和第四导电区5的布局设计，通过将设置于第二导电区3的第一功率芯片6与第一导电区2连接，以及设置于第三导电区4的第二功率芯片7与第二导电区3、第四导电区5连接，由此在电路连通后可以形成半桥电路的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂与第二桥臂之间形成互感，从而降低整个模块的寄生电感，以及，基于第一导电区2、第二导电区3、第三导电区4和第四导电区5的布局方式，若干的第一功率芯片6和第二功率芯片7均匀排布于四个导电区中，散热性能好，结构简单，集成度高，此外，通过采用绝缘衬底1也可为功率芯片工作时产生的损耗提供散热通道，提高模块整体的散热性。
在一些实施例中，第一功率芯片6和第二功率芯片7在第一方向上排布，例如图1所示，沿第一方向，六个第一功率芯片6设置于第二导电区3且与第一导电区2电连接，六个第二功率芯片7设置于第三导电区4且与第二导电区3和第四导电区5电连接，由此将第一功率芯片6和第二功率芯片7在第一方向上分开排布，可以使得第一功率芯片6和第二功率芯片7在第一方向上串联连接，以形成半导体功率模块10的半桥电路，降低整个模块的寄生电感，同时，也可以避免因功率芯片布局紧凑而造成热量增大的问题。
在一些实施例中，如图1所示，第一功率芯片6为多个，多个第一功率芯片6沿第二方向排布且相邻两个第一功率芯片6在第一方向上错开设置；第二功率芯片7为多个，多个第二功率芯片7沿第二方向排布且相邻两个第二功率芯片7在第一方向上错开设置。由此，通过将沿第二方向排布的功率芯片交错设置，可以在降低电感的同时进一步提高模块的散热性。
在一些实施例中，如图1所示，当第一导电区2接入的直流电信号为负极电信号，且第三导电区4接入的直流电信号为正极电信号时，第一功率芯片6设置于第二导电区3，第二功率芯片7设置于第三导电区4，由此，在实现半导体功率模块10的电能变换功能的前提下，使得第一功率芯片6和第二功率芯片7串联连接，以形成半导体功率模块10的半桥电路，降低整个模块的寄生电感。
在一些实施例中，如图8所示，第一导电区2包括第一主导电部21以及沿第二方向排布的多个第一导电支部22。其中，第一主导电部21沿第二方向延伸且用于接入直流电信号，第一导电支部22与第一主导电部21相连且沿第一方向向第二导电区3延伸；其中，第一功率芯片6为多个，多个第一功率芯片6中的至少一个连接于第一导电区2的第一主导电部21，多个第一功率芯片6中的至少一个连接于第一导电区2的第一导电支部22。由此设置，既可以在半导体功率模块10工作时在其内部形成互感，有效降低整个模块的寄生电感，又可以优化半导体功率模块10内部的结构布局，利于提高整个模块的集成度，此外，基于第一主导电部21和第一导电支部22的布局方式，可以有效将多个第一功率芯片6均匀排布，而不是在将多个第一功率芯片6与导电区的同一导电部位连接，从而避免因功率芯片布局紧凑而造成热量增大的问题，提高模块的散热性。在一些实施例中，如图8所示，第二导电区3包括第二主导电部31、沿第二方向排布的多个第二导电支部32以及沿第二方向排布的多个第三导电支部33。其中，第二主导电部31沿第二方向延伸，第二导电支部32与第二主导电部31相连且沿第一方向向第一导电区2延伸，第三导电支部33与第二主导电部31相连且沿第一方向向第三导电区4延伸。其中，多个第一功率芯片6中的至少一个连接于第二导电区3的第二主导电部31，多个第一功率芯片6中的至少一个连接于第二导电区3的第二导电支部32，第二功率芯片7为多个，多个第二功率芯片7中的至少一个连接于第二导电区3的第二主导电部31，多个第二功率芯片7中的至少一个连接于第二导电区3的第三导电支部33。由此设置，既可以在半导体功率模块10工作时在其内部形成互感，有效降低整个模块的寄生电感，又可以优化半导体功率模块10内部的结构布局，利于提高整个模块的集成度，此外，基于第二主导电部31、第二导电支部32和第三导电支部33的布局方式，可以有效将多个第一功率芯片6和多个第二功率芯片7均匀排布，而不是在以多个功率芯片连接于导电区的同一导电部位的方式排布，从而避免因功率芯片布局紧凑而造成热量增大的问题，提高模块的散热性。
在一些实施例中，第一导电支部22和第二导电支部32沿第二方向交替排布；每个第一导电支部22和第二主导电部31的对应位置通过第一功率芯片6连接，每个第二导电支部32和第一主导电部31的对应位置通过第一功率芯片6连接。由此，通过采用交替排布的方式来布局第一导电支部22和第二导电支部32，可以使得相邻的两个第一功率芯片6在第一方向上错开，从而提高模块的散热性。
此外，基于上述第一导电区2和第二导电区3的布局，可以设置任意数量的第一导电支部22，以及设置与任意数量的第一导电支部22相匹配的第二导电支部32，从而在第一导电区2和第二导电区3处布局第一功率芯片6时，既可以适用排布偶数数量的功率芯片，又可以适用排布奇数数量的功率芯片，不再局限于以对称的方式排布，放置方式多样化，且成本低，结构简单。
在一些实施例中，如图8所示，第三导电区4包括第三主导电部43、沿第二方向排布的多个第四导电支部44以及沿第二方向排布的多个第五导电支部45。
其中，第三主导电部43沿第二方向延伸且用于接入直流电信号；第四导电支部44与第三主导电部43相连且沿第一方向向第二导电区3延伸；第五导电支部45与第三主导电部43相连且沿第一方向向第四导电区5延伸，其中，多个第二功率芯片7中的至少一个连接于第三导电区4的第四导电支部44，多个第二功率芯片7中的至少一个连接于第三导电区4的第五导电支部45。由此设置，既可以在半导体功率模块10工作时在其内部形成互感，有效降低整个模块的寄生电感，又可以优化半导体功率模块10内部的结构布局，利于提高整个模块的集成度，此外，基于第四导电支部44和第五导电支部45的布局方式，可以有效将多个第二功率芯片7均匀排布，而不是在以多个功率芯片连接于导电区的同一导电部位的方式排布，从而避免因功率芯片布局紧凑而造成热量增大的问题，提高模块的散热性。
在一些实施例中，第三导电支部33和第四导电支部44沿第二方向交替排布；每个第四导电支部44和第二主导电部31的对应位置通过第二功率芯片7连接，每个第三导电支部33和对应位置的第五导电支部45通过第二功率芯片7连接。由此，通过采用交替排布的方式来布局第三导电支部33和第四导电支部44，可以使得相邻的两个第二功率芯片7在第一方向上错开，从而提高模块的散热性。
在一些实施例中，如图8所示，第四导电区5包括第四主导电部51以及沿第二方向排布的多个第六导电支部52。其中，第四主导电部51沿第二方向延伸且用于输出交流电信号；第六导电支部52相连且向第三导电区4的方向延伸；其中，多个第二功率芯片7中的至少一个连接于第四导电区5的第四主导电部51，多个第二功率芯片7中的至少一个连接于第四导电区5的第六导电支部52。由此设置，既可以在半导体功率模块10工作时在其内部形成互感，有效降低整个模块的寄生电感，又可以优化半导体功率模块10内部的结构布局，利于提高整个模块的集成度，此外，基于第六导电支部52的布局方式，可以有效将多个第二功率芯片7均匀排布，而不是在以多个功率芯片连接于导电区的同一导电部位的方式排布，从而避免因功率芯片布局紧凑而造成热量增大的问题，提高模块的散热性。
在一些实施例中，第五导电支部45和第六导电支部52沿第二方向交替排布；每个第六导电支部52和对应位置的第四导电支部44通过第二功率芯片7连接，每个第五导电支部45和第四主导电部51的对应位置通过第二功率芯片7连接。由此，通过采用交替排布的方式来布局第五导电支部45和第六导电支部52，可以使得相邻的两个第二功率芯片7在第一方向上错开，从而提高模块的散热性。
此外，基于上述第二导电区3、第三导电区4和第四导电区5的布局，可以设置任意数量的第四导电支部44、第五导电支部45和第六导电支部52，从而在第二导电区3、第三导电区4和第四导电区5处布局第二功率芯片7时，既可以适用排布偶数数量的功率芯片，又可以适用排布奇数数量的功率芯片，不再局限于以对称的方式排布，放置方式多样化，且成本低，结构简单。
在一些实施例中，如图8所示，多个第一功率芯片6中的至少一个设置于第二导电支部32且与第一主导电部21连接，多个第一功率芯片6中的至少一个设置于第二主导电部31且与第一导电支部22连接。由此设置，既可以优化半导体功率模块10内部的结构布局，在增加第一功率芯片6的数量时，通过对应调整第二导电支部32的数量即可对应放置第一功率芯片6，提高模块的灵活应用性，且利于提高整个模块的集成度，又便于半导体功率模块10工作时在其内部形成互感，从而有效降低整个模块的寄生电感。
在一些实施例中，如图8所示，多个第二功率芯片7中的至少一个设置于第四导电支部44且分别与第二主导电部31和第六导电支部52连接；多个第二功率芯片7中的至少一个设置于第五导电支部45且与第三导电支部33和第四主导电部51连接。由此设置，既可以优化半导体功率模块10内部的结构布局，在增加第二功率芯片7的数量时，通过对应调整第五导电支部45的数量即可对应放置第二功率芯片7，提高模块的灵活应用性，且利于提高整个模块的集成度，又便于半导体功率模块10工作时在其内部形成互感，从而有效降低整个模块的寄生电感。
在一些实施例中，第一导电区2和第三导电区4均具有用于接入直流电信号的直流连接点，第四导电区具有输出交流电信号的交流连接点，在实际应用时，半导体功率模块10可以通过直流端子分别与对应的导电区的直流连接点电连接，以及通过交流端子与第四导电区的交流连接点电连接，从而通过直流端子和交流端子来实现半导体功率模块10与外部的连接，以用于接收外部发送的直流电信号和输出交流电信号至外部，从而实现电能变换的功能。
其中，对于每个直流连接点在对应导电区内的设置位置，可以根据实际情况如每个导电区的形状进行设定，如所有直流连接点可以均设置于衬底1的任意一侧，或者每个直流连接点可以任意设置，如分别设置在衬底1的不同侧，对此不作限制。同理，对于交流连接点在第四导电区内的设置位置，可以实际情况进行设定，对此不作限制。
在一些实施例中，半导体功率模块10还包括第五导电区101和第六导电区102，第五导电区101和第六导电区102分别与第三导电区4的两端相连，例如图1或图8所示，第五导电区101和第六导电区102分别与第三导电区4的两端相连以形成一体化导电区；第五导电区101和第六导电区102在第二方向上分别位于第一导电区2的两侧和第二导电区3的两侧且分别与第一导电区2和第二导电区3间隔设置；其中，第三导电区4通过第五导电区101和第六导电区102接入直流电信号。由此通过第五导电区101和第六导电区102分别与第三导电区4相连，可以在衬底1的同一侧接入直流电信号并通过第五导电区101和第六导电区102引至第三导电区4，也就是说，在半导体功率模块10的同一侧接入直流电信号，从而利于降低后续工艺难度。
在一些实施例中，如图1所示，第一导电区2的背向第二导电区3的一侧具有用于接入直流电信号的第一直流连接点11，第五导电区101的远离第三导电区4的一端具有接入直流电信号的第二直流连接点12，第六导电区102的远离第三导电区4的一端具有接入直流电信号的第三直流连接点13，第四导电区5的背向第三导电区4的一侧具有交流连接点14。由此使得第一直流连接点11、第二直流连接点12和第三直流连接点13位于衬底1的同一侧，从而在后续封装时利于降低工艺难度。
其中，如图1所示，第一直流连接点11、第二直流连接点12和第三直流连接点13位于衬底1的第一方向的一侧且沿第二方向排布，第一直流连接点11位于第二直流连接点12和第三直流连接点13之间，交流连接点14位于衬底的第一方向的另一侧。
其中，第二直流连接点12与第三直流连接点13所连接的直流电信号的极性相同且与第一直流连接点11所连接的直流电信号的极性相反。也就是说，若第三直流连接点13与第二直流连接点12所连接的直流电信号为正极，则第一直流连接点11所连接的直流电信号为负极，例如图1所示；或者，若第三直流连接点13与第二直流连接点12所连接的直流电信号为负极，则第一直流连接点11所连接的直流电信号为正极。
具体地，以图1为例，在实际应用时，第一导电区2的第一直流连接点11连接负极端子，第五导电区101的第二直流连接点12连接正极端子，第六导电区102的第三直流连接点13连接正极端子，第四导电区5的交流连接点14连接交流端子。具体地，参考图2所示，第二直流连接点12与第三直流连接点13为高电势直流端，第一直流连接点11为低电势直流端，第一直流连接点11、第二直流连接点12和第三直流连接点13排布于衬底1的同一侧，以及交流连接点14与上述三个直流连接端相对排布，由此设置，半导体功率模块10的半桥电路连通后，高电势直流端连接至交流连接点14形成半桥电路的第一桥臂，交流连接点14连接至低电势直流端形成半桥电路的第二桥臂，从而在半导体功率模块10内，第一桥臂形成的电路和第二桥臂形成的电路之间形成互感，由此即可降低整个模块的寄生电感。
可以理解的是，在实际应用中，用于与直流连接点和交流连接点所连接的直流端子和交流端子均采用导电性和导热性较好的铜材料，以此来实现半导体功率模块10与外部器件的连接。
在一些实施例中，如图8所示，半导体功率模块10还包括第七导电区103，第七导电区103位于第一导电区2的背向第二导电区3的一侧且与第一导电区2间隔设置，第七导电区103的两端分别与第五导电区101和第六导电区102相连，例图8所示，第七导电区103、第五导电区101、第六导电区102和第三导电区4彼此相连形成一体化导电区；第三导电区4、第五导电区101、第六导电区102和第七导电区103共同围绕第一导电区2和第二导电区3。
在一些实施例中，如图8所示，半导体功率模块10还包括第一小信号导电区8和第一小信号输入基板34。
其中，第一小信号导电区8设置在衬底1；第一小信号输入基板34设置在第二导电区3，第一小信号输入基板34分别与第一小信号导电区8和第一功率芯片6连接，用于向第一功率芯片6传输门极信号，也就是说，在第二导电区3处由第一小信号输入基板34单独引出第一功率芯片6的门极信号，从而可以有效输出电路中的小信号，以便于对电路中小信号的控制。
具体地，例如图8所示，可以在第二导电区3中交错设置的第一功率芯片6之间如第二主导电部31处电连接一基板，以作为第一小信号输入基板34，且第一小信号输入基板34与第一小信号导电区8电连接，如两者之间可以采用引线的方式连接，进而将第一功率芯片6的控制端电连接至第一小信号输入基板34，由此通过第一小信号导电区8和第一小信号输入基板34将门极信号传输至第一功率芯片6，达到对第一功率芯片6进行控制的目的，实现对电路中小信号的输出，便于后续对小信号的控制。
在一些实施例中，如图8所示，半导体功率模块10还包括第二小信号导电区9和第二小信号输入基板46。
其中，第二小信号导电区9设置在衬底1；第二小信号输入基板46设置在第三导电区4，第二小信号输入基板46与第二小信号导电区9连接，用于向第二功率芯片7传输门极信号，也就是说，在第三导电区4处由第二小信号输入基板46单独引出第二功率芯片7的门极信号，从而可以有效输出电路中的小信号，以便于对电路中小信号的控制。
具体地，例如图8所示，可以在第三导电区4中交错设置的第二功率芯片7之间如第三主导电部43处电连接一基板，以作为第二小信号输入基板46，且第二小信号输入基板46与第二小信号导电区9电连接，如两者之间可以采用引线的方式连接，进而将第二功率芯片7的控制端电连接至第一小信号输入基板34，由此通过第二小信号导电区9和第二小信号输入基板46将门极信号传输至第二功率芯片7，达到对第二功率芯片7进行控制的目的，实现对电路中小信号的输出，便于后续对小信号的控制。
此外，在实施例中，第一小信号输入基板34或第二小信号输入基板46至少包括导电层和绝缘层，其中，绝缘层与对应的主导电部电连接，如可以焊接贴合或粘结贴合于对应的主导电部上，或者悬空于对应的主导电部处且与对应的主导电部电连接，对此不作限制。其中，在设置第一小信号输入基板34或第二小信号输出基板46的位置时，第一小信号输入基板34或第二小信号输入基板46的绝缘层与对应的主导电部电连接，第一小信号输入基板34或第二小信号输入基板46的导电层与对应的小信号导电区电连接。
在实施例中，对于第一小信号导电区8和第二小信号导电区9在衬底1上的位置可以根据实际情况进行设置，对此不做限制。例如，如图8所示，沿衬底1的第一方向延伸的第一小信号导电区8和沿衬底1的第一方向延伸的第二小信号导电区9在第二方向上分别位于第四导电区5的两侧。或者，第一小信号导电区8位于第二导电区3的一侧，以便于与第一小信号输入基板34连接；第二小信号导电区9位于第三导电区4的一侧，以便于与第二小信号输入基板46连接。
在一些实施例中，半导体功率模块10还包括绝缘盖体，绝缘盖体安装于衬底1且覆盖第一导电区2、第二导电区3、第三导电区4、第四导电区56、第一功率芯片和第二功率芯片7，以起到绝缘和保护器件的作用。
总之，根据本发明的半导体功率模块10，具有集成度高、散热性能好以及结构简单的优点。
本发明第二方面实施例提供一种电机控制器，如图9所示，该电机控制器20包括散热底板16、冷却液通道15以及上述实施例提供的半导体功率模块10。
其中，散热底板16安装于冷却液通道15；至少一个半导体功率模块10设置在散热底板16上。
例如，如图9所示，将三个并联设置的半导体功率模块10以一字型排布，并在其底部焊接散热底板18，冷却液通道15如水道上有开槽，散热底板16安装于冷却液通道15的开槽上，以用于对半导体功率模块10起到散热功能，设计工艺简单，易于实现且操作方便。
在实施例中，基于上述实施例提供的半导体功率模块10的结构布局均匀且散热效果好，电机控制器20既可以适用于各种冷却液通道应用，如串联冷却液通道或并联冷却液通道等，提高电机控制器20应用的灵活性，且在应用时回路中的杂散电感小。
根据本发明的电机控制器20，通过采用上述实施例提供的半导体功率模块10，并设置于散热底板16上，可以有效减小回路中的杂散电感，且散热性好。
本发明第三方面实施例提供一种车辆，如图10所示，该车辆100包括电机17和上述实施例提供的电机控制器20，电机控制器20的半导体功率模块10与电机17连接。
根据本发明的车辆100，通过采用上述实施例提供的电机控制器20，可以降低电感，提高散热性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (21)

1.一种半导体功率模块，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底具有彼此正交的第一方向和第二方向；
间隔设置在所述衬底上且沿所述衬底的第一方向依次排布的第一导电区、第二导电区、第三导电区和第四导电区，所述第一导电区、所述第二导电区、所述第三导电区和所述第四导电区均沿所述衬底的第二方向延伸，其中，所述第一导电区和所述第三导电区用于接入直流电信号，所述第四导电区用于输出交流电信号；
第一功率芯片和第二功率芯片，所述第一功率芯片分别与所述第一导电区和所述第二导电区连接，所述第二功率芯片分别与所述第二导电区、所述第三导电区和所述第四导电区连接。
2.根据权利要求1所述的半导体功率模块，其特征在于，还包括：
第五导电区和第六导电区，所述第五导电区和所述第六导电区分别与所述第三导电区的两端相连，所述第五导电区和所述第六导电区在所述第二方向上分别位于所述第一导电区的两侧和所述第二导电区的两侧且分别与所述第一导电区和所述第二导电区间隔设置；
其中，所述第三导电区通过所述第五导电区和所述第六导电区接入所述直流电信号。
3.根据权利要求2所述的半导体功率模块，其特征在于，还包括：
第七导电区，所述第七导电区位于所述第一导电区的背向所述第二导电区的一侧且与所述第一导电区间隔设置，所述第七导电区的两端分别与所述第五导电区和所述第六导电区相连，所述第三导电区、所述第五导电区、所述第六导电区和所述第七导电区共同围绕所述第一导电区和所述第二导电区。
4.根据权利要求1所述的半导体功率模块，其特征在于，所述第一功率芯片和所述第二功率芯片在所述第一方向上排布。
5.根据权利要求1所述的半导体功率模块，其特征在于，所述第一功率芯片为多个，多个所述第一功率芯片沿所述第二方向排布且相邻两个所述第一功率芯片在所述第一方向上错开设置；
所述第二功率芯片为多个，多个所述第二功率芯片沿所述第二方向排布且相邻两个所述第二功率芯片在所述第一方向上错开设置。
6.根据权利要求1所述的半导体功率模块，其特征在于，所述第一功率芯片设置于所述第二导电区，所述第二功率芯片设置于所述第三导电区。
7.根据权利要求1所述的半导体功率模块，其特征在于，所述第一导电区包括：
第一主导电部，所述第一主导电部沿所述第二方向延伸且用于接入所述直流电信号；
沿所述第二方向排布的多个第一导电支部，所述第一导电支部与所述第一主导电部相连且沿所述第一方向向所述第二导电区延伸；
其中，所述第一功率芯片为多个，多个所述第一功率芯片中的至少一个连接于所述第一导电区的第一主导电部，多个所述第一功率芯片中的至少一个连接于所述第一导电区的第一导电支部。
8.根据权利要求7所述的半导体功率模块，其特征在于，所述第二导电区包括：
第二主导电部，所述第二主导电部沿所述第二方向延伸；
沿所述第二方向排布的多个第二导电支部，所述第二导电支部与所述第二主导电部相连且沿所述第一方向向所述第一导电区延伸；
沿所述第二方向排布的多个第三导电支部，所述第三导电支部与所述第二主导电部相连且沿所述第一方向向所述第三导电区延伸；
其中，多个所述第一功率芯片中的至少一个连接于所述第二导电区的第二主导电部，多个所述第一功率芯片中的至少一个连接于所述第二导电区的第二导电支部，所述第二功率芯片为多个，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第二导电区的第二主导电部，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第二导电区的第三导电支部。
9.根据权利要求8所述的半导体功率模块，其特征在于，所述第一导电支部和所述第二导电支部沿所述第二方向交替排布；
每个所述第一导电支部和所述第二主导电部的对应位置通过所述第一功率芯片连接，每个所述第二导电支部和所述第一主导电部的对应位置通过所述第一功率芯片连接。
10.根据权利要求8所述的半导体功率模块，其特征在于，所述第三导电区包括：
第三主导电部，所述第三主导电部沿所述第二方向延伸且用于接入所述直流电信号；
沿所述第二方向排布的多个第四导电支部，所述第四导电支部与所述第三主导电部相连且沿所述第一方向向所述第二导电区延伸；
沿所述第二方向排布的多个第五导电支部，所述第五导电支部与所述第三主导电部相连且沿所述第一方向向所述第四导电区延伸；
其中，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第三导电区的第四导电支部，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第三导电区的第五导电支部。
11.根据权利要求10所述的半导体功率模块，其特征在于，所述第三导电支部和所述第四导电支部沿所述第二方向交替排布；
每个所述第四导电支部和所述第二主导电部的对应位置通过所述第二功率芯片连接，每个所述第三导电支部和对应位置的第五导电支部通过所述第二功率芯片连接。
12.根据权利要求10所述的半导体功率模块，其特征在于，所述第四导电区包括：
第四主导电部，所述第四主导电部沿所述第二方向延伸且用于输出所述交流电信号；
沿所述第二方向排布的多个第六导电支部，所述第六导电支部与所述第四主导电部相连且向所述第三导电区的方向延伸；
其中，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第四导电区的第四主导电部，多个所述第二功率芯片中的至少一个连接于所述第四导电区的第六导电支部。
13.根据权利要求12所述的半导体功率模块，其特征在于，所述第五导电支部和所述第六导电支部沿所述第二方向交替排布；
每个所述第六导电支部和对应位置的第四导电支部通过所述第二功率芯片连接，每个所述第五导电支部和所述第四主导电部的对应位置通过所述第二功率芯片连接。
14.根据权利要求8所述的半导体功率模块，其特征在于，多个所述第一功率芯片中的至少一个设置于所述第二导电支部且与所述第一主导电部连接，多个所述第一功率芯片中的至少一个设置于所述第二主导电部且与所述第一导电支部连接。
15.根据权利要求12所述的半导体功率模块，其特征在于，多个所述第二功率芯片中的至少一个设置于所述第四导电支部且分别与所述第二主导电部和所述第六导电支部连接，多个所述第二功率芯片中的至少一个设置于所述第五导电支部且分别与所述第三导电支部和所述第四主导电部连接。
16.根据权利要求2所述的半导体功率模块，其特征在于，所述第一导电区的背向所述第二导电区的一侧具有用于接入所述直流电信号的第一直流连接点，所述第五导电区的远离所述第三导电区的一端具有接入所述直流电信号的第二直流连接点，所述第六导电区的远离所述第三导电区的一端具有接入所述直流电信号的第三直流连接点，所述第四导电区的背向所述第三导电区的一侧具有交流连接点；
其中，所述第一直流连接点、所述第二直流连接点和所述第三直流连接点位于所述衬底的所述第一方向的一侧且沿所述第二方向排布，所述第一直流连接点位于所述第二直流连接点和所述第三直流连接点之间，所述第二直流连接点与所述第三直流连接点所连接的直流电信号的极性相同且与所述第一直流连接点所连接的直流电信号的极性相反，所述交流连接点位于所述衬底的所述第一方向的另一侧。
17.根据权利要求1所述的半导体功率模块，其特征在于，还包括：
第一小信号导电区，所述第一小信号导电区设置在所述衬底；
第一小信号输入基板，所述第一小信号输入基板设置在所述第二导电区，所述第一小信号输入基板分别与所述第一小信号导电区和所述第一功率芯片连接，用于向所述第一功率芯片传输门极信号。
18.根据权利要求1所述的半导体功率模块，其特征在于，还包括：
第二小信号导电区，所述第二小信号导电区设置在所述衬底；
第二小信号输入基板，所述第二小信号输入基板设置在所述第三导电区，所述第二小信号输入基板分别与所述第二小信号导电区和所述第二功率芯片连接，用于向所述第二功率芯片传输门极信号。
19.根据权利要求1所述的半导体功率模块，其特征在于，还包括：
绝缘盖体，所述绝缘盖体安装于所述衬底且覆盖所述第一导电区、所述第二导电区、所述第三导电区、所述第四导电区、所述第一功率芯片和所述第二功率芯片。
20.一种电机控制器，其特征在于，包括：
散热底板和冷却液通道，所述散热底板安装于所述冷却液通道；
根据权利要求1-19中任一项所述的半导体功率模块，所述半导体功率模块设置于所述散热底板。
21.一种车辆，其特征在于，包括：
电机；
根据权利要求20所述的电机控制器，所述电机控制器与所述电机连接。
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