CN117038627B - 一种功率模块结构及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功率模块结构及电子设备，功率模块结构包括设置于基板上的功率模块，功率模块包括上管芯片单元和下管芯片单元；每个上管芯片单元包括至少一个上管芯片，每个下管芯片单元包括至少一个下管芯片；基板的至少两侧均设有直流功率端子单元，每个直流功率端子单元至少包括直流正极端子和直流负极端子；其中，每个上管芯片均对应一个下管芯片，构成一功率模块的桥臂；且每个桥臂均与其距离最靠近的直流功率端子单元相对应，对每一侧的直流功率端子单元而言，下管芯片单元在距离上更靠近直流负极端子，上管芯片单元在距离上更靠近直流正极端子，以使每个由直流正极端子、上管芯片、下管芯片、直流负极端子构成的电流包络回路的面积最小。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子功率模块领域，尤其涉及一种功率模块结构及电子设备。
背景技术
半导体功率模块目前朝着大功率、高电压、高效率与高开关速度的方向发展，而且随着碳化硅模块的广泛开发与应用，模块的开关速度进一步提高。在相同的回路杂散电感的情况下，功率模块的开关速度越高，则开关过程中的电压尖峰越高。为了减少该电压尖峰，保证功率模块工作在安全的电压范围内，可以通过调低开关速度或者减少回路杂散电感的方法，来调低开关速度可以减少电压尖峰，但是开关速度的降低会带来较大的开关损耗，导致功率模块因为损耗产生的高温而导致功率模块的输出电流能力下降。因此，减少回路中的杂散电感对高速开关的功率模块变得尤为重要。这不仅可以使功率模块的工作电压更安全，而且可以提高使功率模块的输出电流能力。同时，功率模块的输出电流能力在相同的情况下，回路的杂散电感越小，使用芯片的总面积越小，则功率模块的成本越低。
请参考图1，图1所示为现有技术典型的半桥结构功率模块的电流回路示意图，其中，2个DC+端子与1个DC-端子均排布在模块的同一侧，回路杂散电感的大小主要与由DC+端子、上管芯片、下管芯片、DC-端子构成的这一回路所形成的物理连接的包络面积有较强的相关性，在图1所示的现有技术中，开关芯片均匀分布在铜基板上，其中上管芯片距离DC+端子较远，这就导致了从DC+端子出发至上管芯片的路径较长，回路在水平方向上的距离较长，即使回来的路径与其间距较小，电流回路总包络面积依然较大，会产生较大的杂散电感。
除了模块的杂散电感之外，功率模块另一个主要的考虑点是均流度，功率模块内并联芯片的均流度越好，则芯片的利用率会越高，所需的芯片的面积及其成本就越小。而芯片的均流度基本上随着芯片并联个数增加而变差，这是因为芯片的并联个数越多，电路走线空间会变得更为困难，使不同回路中连接芯片的个数会产生较大的差异，进而改变了不同回路的连接阻抗，而这些连接阻抗的差异导致了芯片之间的均流度变差。
因而，提供一种低杂散电感及高均流度的功率模块已成为业界亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种功率模块结构、电路结构及电子设备，以降低回路中的杂散电感及提高芯片之间的均流度。
根据本发明的第一方面，提供了一种功率模块结构，包括：
基板，其上设置有金属结构；
功率模块，设置于所述金属结构上；所述功率模块包括上管芯片单元和下管芯片单元；每个上管芯片单元包括至少一个上管芯片，每个下管芯片单元包括至少一个下管芯片；上管芯片与下管芯片的数量的总和大于等于4；
n个直流功率端子单元；每个直流功率端子单元至少包括直流正极端子和直流负极端子；所述n个直流功率端子单元设置于所述基板的不同侧；且所述直流正极端子的数量与所述直流负极端子的数量均分别为至少一个；其中，n为正整数，且2≤n；
其中，每个上管芯片均分别对应一个下管芯片，以构成功率模块的一桥臂；且每个桥臂均与其距离最靠近的一直流功率端子单元相对应，且对于每一侧的直流功率端子单元而言，下管芯片单元在距离上更靠近直流负极端子，上管芯片单元在距离上更靠近直流正极端子；每个桥臂的上管芯片的第二端与下管芯片的第一端通过设置于所述金属结构实现电性连接；且所有上管芯片中存在至少一个上管芯片的第一端通过所述金属结构电性连接至对应的直流正极端子，所有下管芯片中存在至少一个下关管芯片的第二端通过所述金属结构电性连接至对应的直流负极端子，以使得每个由直流正极端子、上管芯片、下管芯片、直流负极端子构成的电流包络回路的面积最小。
可选的，所述对于每一侧的直流功率端子单元而言，下管芯片单元在距离上更靠近直流负极端子，上管芯片单元在距离上更靠近直流正极端子，具体包括：
若所述直流功率端子单元包括1个直流正极端子和1个直流负极端子，则所述上管芯片单元在距离上更靠近所述直流正极端子、所述下管芯片单元在距离上更靠近所述直流负极端子；
若所述直流功率端子单元包括的直流正极端子与直流负极端子中至少之一的数量为两个以上，则每一侧直流功率端子单元对应的上管芯片与下管芯片相对于该侧的直流功率端子单元的对称轴呈轴对称分布，且上管芯片单元在距离上更靠近直流正极端子、所述下管芯片单元在距离上更靠近直流负极端子。
可选的，所述功率模块的结构为半桥、全桥、三相桥中的任一种。
可选的，当所述功率模块的结构为半桥，则每个桥臂的上管芯片的第二端与下管芯片的第一端通过设置于所述金属结构实现电性连接，且每个上管芯片的第一端通过所述金属结构电性连接至对应的直流正极端子，对应桥臂的下管芯片第二端通过所述金属结构电性连接至对应的直流负极端子。
可选的，所述功率模块的结构为DNPC、ANPC、TNPC中的任一种。
可选的，所述每个直流功率端子单元还包括接地端子。
可选的，还包括至少1个交流输出端子和至少1个信号端子；所述交流输出端子和所述信号端子设置于所述基板的任一侧，并通过所述金属结构与所述功率模块电性连接。
可选的，还包括塑壳，所述塑壳具有一容置空间，所述基板及所述功率模块封装于所述容置空间内，且所述直流功率端子单元、交流输出端子以及信号端子均延伸出所述塑壳外。
可选的，还包括系统电容，所述系统电容设置于所述塑壳外，且所述系统电容与所述直流功率端子单元电性连接。
可选的，所述系统电容的数量为一个，所有的直流功率端子单元均与该系统电容电性连接，其中，该系统电容通过连接母排与相应的直流功率端子单元电性连接，且所述连接母排的个数小于或等于所述直流功率端子单元的个数。
可选的，所述系统电容的数量为两个以上，每个系统电容均与所述直流功率端子单元电性连接，其中，每个系统电容均通过连接母排与所述直流功率端子单元电性连接，且所述连接母排的个数小于等于所述直流功率端子单元的个数。
可选的，所述金属结构与所述上管芯片、下管芯片、所述直流功率端子单元、交流输出端子以及信号端子进行电性连接的具体方式至少包括烧结、焊接、压力连接。
可选的，所述上管芯片与下管芯片为MOS管、IGBT管、GaN HEMT、二极管中的任一种。
根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括本发明第一方面及可选方案所提供的功率模块结构。
本发明提供的功率模块结构，通过将多个所述直流功率端子单元分别设置于所述基板的不同侧，以增多电流回路的并联个数，以降低回路的杂散电感。通过设置下管芯片单元在距离上更靠近直流负极端子，上管芯片单元在距离上更靠近直流正极端子，以降低单个电流回路的包络面积及减少所述上管芯片单元内上管芯片的并联个数和减少所述下管芯片单元内下管芯片的并联个数，以进一步提高回路的杂散电感及提高上/下管芯片之间的均流度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为现有技术功率模块结构的电流回路示意图；
图2为本发明实施例提供的功率模块结构的结构图一；
图3为本发明一实施例提供的功率模块结构的直流功率端子单元与芯片的排布示意图；
图4为本发明另一实施例提供的功率模块结构的直流功率端子单元与芯片的排布示意图；
图5为本发明又一实施例提供的功率模块结构的直流功率端子单元与芯片的排布示意图；
图6为本发明又一实施例提供的功率模块结构的直流功率端子单元与芯片的排布示意图；
图7为本发明实施例提供的功率模块结构的结构图二；
图8为图1所示的现有技术中上/下管芯片单元中4个并联芯片的电流测试结果图；
图9为图3所示的实施例中下管芯片单元中4个并联芯片的电流测试结果图。
附图标记：
1-基板；
2-信号端子；
3-直流正极端子；
4-直流负极端子；
5-交流输出端子；
6-上管芯片；
7-塑壳；
8-系统电容；
9-金属结构；
10-下管芯片。
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做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。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在对本发明实施例进行阐述之前，先对本发明的设计思路进行简要说明：
在功率模块中，一般包括上管芯片单元和下管芯片单元，其中，上管芯片单元包括若干并联的上管芯片，下管芯片单元包括若干并联的下管芯片。通过设置在基板一侧的直流正极端子连接至某一上管芯片，该上管芯片与对应的连接至下管芯片连接后，该下管芯片连接至同侧的直流负极端子，以构成一个基本的半桥电流回路。而回路中的杂散电感主要就是受电流回路的包络面积的影响，不同的具有并联关系的电流回路产生的杂散电感可视为杂散电感的并联，因此影响回路中并联支路总的杂散电感大小的主要因素为单个电流回路的包络面积及电流回路的并联数量；其中，若单个电流回路的包络面积越小，则回路中的杂散电感越小；若电流回路的并联数量越多，则回路中的杂散电感越小。相较于现有技术只在基板的一侧设置功率端子，导致单个电流回路的包络面积较大，本发明在基板的多侧中的至少两侧均设置功率端子，并使上管芯片单元尽量靠近直流正极端子，使下管芯片单元尽量靠近直流负极端子，以降低单个电流回路的包络面积并增加电流回路的并联数量。同时，现有技术因上管芯片单元和下管芯片单元中并联的上管芯片和下管芯片过多，而导致芯片之间的均流度不理想。本发明根据上述设计，在将降低单个电流回路的包络面积及提高电流回路的并联数量的同时，还能降低上管芯片单元和下管芯片单元中并联的上管芯片数量和下管芯片数量，以提升芯片之间的均流度。
请参考图2，本发明实施例提供了一种功率模块结构，包括：
基板1，其上设置有金属结构9；
功率模块，设置于所述金属结构9上；所述功率模块包括上管芯片单元和下管芯片单元；每个上管芯片单元包括至少一个上管芯片6，每个下管芯片单元包括至少一个下管芯片10；其中，上管芯片6与下管芯片10的数量的总和大于等于4；
n个直流功率端子单元；每个直流功率端子单元至少包括直流正极端子3和直流负极端子4；所述n个直流功率端子单元均匀地设置于所述基板1的不同侧；且所述直流正极端子3的数量与所述直流负极端子4的数量均分别为至少一个；其中，n为正整数，且2≤n；
其中，每个上管芯片6均分别对应一个下管芯片10，以构成功率模块的一桥臂；且每个桥臂均与其距离最靠近的一直流功率端子单元相对应，且对于每一侧的直流功率端子单元而言，下管芯片单元在距离上更靠近直流负极端子4，上管芯片单元在距离上更靠近直流正极端子3；每个桥臂的上管芯片6的第二端与下管芯片10的第一端通过设置于所述金属结构9实现电性连接；且所有上管芯片6中存在至少一个上管芯片6的第一端通过所述金属结构9电性连接至对应的直流正极端子3，所有下管芯片10中存在至少一个下关管芯片10的第二端通过所述金属结构9电性连接至对应的直流负极端子4，以使得每个由直流正极端子3、上管芯片6、下管芯片10、直流负极端子4构成的电流包络回路的面积最小。
本发明实施例通过上述技术方案，以实现低回路杂散电感和上/下管芯片之间的高均流度。
其中，关于直流功率端子单元存在多种不同的设计方案，并且上管芯片与下管芯片的排布也适应性地跟随直流功率端子单元的设计而变化。其中：
若所述直流功率端子单元包括1个直流正极端子和1个直流负极端子，则所述上管芯片单元在距离上更靠近所述直流正极端子、所述下管芯片单元在距离上更靠近所述直流负极端子；
若所述直流功率端子单元包括的直流正极端子与直流负极端子中至少之一的数量为两个以上，则每一侧直流功率端子单元对应的上管芯片与下管芯片相对于该侧的直流功率端子单元的对称轴呈轴对称分布，且上管芯片单元在距离上更靠近直流正极端子、所述下管芯片单元在距离上更靠近直流负极端子。
作为一种具体实施方式，所述上管芯片单元和所述下管芯片单元可以按照N行、M列均匀排布；其中，N、M均为正整数，且N≥1，M≥1，N和M不同时为1，其具有的有益效果为：均排布的所述上管芯片单元和所述下管芯片单元也可以起到降低单个电流回路的包络面积的作用，进而降低单个电流回路的杂散电感。其中，均匀排布主要为以对称轴为分界线，将所述上管芯片单元和所述下管芯片单元按照行列进行排布。当然，所述上管芯片单元和所述下管芯片单元也可以不均匀排布，可根据实际需求进行调整，在此不做限定。
当所述功率模块的结构为半桥，则每个桥臂的上管芯片的第二端与下管芯片的第一端通过设置于所述金属结构实现电性连接，且每个上管芯片的第一端通过所述金属结构电性连接至对应的直流正极端子，对应桥臂的下管芯片第二端通过所述金属结构电性连接至对应的直流负极端子。以下对所述功率模块的结构为半桥的几个具体实施方式进行说明。
请参考图3，图3为本发明一实施例中提供的功率模块结构的直流功率端子单元与芯片的排布示意图；如图3所示，本实施例中的功率模块结构设置了1个上管芯片单元和2个下管芯片单元，在基板1的两侧对称设置了2个直流功率端子单元。其中，每个直流功率端子单元均分别设置了2个直流正极端子3和1个直流负极端子4；上管芯片单元内设置了8个并联的上管芯片6，每个下管芯片单元内各设置了4个并联的下管芯片10。其中，2个直流功率端子单元在基板上呈轴对称排布，且所有的上管芯片与所有的下管芯片在基板上也呈轴对称排布；其中，对称轴例如为图3所示的基板上下侧边的中垂线。并且，由于每个直流功率端子单元仅包括一个直流负极端子，优先将下管芯片单元设置为靠近直流负极端子。
图3所示结构的电流回路如图3中箭头所示，电流从其中一个直流正极端子3依次流入相近的上管芯片6、下管芯片10、再经同侧的直流负极端子4流出，与外部电路构成一电流回路。另一侧从直流正极端子3至直流负极端子4与外部电路构成的电流回路也同理。相较于图1，图3所示的实施例在单侧电流回路上降低了电流回路的横向距离，减小了电流回路的包络面积，以降低单个电流回路的杂散电感；又因为多设置了1侧直流功率端子单元，所以也增加了电流回路的并联个数，以进一步降低回路整体的杂散电感。除了降低杂散电感外，相较于图1，图3的设置也降低了下管芯片单元内下管芯片10的最小并联个数，提高了下管芯片10之间的均流度。
关于本发明实施例提供的功率模块结构与现有技术的功率模块结构的效果比对，请参照图8与图9，其中，图8为图1所示的现有技术中上/下管芯片单元中4个并联芯片的电流测试结果图；图9为图3所示的实施例中下管芯片单元中4个并联芯片的电流测试结果图；如图8所示，在8颗芯片并联的上/下管芯片单元内，4颗并联芯片彼此之间的电流差距最高可达1.76倍。而如图9所示，在4颗芯片并联的下管芯片单元内，4颗并联芯片彼此之间的电流差距最大只有1.13倍，相较于现有技术而言，本发明实施例提供的技术方案的均流性显著提高。
请继续参考图4，图4为本发明另一实施例中提供的功率模块结构的直流功率端子单元与芯片的排布示意图，本实施例中的功率模块结构设置了2个上管芯片单元和2个下管芯片单元，在基板的两侧也对称设置了2个直流功率端子单元。其中，每个直流功率端子单元均分别设置了1个直流正极端子3和1个直流负极端子4；每个上管芯片单元均包括一个上管芯片，每个下管芯片单元均包括一个下管芯片。在此情况下，2个直流功率端子单元在基板上呈轴对称排布，且所有的上管芯片与所有的下管芯片在基板上也呈轴对称排布；其中，对称轴例如为图4所示的基板左右侧边的中垂线。因为每个直流功率端子单元均只包括一个直流正极端子和一个直流负极端子，则设置上管芯片单元和下管芯片单元均分别靠近直流正极端子和直流负极端子。
图4所述的实施例中，构成电流回路的方式与图3所述的实施例相同，且具有的有益效果与图3类似，在此不再赘述。
请继续参考图5，图5为本发明又一实施例中提供的功率模块结构的直流功率端子单元与芯片的排布示意图，本实施例中的功率模块结构设置了3个上管芯片单元和3个下管芯片单元，在基板的三侧也分别设置了3个直流功率端子单元。其中，每个直流功率端子单元均分别设置了2个直流正极端子3和1个直流负极端子4；2个上管芯片单元内只设置了1个上管芯片6，另一个上管芯片单元内设置了4个上管芯片6；每个下管芯片单元内各设置了2个并联的下管芯片10。其中，3个直流功率端子单元在基板上呈轴对称排布，且所有的上管芯片与所有的下管芯片在基板上也呈轴对称排布；其中，对称轴例如为图5所示的基板上下侧边的中垂线及左右侧的中垂线。并且，由于每个直流功率端子单元仅包括一个直流负极端子，优先将下管芯片单元设置为靠近直流负极端子，并设置只含1个上管芯片6的上管芯片单元靠近非对称侧的两个直流正极端子。
请继续参考图6，图6为本发明又一实施例中提供的功率模块结构的直流功率端子单元与芯片的排布示意图，本实施例中的功率模块结构设置了5个上管芯片单元和4个下管芯片单元，在基板的4侧也分别设置了4个直流功率端子单元。其中，每个直流功率端子单元均分别设置了2个直流正极端子3和1个直流负极端子4；4个上管芯片单元内只设置了1个上管芯片6，另一个上管芯片单元内设置了4个上管芯片6；每个下管芯片单元内各设置了2个并联的下管芯片10。其中，4个直流功率端子单元在基板上呈轴对称排布，且所有的上管芯片与所有的下管芯片在基板上也呈轴对称排布；其中，对称轴例如为图5所示的基板上下侧边的中垂线及左右侧的中垂线。并且，由于每个直流功率端子单元仅包括一个直流负极端子，优先将下管芯片单元设置为靠近直流负极端子，并设置只含1个上管芯片6的上管芯片单元靠近2个对称侧中的其中一个对称侧中的四个直流正极端子。
当然，关于直流功率端子单元的设计、上管芯片与下管芯片的排布还存在其他类型的实施例，例如多个直流功率端子单元均分别设置2个直流负极端子和1个直流正极端子的实施例；多个直流功率端子单元均分别设置2个直流负极端子和1个直流正极端子，其余直流功率端子单元均分别设置2个直流正极端子和1个直流负极端子。这些实施例中直流功率端子单元与芯片的排布规则，与上述实施例相似，在此不再赘述。
当然，所述功率模块的结构除了半桥结构外可以为其他结构，例如全桥、三相桥、DNPC、ANPC、TNPC等结构，在此不做限定。其中，若所述功率模块的结构为全桥、三相桥、DNPC、ANPC、TNPC等其他结构，则所述直流功率端子还包括接地端子。
作为一种具体实施方式，如图3-图6所示，所述功率模块结构还包括至少1个交流输出端子5和至少1个信号端子2，且所述交流输出端子5和所述信号端子2可设置于所述基板1的任一侧，并通过所述金属结构9与所述功率模块电性连接。其中，所述交流输出端子5的具体个数以及所述信号端子2的具体个数均可根据实际需求进行设置，在此不做限定。
作为一种具体实施方式，所述基板1可以是覆铜陶瓷基板1，也可以是绝缘金属基板1，也可以是其他类型的基板1，在此不做限定。所述基板1的主要功能是作为上/下管芯片、信号端子2、直流正/负极端子进行电性连接的平台，以及作为上/下管芯片的散热路径和均热路径。
请参考图2，作为一种具体实施方式，所述功率模块结构还包括塑壳7，所述塑壳7具有一容置空间，所述基板1及所述功率模块封装于所述容置空间内，且所述直流功率端子单元、交流输出端子5以及信号端子2均延伸出所述塑壳7外。其中，所述塑壳7可以由塑封工艺形成，也可以是由壳封工艺形成，也可以由其他具有模块封装作用的工艺形成，在此不做限定。
请参考图2，作为一种具体实施方式，所述功率模块结构还包括系统电容8，所述系统电容8设置于所述塑壳7外，且所述系统电容8与所述直流功率端子单元电性连接。所述系统电容8具体用于电流回路中的直流电源，通过所述直流正极端子3和所述直流负极端子4为电流回路提供直流电；其中，若所述系统电容8的数量为一个，则所述系统电容8设置于所述塑壳7的下方，当然，也可以将该系统电容8置于侧边或是上方等，在此不做限定，所有的直流功率端子单元均与该系统电容8电性连接；其中，该系统电容8通过连接母排与相应的直流功率端子单元电性连接，且所述连接母排的个数小于或等于所述直流功率端子单元的个数。请参考图7，若所述系统电容8的数量为两个以上，则所述系统电容8可设置于所述塑壳7的侧面和/或上方或下方，在此不做限定，且每个系统电容8均与所述直流功率端子单元电性连接；其中，每个系统电容8均通过连接母排与所述直流功率端子单元电性连接，且所述连接母排的个数小于等于所述直流功率端子单元的个数。具体的，相较于将系统电容8设置至侧边，将系统电容8设置于上方或下方可以减小功率模块结构的平面尺寸。当然，所述系统电容8具体位置可以根据实际需求进行设置，在此不做限定。
作为一种具体实施方式，所述金属结构与所述上管芯片、下管芯片、所述直流功率端子单元、交流输出端子以及信号端子进行电性连接的具体方式至少包括烧结、焊接、压力连接。当然，也可以是其他封装的电性连接方式，在此不做限定。
作为一种具体实施方式，所述上/下管芯片的类型至少包括MOS管、IGBT管、GaNHEMT、二极管中的任一种，可以根据实际需求进行设置，在此不做限定。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括本发明实施例所述的功率模块结构。
综上所示，本发明实施例提供的功率模块结构，通过将多个所述直流功率端子单元分别设置于所述基板的不同侧，以增多电流回路的并联个数，以降低回路的杂散电感。通过将所述上管芯片单元和下管芯片单元按照N行、M列均匀分布；同时，设置下管芯片单元在距离上更靠近直流负极端子，上管芯片单元在距离上更靠近直流正极端子，以降低单个电流回路的包络面积及减少所述上管芯片单元内上管芯片的并联个数和减少所述下管芯片单元内下管芯片的并联个数，以进一步提高回路的杂散电感及提高上/下管芯片之间的均流度。
最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (14)
1.一种功率模块结构，其特征在于，包括：
基板，其上设置有金属结构；
功率模块，设置于所述金属结构上；所述功率模块包括上管芯片单元和下管芯片单元；每个上管芯片单元包括至少一个上管芯片，每个下管芯片单元包括至少一个下管芯片；上管芯片与下管芯片的数量的总和大于等于4；
n个直流功率端子单元；每个直流功率端子单元至少包括直流正极端子和直流负极端子；所述n个直流功率端子单元设置于所述基板的不同侧；且所述直流正极端子的数量与所述直流负极端子的数量均分别为至少一个；其中，n为正整数，且2≤n；
其中，每个上管芯片均分别对应一个下管芯片，以构成功率模块的一桥臂；且每个桥臂均与其距离最靠近的一直流功率端子单元相对应，且对于每一侧的直流功率端子单元而言，下管芯片单元在距离上更靠近直流负极端子，上管芯片单元在距离上更靠近直流正极端子；每个桥臂的上管芯片的第二端与下管芯片的第一端通过设置于所述金属结构实现电性连接；且所有上管芯片中存在至少一个上管芯片的第一端通过所述金属结构电性连接至对应的直流正极端子，所有下管芯片中存在至少一个下关管芯片的第二端通过所述金属结构电性连接至对应的直流负极端子，以使得每个由直流正极端子、上管芯片、下管芯片、直流负极端子构成的电流包络回路的面积最小。
2.根据权利要求1所述的功率模块结构，其特征在于，所述对于每一侧的直流功率端子单元而言，下管芯片单元在距离上更靠近直流负极端子，上管芯片单元在距离上更靠近直流正极端子，具体包括：
若所述直流功率端子单元包括1个直流正极端子和1个直流负极端子，则所述上管芯片单元在距离上更靠近所述直流正极端子、所述下管芯片单元在距离上更靠近所述直流负极端子；
若所述直流功率端子单元包括的直流正极端子与直流负极端子中至少之一的数量为两个以上，则每一侧直流功率端子单元对应的上管芯片与下管芯片相对于该侧的直流功率端子单元的对称轴呈轴对称分布，且上管芯片单元在距离上更靠近直流正极端子、所述下管芯片单元在距离上更靠近直流负极端子。
3.根据权利要求1所述的功率模块结构，其特征在于，所述功率模块的结构为半桥、全桥、三相桥中的任一种。
4.根据权利要求3所述的功率模块结构，其特征在于，当所述功率模块的结构为半桥，则每个桥臂的上管芯片的第二端与下管芯片的第一端通过设置于所述金属结构实现电性连接，且每个上管芯片的第一端通过所述金属结构电性连接至对应的直流正极端子，对应桥臂的下管芯片第二端通过所述金属结构电性连接至对应的直流负极端子。
5.根据权利要求1所述的功率模块结构，其特征在于，所述功率模块的结构为DNPC、ANPC、TNPC中的任一种。
6.根据权利要求5所述的功率模块结构，其特征在于，所述每个直流功率端子单元还包括接地端子。
7.根据权利要求1-5任一项所述的功率模块结构，其特征在于，还包括至少1个交流输出端子和至少1个信号端子；所述交流输出端子和所述信号端子设置于所述基板的任一侧，并通过所述金属结构与所述功率模块电性连接。
8.根据权利要求7所述的功率模块结构，其特征在于，还包括塑壳，所述塑壳具有一容置空间，所述基板及所述功率模块封装于所述容置空间内，且所述直流功率端子单元、交流输出端子以及信号端子均延伸出所述塑壳外。
9.根据权利要求8所述的功率模块结构，其特征在于，还包括系统电容，所述系统电容设置于所述塑壳外，且所述系统电容与所述直流功率端子单元电性连接。
10.根据权利要求9所述的功率模块结构，其特征在于，所述系统电容的数量为一个，所有的直流功率端子单元均与该系统电容电性连接；其中，该系统电容通过连接母排与相应的直流功率端子单元电性连接，且所述连接母排的个数小于或等于所述直流功率端子单元的个数。
11.根据权利要求9所述的功率模块结构，其特征在于，所述系统电容的数量为两个以上，每个系统电容均与所述直流功率端子单元电性连接；其中，每个系统电容均通过连接母排与所述直流功率端子单元电性连接，且所述连接母排的个数小于等于所述直流功率端子单元的个数。
12.根据权利要求7所述的功率模块结构，其特征在于，所述金属结构与所述上管芯片、下管芯片、所述直流功率端子单元、交流输出端子以及信号端子进行电性连接的具体方式至少包括烧结、焊接、压力连接。
13.根据权利要求1所述的功率模块结构，其特征在于，所述上管芯片与下管芯片为MOS管、IGBT管、GaNHEMT、二极管中的任一种。
14.一种电子设备，其特征在于，包权利要求1-13任一项所述的功率模块结构。
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