TW201526180A - 功率模組、電源變換器以及功率模組的製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種功率模組包含散熱基板、第一平面型功率元件、第二平面型功率元件。第一平面型功率元件包含複數電極，皆位於第一平面型功率元件的上表面。第二平面型功率元件包含複數電極，皆位於第二平面型功率元件的上表面。第一平面型功率元件的下表面與第二平面型功率元件的下表面分別設置在散熱基板上方。

Description

功率模組、電源變換器以及功率模組的製造方法
本發明是有關於一種功率模組，且特別是有關於一種應用於電源變換器之功率模組。
高效率和高功率密度一直是業界對電源變換器的要求。高效率代表著減少能耗，並有效利用能源以利於節能減碳與保護環境。高功率密度則代表著體積小、重量輕，減少空間需求，進而減少成本。
電源變換器的能耗主要來自通態損耗和開關損耗，特別是有源元件的開關損耗。開關損耗受工作頻率的影響較大。電源變換器，特別是開關電源變換器，為降低音頻噪音，其工作頻率通常在20kHz以上。其實際工作頻率的選擇受無源元件特別是磁元件的影響較大。若磁性元件體積小，為了穩定工作，通常需要高頻率來降低其工作磁通密度，從而帶來高開關損耗；或者減小磁性元件中線組的線徑並增加匝數，從而增加通態損耗。
相反地，若磁性元件體積大，則可以在保證穩定工作的前提下降低工作頻率從而降低開關損耗；也可以增加磁性元件中線組的線徑或者減小匝數，從而降低通態損耗，以降低總損耗，得到高效率。
因此，提升電源內部的空間利用率，是得到高功率密度或者高效率的關鍵因素之一。空間利用率越高，留給對電源變換效率很重要的無源元件，例如是磁性元件、電容等的空間就越大，就更容易使用到大體積的無源元件，從而提升電源效率。另外，還可藉由使用大體積的無源元件來增加電源總功率，從而提升電源變換器的功率密度。所以，高的電源空間利用率，更易於在特定功率密度下達成高效率或者在特定效率下達成高功率密度，也有機會高功率密度和高效率兼顧。
另外，半導體元件是決定電源變換器效率的重要因素之一。但使用半導體元件，不可避免地需要使用對電源變換效率無益的額外材料，如：保護半導體的封裝材料、幫助散熱的散熱器、固定半導體元件的夾具等等。這些材料在電源變換器內部的比例越大，電源轉換器的內部空間利用率就越差。正因為此，功率半導體元件佔用的空間體積，占電源轉換器總體積的比重也越來越大，也越來越被重視。為進一步提升電源轉換器的性能，需要繼續提高空間利用率，而半導體元件本身的封裝空間利用率便成為了瓶頸。
集成功率模組(Integrated Power Module, IPM)，將多個半導體元件(如功率元件、控制元件、與驅動元件等)集成在一個元件封裝裏，藉此提升封裝內的空間利用率。集成功率模組具備使用方便、平均無故障時間長等優勢，在很多場合被應用。由於集成功率模組將多個功率元件集中在一起，熱量多且分佈在多處，其熱管理因此變得很關鍵。眾多現有技術用以改善集成功率模組的散熱能力。
請參照第1a圖，第1a圖係繪示一種傳統功率模組100a的示意圖。如第1a圖所示，功率模組100a包含第一功率元件11、第二功率元件12、基板13、接合引線14(bonding wire)、引線框架15(lead frame)、以及模封材料16(molding compound)。基板13為覆銅陶瓷基板(Direct Bonded Copper, DBC)，利用導熱性佳的銅片131與高絕緣性的陶瓷基板132所形成。通過在覆銅陶瓷基板上形成電路圖形，然後安裝各個功率元件11、12在覆銅陶瓷基板上，然後針對第一功率元件11、第二功率元件12上部分的電極使用接合引線14完成第一/第二功率元件11、12的正面電極和覆銅陶瓷基板和引線框架15的電性連接，最後再灌入模封材料16包覆需要保護的區域，達到防塵、防潮、電性絕緣等功用。
然而，由於所有功率元件均需安裝至覆銅陶瓷基板，因此所需的覆銅陶瓷基板的面積比較大，然而覆銅陶瓷基板的價格比較昂貴，因此相對地增加了整個封裝模組所需的成本。另外，通常作為陶瓷基板132的材料為三氧化二鋁，其導熱係數為24W/m.k左右，相較於直接使用模封材料(其導熱係數通常低於1W/m.k)已經獲得很大的改善，但是和金屬(如銅的導熱係數為400W.m.k)的導熱特性相比仍然有很大的差距，以致於覆銅陶瓷基板其橫向熱擴散的能力不佳，導致其熱均勻性也不佳。因此，在傳統的作法上通常會額外增加散熱器來提升熱均勻的能力以及擴大散熱面積。
請參照第1b圖，第1b圖係繪示另一種傳統功率模組100b的示意圖。類似於第1a圖的功率模組100a，功率模組100b包含第一功率元件11、第二功率元件12、與基板13，其中基板13為覆銅陶瓷基板，且第一功率元件11與第二功率元件12設置在基板13上。另外，基板13的另一側另設置散熱單元17(如散熱器)。散熱器可以為熱的良導體材料組成，如銅、鋁、或石墨等材料，進而使得功率模組100b的均溫性能大幅提升。
然而，由於覆銅陶瓷基板具備高耐壓能力，需要配置較厚的模封材料來保證整體的絕緣耐壓。由於其散熱能力較好，通常被設計於熱密度較高的場合，並且通過螺絲固定附加的散熱器。因為是高耐壓封裝，螺絲孔也需要配合耐壓，導致螺絲孔實際佔有空間較大。例如3mm的螺絲孔徑，通常會佔用5mm以上的面積以保證功率模組的耐壓需求，導致功率模組的空間利用率降低。
另外，功率模組100b還包含控制/驅動元件18。由於控制元件和驅動元件本身的功耗通常都不高，對溫度又比較敏感，因此通常通過熱絕緣層19(如印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)、模封材料等)設置在散熱單元17上。熱絕緣層19可以通過黏結、填充或者在表面上鍍膜等方式生成。最後，通過接合引線14完成第一功率元件11、第二功率元件12、控制/驅動元件18、基板13和引線框架15間的電性連接，再灌入模封材料16，完成封裝功率模組100b。藉此，自身功耗小且對熱敏感的元件同樣可集成到功率模組中且減少被功率元件的高溫所影響，增加了功率模組的空間利用率。
雖然將控制元件或驅動元件通過熱絕緣層設置在散熱器上可以增加功率模組的空間利用率。然而，上述使用覆銅陶瓷基板產生的問題仍然沒有解決。另外，功率模組的外殼(未繪示於第1b圖)通常是設計成絕緣的，以簡化散熱器的安裝和選擇。因此，即便外殼是電良導體(如銅)，其往往也被設計成電絕緣。據此，功率模組內的金屬材料(如銅層)，僅僅被用作導電或者散熱之單一功用，而沒有同時利用其導電與散熱的特性，使得材料的特性並沒有完全應用到。
綜上所述，目前功率模組的設計依然有著各類問題：如散熱性能不佳、材料浪費、可靠性設計困難、電性能未能充分發揮、過於強調設計的通用性而導致過度設計(over design)、經濟性能不高等問題。特別是其空間利用率不足，限制了其在高功率密度或者高效率場合的應用。因此，為進一步提升電源變換器的功率密度或者變換效率，需要具有高空間利用率、及合理成本的功率模組解決方案。
為了解決上述的問題，本揭示內容提出具有較高空間利用率的功率模組， 藉由將平面型功率元件直接設置在散熱基板上所形成的功率模組，不僅可以有效地提高空間利用率，並且省去額外設置覆銅陶瓷基板所需的成本，而功率模組的散熱性也一併提升，使得電源變換器的高功率密度或是高效率得以實現，並且有效地提升電源變換器轉變電能的效能 。
本揭示內容之一態樣是關於一種功率模組，功率模組包含散熱基板、第一平面型功率元件、以及第二平面型功率元件。其中第一平面型功率元件包含複數電極皆位於第一平面型功率元件的上表面，第二平面型功率元件包含複數電極皆位於第二平面型功率元件的上表面，而第一平面型功率元件的下表面與第二平面型功率元件的下表面分別設置在散熱基板上方。
依據本發明一實施例，前述散熱基板係使 用導 電的熱良導體的材料製成。
依據本發明一實施例，前述第一平面型功率元件和前述第二平面型功率元件中至少一者為氮化鎵功率元件。
依據本發明一實施例，前述功率模組包含導熱電絕緣層介於前述第一平面型功率元件之下表面與前述散熱基板之間，前述第二平面型功率元件之下表面設置於前述散熱基板上。
依據本發明一實施例，功率模組更包含至少一平面型元件，至少一平面型元件與前述第一平面型功率元件、前述第二平面型功率元件並列並且設置在前述散熱基板上。
依據本發明一實施例，前述至少一平面型元件為驅動晶片或控制晶片。
依據本發明一實施例，功率模組更包含垂直型元件，垂直型元件直接設置在前述第一平面型功率元件或前述第二平面型功率元件的電極上，或者前述垂直型功率元件與前述第一平面型功率元件、前述第二平面型功率元件並列並且設置在前述散熱基板上。
依據本發明一實施例，功率模組更包含複數引腳，而前述第一平面型功率元件的電極以及前述第二平面型功率元件的電極，分別連接至對應的引腳。
依據本發明一實施例，前述引腳包含輸入電壓引腳以及至少一輸出電壓引腳，前述第一平面型功率的汲極電極電性連接輸入電壓引腳以及其源極電極電性連接至少一輸出電壓引腳，前述第二平面型功率元件的汲極電極電性連接至少一輸出電壓引腳以及其源極電極電性連接前述散熱基板。
依據本發明一實施例，功率模組更包含電容。電容的一端設置並直接連接於前述散熱基板上，另一端設置並直接連接於前述輸入電壓引腳上。
依據本發明一實施例，功率模組更包含電容設置在前述第一平面型功率元件的上表面與前述第二平面型功率元件的上表面。電容的一端設置並直接連接於前述第一平面型功率元件的汲極電極，另一端設置並直接連接於前述第二平面型功率元件的源極電極。
依據本發明一實施例，前述第一平面型功率元件與前述第二平面型功率元件設置於同一晶片上。
依據本發明一實施例，功率模組更包含電容以及電路板。電容、前述散熱基板和前述引腳設置於電路板上，電容的一端電性連接於前述散熱基板，另一端電性連接於前述輸入電壓引腳。
依據本發明一實施例，功率模組更包含至少一開關元件。至少一開關元件電性連接前述第一平面型功率元件或前述第二平面型功率元件的前述電極。
依據本發明一實施例，前述第一平面型功率元件和前述第二平面型功率元件至少之一者為常開型元件，以及前述至少一開關元件為常閉型元件。
依據本發明一實施例，前述至少一開關元件為常閉型矽元件或是常閉型氮化鎵元件。
依據本發明一實施例，前述第一平面型功率元件的耐壓等級與前述第二平面型功率元件的耐壓等級相等或大約相等，並且至少是前述至少一開關元件的耐壓程度的兩倍以上。
依據本發明一實施例，前述至少一開關元件包含第一開關元件和第二開關元件。第一開關元件的一端電性連接前述第一平面型功率元件的源極電極，另一端電性連接前述第二平面型功率元件的汲極電極。第二開關元件的一端電性連接前述第二平面型功率元件的源極電極，另一端電性連接接地端。
依據本發明一實施例，前述至少一開關元件包含開關元件，開關元件具有第一端以及第二端。第一端電性連接前述第二平面型功率元件的源極電極。功率模組更包含第一電容。第一電容的一端電性耦接前述第一平面型功率元件的汲極電極，另一端電性耦接前述第二平面型功率元件的源極電極。
依據本發明一實施例，其中前述第一平面型功率元件的耐壓等級與前述第二平面型功率元件的耐壓等級是前述開關元件的耐壓等級的兩倍以上。
依據本發明一實施例，其中前述第一平面型功率元件與前述第二平面型功率元件均為常開型元件。
依據本發明一實施例，功率模組更包含第二電容和電路板。第二電容的一端電性耦接前述第一平面型功率元件的汲極電極，另一端電性耦接前述開關元件的第二端。前述第二電容、前述散熱基板、和前述引腳設置於電路板上。前述第二電容鄰近於前述第一平面型功率元件和前述第二平面型功率元件。
依據本發明一實施例，前述第一電容設置在前述第一平面型功率元件的上表面和前述第二平面型功率元件的上表面。
依據本發明一實施例，前述引腳包含第一輸入電壓引腳。前述第一電容設置於第一輸入電壓引腳和前述散熱基板上。
依據本發明一實施例，前述引腳包含第一輸入電壓引腳和第二輸入電壓引腳。前述第一平面型功率元件的汲極電極電性連接第一輸入電壓引腳。前述開關元件的第二端電性連接第二輸入電壓引腳。前述第二平面型功率元件的源極電極電性連接前述散熱基板。
依據本發明一實施例，其中前述開關元件與前述第一平面型功率元件、前述第二平面型功率元件並列以及直接設置在前述散熱基板上。
依據本發明一實施例，其中前述開關元件設置於前述第一平面型功率元件的上表面或前述第二平面型功率元件的上表面。
依據本發明一實施例，功率模組更包含至少一平面型元件、至少一第一電容、和絕緣層。至少一平面型元件以及至少一第一電容設置在絕緣層上，且絕緣層設置在前述散熱基板上。
依據本發明一實施例，功率模組更包含第二電容。第二電容設置在前述第一平面型功率元件的上表面和前述第二平面型功率元件的上表面。
依據本發明一實施例，功率模組更包含至少一開關元件。至少一開關元件設置在前述絕緣層上。前述散熱基板與前述引腳位於前述絕緣層同側。
依據本發明一實施例，功率模組更包含至少一開關元件。至少一開關元件設置在前述絕緣層上。前述散熱基板與前述引腳位於前述絕緣層兩側。
依據本發明一實施例，功率模組包含模封材料包覆前述第一平面型功率元件和前述第二平面型功率元件。
依據本發明一實施例，前述模封材料還包覆前述至少一平面型元件、前述至少一開關元件以及前述至少一第一電容。
依據本發明一實施例，模封材料覆蓋在前述絕緣層上。模封材料還包覆前述引腳的部分。
依據本發明一實施例，功率模組更包含散熱器，前述散熱基板固定於該散熱器上。
依據本發明之另一態樣是關於一種電源變換器，包含前述功率模組、電源輸入端以及電源輸出端。電源輸入端連接前述功率模組，電源輸出端連接前述功率模組。電源輸入端接收輸入電壓，藉由功率模組轉換成輸出電壓並經由電源輸出端輸出。
依據本發明一實施例，電源變換器包含散熱器。散熱器設置並緊鄰於前述功率模組的前述散熱基板。
依據本發明之另一態樣是關於一種功率模組的製造方法，包含：提供第一平面型功率元件、第二平面型功率元件與散熱基板，將第一平面型功率元件與第二平面型功率元件設置在散熱基板上方；提供絕緣層，設置至少一平面型元件、至少一電容與複數引腳在絕緣層上；覆蓋絕緣層在散熱基板上，並且使絕緣層包覆第一平面型功率元件與第二平面型功率元件；以及連接第一平面型功率元件、第二平面型功率元件、至少一平面型元件與至少一電容至對應的位置上。
依據本發明一實施例，製造方法更包含：覆蓋模封材料在前述絕緣層上，使模封材料包覆前述至少一平面型元件、前述至少一電容與前述引腳的部分。
依據本發明一實施例，製造方法更包含：設置至少一開關元件在前述絕緣層上，且連接至少一開關元件至對應的位置；覆蓋模封材料在前述絕緣層上，使模封材料包覆前述至少一平面型元件、前述至少一電容、至少一開關元件與前述引腳的部分。
依據本發明一實施例，製造方法更包含：提供一散熱器以及固定前述散熱基板在散熱器上。
依據本發明一實施例，其中藉由圖刷或點膠技術，將銲料或黏著劑附著在前述第一平面型功率元件以及前述第二平面型功率元件之下表面，以焊接或黏結等方式分別將前述第一平面型功率元件以及前述第二平面型功率元件設置在前述散熱基板上。
依據本發明一實施例，其中連接前述第一平面型功率元件、前述第二平面型功率元件、前述平面型元件與前述電容至對應的前述引腳的連接方式為引線結合 (wire bonding) 或焊接。
100a‧‧‧功率模組
100b‧‧‧功率模組
11‧‧‧第一功率元件
110a‧‧‧功率模組
110b‧‧‧功率模組
110c‧‧‧功率模組
110d‧‧‧功率模組
110e‧‧‧功率模組
110f‧‧‧功率模組
111‧‧‧絕緣層
112‧‧‧散熱器
12‧‧‧第二功率元件
13‧‧‧基板
131‧‧‧銅片
132‧‧‧陶瓷基板
14‧‧‧接合引線
15‧‧‧引線框架
16‧‧‧模封材料
17‧‧‧散熱單元
18‧‧‧控制/驅動元件
19‧‧‧熱絕緣層
200a‧‧‧功率模組
200b‧‧‧功率模組
200c‧‧‧功率模組
21‧‧‧第一平面型功率元件
210‧‧‧電源變換器
211‧‧‧功率模組
212‧‧‧散熱器
22‧‧‧第二平面型功率元件
23‧‧‧散熱基板
24‧‧‧引腳
25‧‧‧銲料
26‧‧‧接合引線
27‧‧‧模封材料
28‧‧‧導熱電絕緣層
29‧‧‧電路板
300‧‧‧氮化鎵功率元件
31‧‧‧氮化鎵材料層
310a‧‧‧電源變換器
310b‧‧‧電源變換器
311‧‧‧引腳
312‧‧‧電路板
313‧‧‧第一集成元件
314‧‧‧第二集成元件
315‧‧‧外殼
32‧‧‧基板
33‧‧‧第一絕緣層
34‧‧‧第二絕緣層
410‧‧‧半橋電路
411‧‧‧第一平面型氮化鎵功率元件
412‧‧‧第二平面型氮化鎵功率元件
400‧‧‧功率模組
400a‧‧‧功率模組
400b‧‧‧功率模組
400c‧‧‧功率模組
400d‧‧‧功率模組
500a‧‧‧功率模組
500b‧‧‧功率模組
50‧‧‧開關元件
51‧‧‧第一平面型功率元件
52‧‧‧第二平面型功率元件
53‧‧‧第一開關元件
54‧‧‧第二開關元件
600‧‧‧功率模組
61‧‧‧第一平面型功率元件
62‧‧‧第二平面型功率元件
63‧‧‧開關元件
63a‧‧‧開關元件
63b‧‧‧開關元件
700‧‧‧開關元件
71‧‧‧常開型氮化鎵晶片
72‧‧‧常閉型矽晶片
800a‧‧‧功率模組
800b‧‧‧功率模組
800c‧‧‧功率模組
900‧‧‧功率模組
91‧‧‧平面型元件
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1a圖係繪示一種傳統功率模組的示意圖；
第1b圖係繪示另一種傳統功率模組的示意圖；
第2a圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組的剖面圖；
第2b圖係依據第2a圖的功率模組繪示的俯視圖；
第2c圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組的剖面圖；
第2d圖係依據第2c圖的功率模組繪示的俯視圖；
第2e圖係依據本發明一實施例繪示的半橋式轉換電路的電路圖；
第2f圖係依據本發明另一實施例繪示的一種功率模組的剖面圖；
第3圖係依據本發明一實施例繪示的一種氮化鎵功率元件的示意圖；
第4a圖係依據本發明一實施例繪示的另一種半橋式轉換電路的電路圖；
第4b圖係依據第4a圖的功率模組繪示的一種功率模組的剖面圖；
第4c圖係依據第4b圖的功率模組繪示的俯視圖；
第4d圖係依據第4a圖的功率模組繪示的另一種功率模組的剖面圖；
第4e圖係依據第4d圖的功率模組繪示的俯視圖；
第4f圖係依據第4a圖的功率模組繪示的另一種功率模組的剖面圖；
第4g圖係依據第4f圖的功率模組繪示的俯視圖；
第4h圖係依據第4a圖的功率模組繪示的另一種功率模組的剖面圖；
第5a圖係依據本發明一實施例繪示的一種半橋式轉換電路的電路圖；
第5b圖係繪示依據本發明一實施例的一種功率模組的電路圖；
第6圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組的電路圖；
第7圖係依據本發明一實施例繪示的一種開關元件的電路圖；
第8a圖係依據第6圖的電路圖繪示的一種功率模組的剖面圖；
第8b圖係依據第8a圖的功率模組繪示的俯視圖；
第8c圖係依據第6圖的電路圖繪示的一種功率模組的剖面圖；
第8d圖係依據第6圖的電路圖繪示的一種功率模組的剖面圖；
第9圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組的剖面圖；
第10a圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組的剖面圖；
第10b圖係依據第10a圖中的功率模組繪示的俯視圖；
第10c圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組的剖面圖；
第10d圖係依據第10c圖中的功率模組繪示的俯視圖；
第10e圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組的剖面圖；
第10f圖係依據第10e圖中的功率模組繪示的俯視圖；
第10g圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組的剖面圖；
第10h圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組的剖面圖；
第10i圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組的剖面圖；
第11圖係依據本發明一實施例繪示的一種電源變換器的示意圖；
第12a圖係依據本發明一實施例繪示的一種電源變換器的示意圖；
第12b圖係依據本發明一實施例繪示的一種電源變換器的示意圖；
第13a圖~第13f圖係依據本發明一實施例中繪示的製造功率模組的流程示意圖；以及
第14圖係依據本發明一實施例繪示的一種半橋電路的電路圖。
下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。
請參照第2a圖與第2b圖，第2a圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組200a的剖面圖，第2b圖係依據第2a圖的功率模組200a繪示的俯視圖。如第2a圖、第2b圖所示，功率模組200a包含至少一第一平面型功率元件21、至少一第二平面型功率元件22、散熱基板23以及複數個引腳24(pin)。為了方便以及清楚說明，在本實施例以及下述實施例皆以兩個平面型功率元件為例進行說明，但各個實施例並不以此為限。第一平面型功率元件21的閘極電極G1 、汲極電極D1 、源極電極S1 皆位於第一平面型功率元件21的上表面上，第二平面型功率元件22的閘極電極G2 、汲極電極D2 、源極電極S2 則皆位於第二平面型功率元件22的上表面上。在本實施例中，採用圖刷或點膠技術，將銲料或黏著劑附著在第一平面型功率元件21以及第二平面型功率元件22之下表面，通過焊接、黏接等導熱能力較好的方式將第一平面型功率元件21的下表面以及第二平面型功率元件22的下表面分別設置在散熱基板23上方。散熱基板23可以是使用導電的熱良導體的材料製成的散熱器，例如銅、鋁、或石墨等材料。在本實施例中，第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22均通過銲料25(solder)焊接在散熱基板23上，然本實施例並不限制其連接方式。為了方便說明，之後的實施例皆採用焊接的方式連接各個功率元件在散熱基板上，但各個實施例並不以此連接方式為限。
請一併參照第3圖，第3圖係依據本發明一實施例繪示的一種氮化鎵(GaN)功率元件300的示意圖，其中氮化鎵功率元件300可用於第2a圖與第2b圖中的第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22。如第3圖所示，氮化鎵功率元件300通常是平面型元件，和一般使用矽材料或是碳化矽(SiC)材料的垂直型元件不同，氮化鎵功率元件300包含氮化鎵材料層31所形成的三個電極，閘極電極G、汲極電極D、與源極電極S，而這三個電極皆分布在同一面上。需要說明的是，本發明中所述的平面型元件指的是所有電極朝同一個方向設置。換句話說，所有電極位於平面型元件的上表面，平面型元件的下表面並未設置電極。另外，氮化鎵功率元件300還包含基板32。基板32通常由矽或碳化矽材料組成，用以支撐氮化鎵材料層31。而在氮化鎵材料層31與基板32之間具有一第一絕緣層33，提供氮化鎵功率元件300耐壓與電性絕緣的特性。另外，在三個電極之間具有一第二絕緣層34，提供閘極電極G、汲極電極D、源極電極S之間的電氣絕緣。進一步來說，氮化鎵功率元件300的三個電極與基板32的下表面之間滿足一定程度的電性絕緣。藉此，氮化鎵功率元件300的所有電極均位於氮化鎵功率元件300的上表面，而氮化鎵功率元件300的下表面則具有電絕緣的特性，不用於導電。
回到第2a圖與第2b圖，功率模組200a包含第一平面型功率元件21和第二平面型功率元件22，且兩個平面型功率元件中至少之一者為第3圖中的氮化鎵功率元件300，在本實施例中第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22均為氮化鎵功率元件，然本實施例並不以此為限。為了方便以及清楚說明，下述實施例中的第一平面型功率元件與第二平面型功率元件均為氮化鎵功率元件，但各個實施例並不以此為限。
另外，第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22中至少其中一者為主動型功率元件。所述主動型功率元件為包含控制端的功率開關，如金氧半場效電晶體(MOSFET)或是絕緣閘極雙極性電晶體 (IGBT)等開關元件。另外一個平面型功率元件也可以是主動型功率元件，或者是被動型功率元件，如二極體。再者，兩個平面型功率元件中至少其中之一者為具有至少三個電極的有源開關元件。
由於氮化鎵功率元件的電極與基板間有基本絕緣以及耐壓的能力，也就是說在氮化鎵功率元件內部形成了電性絕緣的熱良導體，因此，可將第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22直接設置在散熱基板23上，並且使用焊接的方式將第一平面型功率元件21、第二平面型功率元件22通過銲料25連接在散熱基板23上方，然本實施例並不限制其連接的方式。換句話說，在第一/第二平面型功率元件21、22與散熱基板23之間不用額外設置電性絕緣的材料，即可達到第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22之間電性區隔的效果。
傳統採用垂直型功率元件的封裝流程中，為了使兩個功率元件電性區隔，在散熱基板與垂直型功率元件之間還需要設置額外的電絕緣熱良導體(如覆銅陶瓷基板)。在本實施例中，功率模組200a因採用第3圖中的氮化鎵功率元件300，也就省去在封裝流程中，為了區隔兩個功率元件與散熱基板之間所需要的電絕緣熱良導體(如覆銅陶瓷基板)。藉此，功率模組200a的結構不僅節省了使用電絕緣熱良導體的成本，功率元件與散熱基板之間的熱阻亦進一步地減小。另外，還節省了封裝電絕緣熱良導體所佔的空間，使得功率模組的空間利用率大幅增加。
另外，在第2a圖與第2b圖中，功率模組200a包含複數個引腳24。如第2b圖所示，第一平面型功率元件21的閘極電極G1 、汲極電極D1 、與源極電極S1 以及第二平面型功率元件22的閘極電極G2 、汲極電極D2 、與源極電極S2 ，則是分別連接至對應的引腳24上。第一/第二平面型功率元件21、22、與引腳24彼此之間的連接方式可藉由引線結合(wire bonding)或是銅片釺焊(copper strap bonding)等技術，在本實施例中，功率模組200a是採用引線結合的方式，將第一/第二平面型功率元件21、22上的各個電極通過接合引線26與對應的引腳24連接，但本實施例並不以此為限。進一步來說，在本實施例中，第一平面型功率元件21的閘極電極G1 、汲極電極D1 、源極電極S1 ，以及第二平面型功率元件22的閘極電極G2 、汲極電極D2 、源極電極S2 分別通過接合引線26與引腳24的G1 、引腳24的D1 、引腳24的S1 、引腳24的G2 、引腳24的D2 、引腳24的S2 電性連接，且第一平面型功率元件21的源極S1 通過接合引線26與第二平面型功率元件22的汲極D2 電性連接。為了方便說明，之後的實施例皆採用引線結合的方式連接各個元件與引腳，但各個實施例並不以此連接方式為限。
完成各個元件與引腳之間的電性連接後，在封裝的過程中會灌入模封材料27(molding compound)以包覆需要保護的區域，使得功率模組200a達到防塵、防潮、電性絕緣等功用。為了方便說明，之後的實施例不再贅述此步驟。
由於散熱基板23為電良導體，因此也可以當作一面積大的電極使用。請參照第2c圖與第2d圖，第2c圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組200b的剖面圖，第2d圖係依據第2c圖的功率模組200b繪示的俯視圖。在第2c圖、第2d圖中，第二平面型功率元件22的源極電極S2 通過接合引線直接連接在散熱基板23上，而不是另外連接其對應的引腳24。藉此可減少功率模組200b所需引腳24的數量。進一步來說，由於當作電極用的散熱基板23的電阻與電感都非常小，將第二平面型功率元件22的源極電極S2 直接連接在散熱基板23上除了讓功率模組200b增加空間利用率外，還提升了電特性。
值得一提的是，當散熱基板23並未當作電極使用時，散熱基板23可以不必是導電材料組成，也就是散熱基板23亦可以是絕緣的熱良導體。然而，當散熱基板23由導電材料組成時，為了有效利用其良導體的特性，因此可將散熱基板23當作一電極使用。
由於散熱基板面積比較大，且可能連接至功率模組外更大面積的散熱器上，容易與大地産生一較大電容，而成爲電磁干擾的一個途徑。因此，散熱基板應當接至一與大地相對穩定的電極。請參照第2e圖，第2e圖係依據本發明一實施例繪示的半橋式轉換電路的電路圖。如第2e圖所示，半橋式轉換電路由第一平面型功率元件21和第二平面型功率元件22組成，其中第一平面型功率元件21和第二平面型功率元件22皆為有源開關元件。功率模組200b中的第一平面型功率元件21的源極S1 連接至第二平面型功率元件22的汲極D2 ，並且共同連接到輸出電壓端Vo。另外，第一平面型功率元件21的汲極D1 連接至第一輸入電壓端Vbus+，第二平面型功率元件22的源極S2 連接至第二輸入電壓端Vbus-，而第一輸入電壓端Vbus+與第二輸入電壓端Vbus-分別連接至輸入電源Vin，用以實現轉換電路的功能。
請一併參照第2d圖，第一平面型功率元件21的源極電極S1 與第二平面型功率元件22的汲極電極D2 通過接合引線連接至輸出電壓引脚Vo，需要說明的是，在本實施例中，第一平面型功率元件21的源極S1 與第二平面型功率元件22的汲極D2 通過接合引線分別連接到兩個輸出電壓引腳Vo。另外，第一平面型功率元件21的汲極電極D1 通過接合引線連接至第一輸入電壓引腳Vbus+，而第二平面型功率元件22的源極電極S2 則是通過接合引線連接至散熱基板23。在本實施例中，散熱基板23可作為第2e圖中的第二輸入電壓端Vbus-使用。另外，亦可另外在第2d圖中加入第二輸入電壓引腳Vbus-(未繪示於第2d圖)，將第二平面型功率元件22的源極電極S2 通過接合引線連接於該第二輸入電壓引腳Vbus-。
另外，功率模組200b中的散熱基板23亦可連接至第一輸入電壓引腳Vbus+，即第一平面型功率元件21的汲極電極D1 亦可通過接合引線連接至散熱基板23以連接到第一輸入電壓引腳Vbus+，而第二平面型功率元件22的源極電極S2 則是通過接合引線連接至第二輸入電壓引腳Vbus-。簡單來說，通過散熱基板作為功率模組其中一個電極，除了具有較好的抗電磁干擾能力外，亦增加空間利用率以及良好的散熱能力。另外，還可減少一個引腳使得功率模組的製作成本降低。
另外，在功率模組200b中，由於第一平面型功率元件21和第二平面型功率元件22承受的工作電壓並不相同，且通常第一平面型功率元件21承受的工作電壓高於第二平面型功率元件22承受的工作電壓(因第一平面型功率元件21直接接收輸入電壓Vin)。因此，為了確保第一平面型功率元件21的下表面與其源極S1 之間的耐壓等級可以和第一平面型功率元件21的汲極D1 和源極S1 之間的耐壓能力相當，可在第一平面型功率元件21和散熱基板23之間另外設置導熱電絕緣層。如第2f圖所示，第2f圖係依據本發明另一實施例繪示的一種功率模組200c的剖面圖。第一平面型功率元件21和散熱基板23之間還設置了導熱電絕緣層28，避免功率模組200c接收過高的電壓造成第一平面型功率元件21的損壞。另外，由於第二平面型功率元件22並未直接接收輸入電壓源，其耐壓等級並不需要跟第一平面型功率元件21相同，因此仍可直接設置在散熱基板23上。
由於氮化鎵功率元件的開關速度很快，因此，封裝後的功率模組其等效電感會造成開關損耗的增加，或是當開關斷開時，因功率元件電壓過高而影響功率模組的穩定性。因此，在設計如第2e圖中的轉換電路時，通常需要設置一電容，以降低轉換電路中橋臂的等效迴路電感。
請參照第4a圖，第4a圖係依據本發明一實施例繪示的另一種半橋式轉換電路的電路圖。如第4a圖所示，半橋式轉換電路中的功率模組400還包含一電容C跨接在輸入電源Vin兩端，亦即第一輸入電壓端Vbus+與第二輸入電壓端Vbus-，用以降低轉換電路中橋臂的等效迴路電感。請一併參照第4b圖與第4c圖，第4b圖係依據第4a圖的功率模組400繪示的一種功率模組400a的剖面圖，第4c圖係依據第4b圖的功率模組400a繪示的俯視圖。如第4b圖與第4c圖所示，功率模組400a中的散熱基板23與引腳24還設置在電路板29上，而其連接方式同樣可以是通過焊接或黏接等方式。在本實施例中，散熱基板23與引腳24通過銲料25以焊接的方式連接在電路板29上，然本實施例並不限制其連接方式。需要說明的是，電路板可以是印刷電路板(Print Circuit Board, PCB)，或是可以是其它承載電子元件的電路板。
另外，電容C可設置於電路板29的上表面或下表面(在本實施例中，電容C設置於電路板29的上表面)，通過銲料25(例如，焊錫)連接在散熱基板23與第一輸入電壓引腳Vbus+之間，而散熱基板23又連接至第二輸入電壓端Vbus-(未繪示於第4c圖)，亦即，散熱基板23與第二輸入電壓端Vbus-等電位。進一步來說，本實施例中的電容C設置於第一平面型功率元件21和第二平面型功率元件22的附近，使得電容C與橋臂形成的等效迴路電感相當地小，通常可從數十毫微亨利(nH)降低到十幾毫微亨利，有利於功率模組400a在高頻下運作。
為了進一步降低迴路電感，請參照第4d圖與第4e圖，第4d圖係依據第4a圖的功率模組400繪示的另一種功率模組400b的剖面圖，第4e圖係依據第4d圖的功率模組400b繪示的俯視圖。如第4d圖與第4e圖所示，電容C進一步直接設置在散熱基板23與第一輸入電壓引腳Vbus+上，並且通過銲料25以焊接的方式將電容C連接在散熱基板23與第一輸入電壓引腳Vbus+上。進一步來說，本實施例中的電容C設置於半橋式轉換電路的第一輸入電壓端Vbus+與第二輸入電壓端Vbus-的位置相較於第4a圖和第4b圖中的功率模組400a中之電容C的設置位置離第一平面型功率元件21和第二平面型功率元件22要來得更近，其迴路電感可進一步地降低，通常可低於十毫微亨利以下。
雖然功率模組400b的等效電感已經得到很大地改善。然而，一個氮化鎵元件通常由上萬個氮化鎵晶胞組成，而氮化鎵元件各個區域與電容C(如第4d圖所示)所形成的迴路大小並不一致，容易導致在開關過程中，氮化鎵元件中的各個晶胞開關速度不一致而影響功率模組400b的性能。因此，在封裝設計上，除了減少功率模組的迴路電感之外，如何將各個迴路均勻分配也是必須考慮的。
請參照第4f圖與第4g圖，第4f圖係依據第4a圖的功率模組400繪示的另一種功率模組400c的剖面圖，第4g圖係依據第4f圖的功率模組400c繪示的俯視圖。如第4f圖與第4g圖所示，電容C直接設置在第一平面型功率元件21以及第二平面型功率元件22的上表面上，其中電容C的一端直接連接在第一平面型功率元件21的汲極電極D1 上，以及電容C的另一端直接連接在第二平面型功率元件22的源極電極S2 上。藉此，不僅讓迴路電感下降的同時，也保證了迴路的均勻性，在本實施例中，功率模組400c的等效迴路電感可進一步地減少到一毫微亨利以下。
請參照第4h圖，第4h圖係依據第4a圖的功率模組400繪示的另一種功率模組400d的剖面圖。如第4h圖所示，功率模組400d中的第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22設置於同一晶片，亦即，兩個平面型元件並未在晶圓中分割。在本實施例中，將緊鄰的第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22直接設置在散熱基板23上，而電容C則是如第4f圖中的功率模組400c的電容設置方式直接設置在第一平面型功率元件21以及第二平面型功率元件22的上表面上，其中電容C的一端直接連接在第一平面型功率元件21的汲極電極D1 上，以及電容C的另一端直接連接在第二平面型功率元件22的源極電極S2 上。
在同一個晶圓中，由於兩個緊鄰的平面型氮化鎵功率元件仍然具有電絕緣的特性。因此，在切割晶圓時將兩個緊鄰的平面型氮化鎵功率元件一併切下且不分割，亦即，讓兩個平面型氮化鎵功率元件設置於同一晶片上 ， 可使得兩個元件間具有最小距離，如第4h圖所示。藉此，功率模組400d除了增加空間利用率外，通過電容C的堆疊可使得電流在最小的迴路中均勻地流動，使其等效迴路電感得到最佳改善。
由於氮化鎵元件通常為常開型元件，也就是在沒有提供控制信號時，常開型元件是處於導通的狀態。這也代表著當功率模組在待機的工作模式下，可能會產生電流流經功率模組上的各個元件，而當流經元件的非預期電流過大時，則可能進一步損壞功率模組上的元件。因此，為了讓使用常開型元件的功率模組更加地穩定，通常在使用一個常開型元件時，會搭配一個傳統的開關元件，也就是常閉型元件，也就是在沒有提供控制信號時常閉型元件是處於截止的狀態，來增加功率模組操作的穩定性。
請參照第5a圖，第5a圖係依據本發明一實施例繪示的一種半橋式轉換電路的電路圖。如第5a圖所示，半橋式轉換電路中的功率模組500a除包含第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22之外，還包含開關元件50，其中開關元件50的汲極D3連接輸入電源Vin的一端，源極S3連接第一平面型功率元件21的汲極D1 。第一平面型功率元件21的源極S1 連接第二平面型功率元件22的汲極D2 ，第二平面型功率元件22的源極S2 連接於輸入電源Vin的另一端(亦即，接地端)。第一平面型功率元件21的源極S1 與第二平面型功率元件22的汲極D2 連接於輸出端Vo。
在本實施例中，第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22至少其中之一者為常開型氮化鎵元件，在本實施例中，第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22均為常開型氮化鎵元件，但本實施例並不以此為限。開關元件50則為常閉型元件，一般常見如矽金氧半場效電晶體(SiMOS，簡稱矽元件)。值得一提的是，氮化鎵元件亦可以作成常閉型元件，也就是開關元件50亦可以是常閉型氮化鎵元件。在之後的實施例中若沒特別提及，則常閉型元件皆當作常見的矽元件。
另外，第一平面型功率元件21、第二平面型功率元件22、以及開關元件50均為高壓元件，即第一平面型功率元件21、第二平面型功率元件22、以及開關元件50均可獨自抵抗具有高壓的輸入電源Vin。當第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22並未處於工作模式時，開關元件50控制在截止的狀態，防止第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22處於導通的狀態時，流經的電流過大造成元件的損毀。而當第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22處於正常工作模式時，開關元件50控制在導通的狀態，以降低功率模組500a的功耗。進一步來說，第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22工作於相對高頻，而開關元件50則是工作於相對低頻。
請參照第5b圖，第5b圖係繪示依據本發明一實施例的一種功率模組500b的電路圖。如第5b圖所示，功率模組500b包含第一平面型功率元件51、第二平面型功率元件52、第一開關元件53、第二開關元件54、以及電容C。類似地，第一平面型功率元件51與第二平面型功率元件52均為常開型氮化鎵元件，而第一開關元件53與第二開關元件54均為常閉型矽元件(如矽金氧半場效電晶體，SiMOS)。第一平面型功率元件51的源極S1 串接第一開關元件53的汲極D3，第一開關元件53的源極S3串接第二平面型功率元件52的汲極D2 ，第二平面型功率元件52的源極S2 則是串接第二開關元件54的汲極D4，第一平面型功率元件51的汲極D1 則是連接第一輸入電壓端Vbus+，第二開關元件54的源極S4連接第二輸入電壓端Vbus-，而電容C的一端連接第一輸入電壓端Vbus+以及另一端連接第二輸入電壓端Vbus-(亦即，接地端)，第一開關元件53的源極連接第二平面型功率元件52的汲極連接輸出端Vo。
由於第一開關元件53與第二開關元件54分別串接於第一平面型功率元件51的源極S1 與第二平面型功率元件52的源極S2 ，其工作電壓較低(為氮化鎵元件的閘極電壓最大值，通常小於20伏特)，因此有別於功率模組500a，第一開關元件53與第二開關元件54均使用低壓元件，可進一步降低功率模組500b的功耗。
進一步來說，功率模組500b中的第一/第二平面型功率元件51、52與第一/第二開關元件53、54可以在兩種模式下操作，第一種模式是第一/第二平面型功率元件51、52與第一/第二開關元件53、54同時操作在高頻模式，藉此，通過直接控制第一開關元件53與第二開關元件54即可控制第一平面型功率元件51與第二平面型功率元件52。第二種模式則是第一/第二平面型功率元件51、52操作在高頻模式，而第一/第二開關元件53、54操作在低頻模式，如同功率模組500a的操作模式。在第二種模式下，當第一/第二平面型功率元件51、52未處於工作狀態時，第一/第二開關元件53、54控制在截止的狀態，而當第一/第二平面型功率元件51、52處於正常工作狀態時，第一/第二開關元件53、54則控制在導通的狀態，以降低損耗。然而，這樣的控制方法比較複雜。
請參照第6圖，第6圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組600的電路圖。如第6圖所示，功率模組600包含第一平面型功率元件61、第二平面型功率元件62、開關元件63、第一電容C1以及第二電容C2。第一平面型功率元件61、第二平面型功率元件62與開關元件63串接，而第一電容C1電性連接第一平面型功率元件61的汲極D1 與開關元件63的源極S3，第二電容C2電性連接第一平面型功率元件61的汲極D1 與第二平面型功率元件62的源極S2 。
類似地，第一平面型功率元件61與第二平面型功率元件62中至少之一者為常開型氮化鎵元件，而開關元件63為常閉型矽元件。另外，第一平面型功率元件61與第二平面型功率元件62為高壓元件且彼此的耐壓等級相同或大約相同，並且是開關元件63的耐壓等級的2倍以上。由於第一/第二平面型功率元件61、62為高壓元件可獨立抵抗輸入電壓，因此當第一平面型功率元件61與第二平面型功率元件62尚未工作時，可以僅使用一個開關元件63來協助平面型功率元件保持在關閉的狀態。
當開關元件63工作在低頻模式時，則可通過集成第二電容C2的方式來降低迴路電感，而當開關元件63工作在高頻模式時，可通過集成第一電容C1來降低迴路電感。然而，相對於第5b圖中的功率模組500b，功率模組600其迴路涉及的元件數較少(少一個常閉型矽元件)，因此其等效迴路電感可再降低20%或者更多，更有利於功率模組於高頻工作。
值得一提的是，第5a圖至第6圖中，各個功率模組的封裝過程均包含至少兩個常開型氮化鎵晶片搭配至少一個常開型矽晶片以形成轉換電路之橋臂。而利用多個晶片的組合來實現一個功能的元件，其組合仍可被當作一個元件，如第7圖所示。第7圖係依據本發明一實施例繪示的一種開關元件700的電路圖，其中開關元件700通過一個高壓的常開型氮化鎵晶片71加上一個低壓的常閉型矽晶片72的組合來實現。雖然開關元件700包含兩個不同的元件，但開關元件700的等效功能仍為常閉型開關元件，因此仍然可以當作一個元件使用。
請一併參照第6圖、第8a圖和第8b圖，第8a圖係依據第6圖的電路圖繪示的一種功率模組800a的剖面圖，第8b圖係依據第8a圖的功率模組800a繪示的俯視圖。值得一提的是，在本實施例中，開關元件63a亦為平面型元件。據此，在第8a圖和第8b圖中，第一平面型功率元件61、第二平面型功率元件62、以及開關元件63a分別並列且直接設置在散熱基板23上，其中開關元件63a的汲極電極D3與第二平面型功率元件62的源極電極S2 連接，開關元件63a的源極電極S3則是連接至散熱基板23上，此時的散熱基板23作為第二輸入電壓引腳Vbus-(並未位繪示於第8a圖和第8b圖)，呈現出的電位為第二電壓輸入端Vbus-的電位。第二平面型功率元件62的汲極電極D2 與第一平面型功率元件61的源極電極S1 連接，以及各個元件上的各個電極與對應的引腳24相互連接，其連接方式可以是通過引線結合的方式完成。
另外，功率模組800a還包含電路板29，而散熱基板23和引腳24設置在電路板29上。值得一提的是，功率模組800a中的電容C1和C2可以是上述實施例中的任何一種設置方式，本實施例並不以此為限。在本實施例中，第一電容C1設置在電路板29上，值得一提的是，電容C1可以設置於電路板29的上表面或下表面，在本實施例電容C1設置於電路板29的上表面，但並不以此為限。另外，第一電容C1的一端透過銲料25連接於散熱基板23，另一端透過銲料25連接於第一輸入電壓引腳Vbus+，且第一電容C1鄰近於第一平面型功率元件21和第二平面型功率元件22。第二電容C2設置在第一平面型功率元件61與第二平面型功率元件62的上表面並且分別與第一平面型功率元件61的汲極電極D1 以及第二平面型功率元件62的源極電極S2 直接連接。
在第6圖中的電路，由於開關元件63位於低壓端。因此，在第8a圖中的開關元件63a的兩個功率電極(亦即，源極S3或汲極D3)的其中之一者可與散熱基板23連接，以降低電磁干擾的影響。另外，由於功率模組600中並未有其它常閉型矽元件設置於高壓的位置，藉此，功率模組800a中的開關元件63a的底層(bottom)並不會產生耐壓不足的問題(因為開關元件63a為低壓元件)。
請參照第8c圖，第8c圖係依據第6圖的電路圖繪示的一種功率模組800b的剖面圖。在本實施例中，開關元件63b採用垂直型元件(如垂直型Si MOS)，亦即，垂直型元件的所有電極並未設置在同一面上，在本實施例中，開關元件63b的閘極電極G3和源極電極S3位於開關元件63b的上表面，而汲極電極D3則是位於開關元件63b的底層。如第8c圖所示，當開關元件63b直接設置在散熱基板23上時，由於開關元件的底層為汲極電極D3，則與汲極電極D3連接的散熱基板23的電位相當於第6圖電路中的電位Vp。在第6圖中，開關元件63的電壓較低，所以當功率模組600工作時，開關元件63通常處於導通的狀態，其電位Vp可當作為一相對穩定的電位，因此可以忽略其電磁干擾的影響。另外，將功率模組800b中的散熱基板23上的電位設置於電位Vp上，並且第一平面型功率元件61、第二平面型功率元件62與開關元件63b直接並列設置在散熱基板23上，將第二平面型功率元件 62 的源極電極連接至散熱基板23上，可更有利於減少功率模組800b的迴路長度，以降低其等效迴路電感。另外，引腳24還包含另一輸出電壓引腳(未繪示於第8b圖)，其中第二平面型功率元件62的源極電極電性連接另一輸出電壓引腳，提供功率模組800b另一個輸出電壓端。
在本實施例中，僅繪示第二電容C2的設置方式，而第一電容C1(未繪示於第8b圖)可以是上述實施例中的任何一種設置方式，在此並不贅述。在本實施例中第二電容C2設置在散熱基板23與引腳24(亦即，第一輸入電壓引腳Vbus+)的上表面，然本實施例並不以此為限。
由於氮化鎵功率元件搭配的開關元件通常為矽功率元件，而矽功率元件通常為低壓元件，其基板與電極間的耐壓程度與氮化鎵功率元件的耐壓程度難以匹配。因此部分的開關元件可另行設置。由於這些設置的開關元件通常只是為了搭配氮化鎵功率元件的開關控制，而且損耗較少，因此在設置時可以不用考慮散熱的需求。請參照第8d圖，第8d圖係依據第6圖的電路圖繪示的一種功率模組800c的剖面圖。如第8d圖所示，開關元件63b的汲極電極D3直接設置在第二平面型功率元件62的源極電極S2 上，藉此可有效利用空間。另外，在第8d圖中的功率模組800c並未繪示第一電容C1與第二電容C2，然第一電容C1與第二電容C2的設置方法可以是上述實施例中的任何一種設置方式，於此不再贅述。
請參照第9圖，第9圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組900的剖面圖。功率模組900還包含至少一平面型元件91。為了方便說明，在第9圖中僅繪示一個平面型元件91，但本實施例並不以此為限。平面型元件91可以是控制晶片或是驅動晶片。為了實現更好的驅動性能和增加空間利用率，平面型元件91(控制/驅動元件)亦可與第一平面型功率元件21、第二平面型功率元件22並列並且直接設置在散熱基板23上。藉此，功率模組900的驅動能力可達到更佳的性能，如驅動速度可從傳統的數十毫微秒(nS)提升至十幾毫微秒，甚至提升至數毫微秒。
在實際應用上，若欲在封裝過程中將更多的元件如驅動元件、電流取樣晶片、溫度取樣晶片(Negative Temperature CoeffiCient ， NTC)等，集成在功率模組中，則可以將這些元件設置於一絕緣層上，絕緣層可以是印刷電路板。另外，絕緣層上覆有導電線路層，以幫助這些元件內部彼此互連。
請參照第10a圖與第10b圖，第10a圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組110a的剖面圖，第10b圖係依據第10a圖中的功率模組110a繪示的俯視圖。功率模組110a包含第一平面型功率元件21、第二平面型功率元件22、散熱基板23、開關元件63b、控制元件IC1、驅動元件IC2、電容C、複數個引腳24、以及絕緣層111。控制元件IC1、驅動元件IC2皆為平面型元件。在本實施例中，第一平面型功率元件21、第二平面型功率元件22、開關元件63b、控制元件IC1、以及驅動元件IC2的數量均各為一個，然於本實施例中並不以此為限。
在本實施例中，功率模組110a包含兩個平面型元件分別為控制元件IC1、以及驅動元件IC2。如第10a圖與第10b圖所示，由於開關元件63b、控制元件IC1、驅動元件IC2、以及電容C等這些元件並不需要太大的散熱需求，因此這些元件可直接設置在絕緣層111上，絕緣層111可以是印刷電路板，且印刷電路板至少為兩層板。絕緣層111上覆有導電線路層，以幫助這些元件內部彼此互連。另外，絕緣層111可直接焊接在散熱基板23上以方便固定，並且在絕緣層111上可以設置多個過孔，以方便將散熱基板23上的熱傳遞到絕緣層111的上表面，達到雙面散熱的效果。值得一提的是，由於設置在絕緣層111上的所述元件其散熱需求並不是太大，因此絕緣層111可以使用廉價的材料(如電路板)，而不必使用價格昂貴的材料(如覆銅陶瓷基板)，進而減少功率模組110a所需的製作成本。
另外，為了降低功率模組的等效迴路電感，電容的設置方式仍然具有重要性。請參照第10c圖與第10d圖，第10c圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組110b的剖面圖，第10d圖係依據第10c圖中的功率模組110b繪示的俯視圖。在本實施例中，功率模組110b中的電容C設置在第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22的上表面，且通過焊接的方式分別與第一平面型功率元件21的汲極電極D1 以及第二平面型功率元件22的源極電極S2 直接連接，以得到最小的等效迴路電感，然本實施例並不限制電容C的設置方式。藉此，使得功率模組110b的電性能大幅增加的同時，亦不影響其它特性。
在上述的實施例當中，在完成各個元件的連接(如引線結合)後，均使用塑封、灌膠等方式將模封材料27包覆在各個區域以保護各個元件，例如，將模封材料27包覆在第一平面型功率元件21和第二平面型功率元件22上；或可以將模封材料27包覆在控制元件IC1、驅動元件IC2、電容C與開關元件63b上；或可以將模封材料27完全包覆控制元件IC1、驅動元件IC2、電容C、開關元件63b、絕緣層111、散熱基板23以及引腳24的部分。然而，由於絕緣層的使用，使得功率模組在進行模封(molding)過程時，並不需要將所有區域全部覆蓋，僅需要包覆部分元件即可。請參照第10e圖與第10f圖，第10e圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組110c的剖面圖，第10f圖係依據第10e圖中的功率模組110c繪示的俯視圖。如第10e圖與第10f圖所示，模封材料27僅包覆功率模組110c的部分區域，例如模封材料27僅包覆第一平面型功率元件21和第二平面型功率元件22上，其它未包覆的部分則通過絕緣層111一樣可達到防塵、防潮、電性絕緣等保護的效果。藉此，除了進一步地降低製作功率模組所需的成本之外，還減少功率模組佔有的體積以及增加了功率模組的散熱性能。
值得一提的是，在前述實施例當中，引腳24與散熱基板23皆設置在同一平面上，即引腳24與散熱基板23位於絕緣層111的同側。然而，引腳24亦可以與散熱基板23設置於不同平面上，即引腳24與散熱基板23位於絕緣層111的兩側，以增加散熱基板23的面積，如第10g圖所示。第10g圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組110d的剖面圖。在本實施例中，引腳24設置於絕緣層111上，與散熱基板23設置於不同平面，而功率模組110d中各個元件通過接合引線26以及絕緣層111上的導電線路層(未繪示於第10g圖)連接至引腳24上。藉此，散熱基板23的面積可以加大，以增加功率模組110d散熱的效果。
類似地，功率模組110d亦可僅完成部分模封。請參照第10h圖，第10h圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組110e的剖面圖。如第10h圖所示，功率模組110e中的引腳24同樣設置在絕緣層111上，而模封材料27僅包覆功率模組110e的部分區域，例如模封材料27包覆第一平面型功率元件21以及第二平面型功率元件22上。藉此，功率模組的散熱性能可再進一步地增加之外(因散熱基板23的面積增加)，其製作功率模組所需的成本以及所佔的體積也可降低。
通過引腳24與散熱基板23設置於不同平面的方式，除了具備上述優點之外，還可以便利於設置另一散熱器，如第10i圖所示，第10i圖係依據本發明一實施例繪示的一種功率模組110f的剖面圖。功率模組110f還包含一散熱器112設置在散熱基板23的另一側，以符合更大功率之功率模組所需的散熱要求。
請參照第11圖，第11圖係依據本發明一實施例繪示的一種電源變換器210的示意圖。如第11圖所示，電源變換器210包含功率模組211、電源輸入端VI、電源輸出端VO、以及散熱器212。功率模組211可以是前述各個實施例中的任一功率模組，在此並不限制，而電源輸入端VI與電源輸出端VO則分別連接到功率模組211，散熱器212可設置並緊鄰於功率模組211中的散熱基板(未繪示於第11圖)，以提供電源變換器210更好的散熱性能。
進一步來說，電源變換器210通過電源輸入端VI接收輸入電壓，並經由功率模組211轉換成輸出電壓，再通過電源輸出端VO輸出前述的輸出電壓，達到轉換電能的功效。依據轉換電能的態樣分類，電源變換器可以是非隔離型AC/DC電源變換器、非隔離型DC/DC電源變換器、隔離型DC/DC變換器、與隔離型AC/DC電源變換器其中的任一者。據此，本發明實施例中的電源變換器210可依據其態樣變換設置的功率模組211，達到其態樣可轉換其電能的功效。
請參照第12a圖，第12a圖係依據本發明一實施例繪示的一種電源變換器310a的示意圖。如第12a圖所示，電源變換器310a包含功率模組211、散熱器212、引腳311、電路板312、第一集成元件313、第二集成元件314、以及外殼315。散熱器212可設置或集成並緊鄰於功率模組211中的散熱基板(未繪示於第12a圖)，且功率模組211通過引腳311與電路板312連接。另外，電源變換器310a包含第一集成元件313與第二集成元件314用以提供電源變換器310a所需的其它功能模組。值得一提的是，由於功率模組211中的絕緣層上設置多個過孔(未繪示於第12a圖)，使得功率模組211具有雙面散熱的功效。因此，在設置功率模組211時，應設法使功率模組211的兩側均有風道，如第12a圖中的區域a1與a2，讓功率模組211的散熱效能發揮至最大。
請參照第12b圖，第12b圖係依據本發明一實施例繪示的一種電源變換器310b的示意圖。如第12b圖所示，電源變換器310b中的功率模組211其中一側直接與外殼315安裝，另一側提供風道(區域b1)以實現功率模組211雙面散熱。
請參照第13a圖~第13f圖，第13a圖~第13f圖係依據本發明一實施例中繪示的製造功率模組的流程示意圖。首先，如第13a圖所示，提供一散熱基板23，散熱基板23可以是銅、鋁、或是石墨等良導電與良導熱材料組成。然後規劃出欲在散熱基板23上設置功率元件的位置，藉由圖刷或點膠等技術，將銲料或黏著劑附著在散熱基板23上方。在本實施例中，採用銲料25附著在散熱基板23上，然本實施例中其附著方式並不限制。
接著，如第13b圖所示，提供至少一第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22，以焊接或黏結等方式分別將第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22設置在散熱基板23規劃好的位置上。在本實施例中，採用焊接的方式將第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22設置在散熱基板23上，然本實施例中其設置方式並不限制。
接著，如第13c圖所示，提供一絕緣層111，將至少一平面型元件91(如控制元件IC1或驅動元件IC2)、至少一開關元件63b、至少一電容C、以及引腳24等等相關元件設置在絕緣層111上。為了方便及清楚說明，本實施例繪示平面型元件91、開關元件63b、電容C、以及引腳24的數量皆為一個，但本實施例並不以此為限。另外，在本實施例中，採用表面黏著元件迴流銲(SMD Reflow)技術，將平面型元件、開關元件63b、電容C、以及引腳24安裝在絕緣層111上，然本實施例並不限制其安裝的方式。其中絕緣層111可以是電路板等具有電絕緣特性的材料組成，且絕緣層111上覆有導電線路層(未繪示於第13c圖)，以幫助安裝在絕緣層111上的元件內部彼此互連。然後，將絕緣層111覆蓋在散熱基板23上，並且包覆第一平面型功率元件21與第二平面型功率元件22。
接著，如第13d圖所示，連接第一平面型功率元件21、第二平面型功率元件22、平面型元件91、開關元件63b、與電容C至對應的引腳24上，而連接的方式可以是通過引線結合(wire bonding)、黃光製程、或者焊接等方式完成。在本實施例中，連接的方式採用引線結合的方式，通過接合引線26將各個元件連接至對應的位置上，然本實施例並不限制其連接的方式。
然後，如第13e圖所示，可藉由點膠、或是注塑等技術將模封材料27覆蓋在絕緣層111上，使得模封材料可以均勻地包覆平面型元件91、開關元件63b、電容C、以及引腳24的部分，使得各個元件彼此之間達到機械、防塵、防潮、絕緣保護之功用。接著，如第13f圖所示，可另外設置一散熱器212緊鄰於散熱基板23的另一側，使得功率模組增加其散熱的性能。
在本發明一實施例提出的製造功率模組的流程圖中，其平面型元件91、開關元件63b、電容C、以及引腳24的設置位置可為上述任一實施例中揭露的設置位置，本實施例僅列舉其中一實施例為例，然於本實施例中並不限制其各個元件的設置位置。
在上述實施例中，其功率模組的封裝方式均以實現半橋式電路為例，也就是利用至少兩個平面型氮化鎵功率元件實現半橋橋臂的結構。然而，上述實施例中的功率模組的封裝方式同樣可以應用在實現更多橋臂電路的集成或是非橋臂電路上。
請參照第14圖，第14圖係依據本發明一實施例繪示的一種半橋電路410的電路圖。如第14圖所示，第一平面型氮化鎵功率元件411的源極S1 與第二平面型氮化鎵功率元件412的源極S2 連接。另外，第一平面型氮化鎵功率元件411的汲極D1 與第二平面型氮化鎵功率元件412的汲極D2 分別和第一輸入電壓源Vin1與第二輸入電壓源Vin2連接。換句話說，第一平面型氮化鎵功率元件411與第二平面型氮化鎵功率元件412分別組成半橋電路410的上下橋臂，以實現整流的功能。
由上述本發明的實施例可知，通過將平面型功率元件直接設置在散熱基板上形成的功率模組，不僅可以有效地提高空間利用率，並且省去額外設置覆銅陶瓷基板所需的製作成本。另外，功率模組的散熱性能亦大幅地提升，並且通過電容的設置使得功率模組的電性能一併獲得改善。藉此，電源變換器的高功率密度或是高效率均得以實現，並且電源變換器轉變電能的效能亦能有效地提升。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200a‧‧‧功率模組
21‧‧‧第一平面型功率元件
22‧‧‧第二平面型功率元件
23‧‧‧散熱基板
24‧‧‧引腳
25‧‧‧銲料
26‧‧‧接合引線
27‧‧‧模封材料

Claims (43)

  1. 一種功率模組，包含：
    一散熱基板；
    一第一平面型功率元件，包含複數電極皆位於該第一平面型功率元件的上表面；以及
    一第二平面型功率元件，包含複數電極皆位於該第二平面型功率元件的上表面；
    其中該第一平面型功率元件的下表面與該第二平面型功率元件的下表面分別設置在該散熱基板上方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之功率模組，其中該散熱基板係使用導電的熱良導體的材料製成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之功率模組，其中該第一平面型功率元件和該第二平面型功率元件中至少一者為氮化鎵功率元件。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之功率模組，包含一導熱電絕緣層介於該第一平面型功率元件之下表面與該散熱基板之間，該第二平面型功率元件之下表面設置於該散熱基板上。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之功率模組，更包含至少一平面型元件，其中該至少一平面型元件與該第一平面型功率元件、該第二平面型功率元件並列並且設置在該散熱基板上。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之功率模組，其中該至少一平面型元件為驅動晶片或控制晶片。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之功率模組，更包含一垂直型功率元件，該垂直型功率元件直接設置在該第一平面型功率元件或該第二平面型功率元件的該些電極上，或者該垂直型功率元件與該第一平面型功率元件、該第二平面型功率元件並列並且設置在該散熱基板上。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之功率模組，更包含複數引腳，而該第一平面型功率元件的該些電極以及該第二平面型功率元件的該些電極，分別連接至對應的該些引腳。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之功率模組，其中該些引腳包含一輸入電壓引腳以及至少一輸出電壓引腳，該第一平面型功率元件的該些電極包含一汲極電極電性連接該輸入電壓引腳以及一源極電極電性連接該至少一輸出電壓引腳，該第二平面型功率元件的該些電極包含一汲極電極電性連接該至少一輸出電壓引腳以及一源極電極電性連接該散熱基板。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之功率模組，更包含一電容，其中該電容的一端設置並直接連接於該散熱基板上，另一端設置並直接連接於該輸入電壓引腳上。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之功率模組，更包含一電容設置在該第一平面型功率元件的上表面和該第二平面型功率元件的上表面，其中該電容的一端設置並直接連接於該第一平面型功率元件的該汲極電極，另一端設置並直接連接於該第二平面型功率元件的該源極電極。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之功率模組，其中該第一平面型功率元件與該第二平面型功率元件設置於同一晶片上。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之功率模組，更包含：
    一電容；以及
    一電路板；
    其中該電容、該散熱基板和該些引腳設置於該電路板上，該電容的一端電性連接於該散熱基板，另一端電性連接於該輸入電壓引腳。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之功率模組，更包含至少一開關元件，該至少一開關元件電性連接該第一平面型功率元件或該第二平面型功率元件的該些電極。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之功率模組，其中該第一平面型功率元件和該第二平面型功率元件至少之一者為常開型元件，以及該至少一開關元件為常閉型元件。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之功率模組，其中該至少一開關元件為常閉型矽元件或是常閉型氮化鎵元件。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之功率模組，其中該第一平面型功率元件的耐壓等級與該第二平面型功率元件的耐壓等級相等，並且至少是該至少一開關元件的耐壓等級的兩倍以上。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之功率模組，其中該至少一開關元件包含：
    一第一開關元件，該第一開關元件的一端電性連接該第一平面型功率元件的一源極電極，另一端電性連接該第二平面型功率元件的一汲極電極；以及
    一第二開關元件，該第二開關元件的一端電性連接該第二平面型功率元件的一源極電極，另一端電性連接一接地端。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之功率模組，其中該至少一開關元件包含一開關元件，該開關元件具有一第一端以及一第二端，該第一端電性耦接該第二平面型功率元件的一源極電極，該功率模組更包含：
    一第一電容，該第一電容的一端電性耦接該第一平面型功率元件的該汲極電極，另一端電性耦接該第二平面型功率元件的該源極電極。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之功率模組，其中該第一平面型功率元件的耐壓等級與該第二平面型功率元件的耐壓等級是該開關元件的耐壓等級的兩倍以上。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之功率模組，其中該第一平面型功率元件與該第二平面型功率元件均為常開型元件。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之功率模組，更包含：
    一第二電容，該第二電容的一端電性耦接該第一平面型功率元件的一汲極電極，另一端電性耦接該開關元件之該第二端；以及
    一電路板，該第二電容、該散熱基板和該些引腳設置於該電路板上；
    其中該第二電容鄰近於該第一平面型功率元件和該第二平面型功率元件。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之功率模組，其中該第一電容設置在該第一平面型功率元件的上表面和該第二平面型功率元件的上表面。
  24. 如申請專利範圍第19項所述之功率模組，該些引腳包含一第一輸入電壓引腳，該第一電容設置於該第一輸入電壓引腳和該散熱基板上。
  25. 如申請專利範圍第19項所述之功率模組，該些引腳包含：
    一第一輸入電壓引腳，該第一平面型功率元件的該汲極電極電性連接該第一輸入電壓引腳；以及
    一第二輸入電壓引腳，該開關元件的該第二端電性連接該第二輸入電壓引腳；
    其中該第二平面型功率元件的該源極電極電性連接該散熱基板。
  26. 如申請專利範圍第19至25項任一項項所述之功率模組，其中該開關元件與該第一平面型功率元件、該第二平面型功率元件並列以及直接設置在該散熱基板上。
  27. 如申請專利範圍第19、20、21、22、24或25項所述之功率模組，其中該開關元件設置於該第一平面型功率元件的上表面或該第二平面型功率元件的上表面。
  28. 如申請專利範圍第8項所述之功率模組，更包含至少一平面型元件、至少一第一電容、和一絕緣層，該至少一平面型元件以及該至少一第一電容設置在該絕緣層上，且該絕緣層設置在該散熱基板上。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之功率模組，更包含一第二電容，該第二電容設置在該第一平面型功率元件的上表面和該第二平面型功率元件的上表面。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之功率模組，更包含至少一開關元件，該至少一開關元件設置在該絕緣層上，該散熱基板與該些引腳位於該絕緣層同側。
  31. 如申請專利範圍第28項所述之功率模組，更包含至少一開關元件，該至少一開關元件設置在該絕緣層上，該散熱基板和該些引腳分別位於該絕緣層兩側。
  32. 如申請專利範圍第30或31項所述之功率模組，包含一模封材料包覆該第一平面型功率元件和該第二平面型功率元件。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之功率模組，其中該模封材料還包覆該至少一平面型元件、該至少一開關元件以及該至少一第一電容。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之功率模組，其中該模封材料覆蓋在該絕緣層上，該模封材料還包覆該些引腳的部分。
  35. 如申請專利範圍第2項所述之功率模組，更包含一散熱器，該散熱基板固定於該散熱器上。
  36. 一種電源變換器，包含：
    一種如申請專利範圍第1項所述之功率模組；
    一電源輸入端，連接該功率模組；以及
    一電源輸出端，連接該功率模組；其中該電源輸入端接收一輸入電壓，藉由該功率模組轉換成一輸出電壓並經由該電源輸出端輸出。
  37. 如申請專利範圍第36項所述之電源變換器，包含一散熱器，設置並緊鄰於該功率模組的該散熱基板。
  38. 一種功率模組的製造方法，包含：
    提供一第一平面型功率元件、一第二平面型功率元件與一散熱基板，將該第一平面型功率元件與該第二平面型功率元件設置在該散熱基板上方；
    提供一絕緣層，設置至少一平面型元件、至少一電容與複數引腳在該絕緣層上；
    覆蓋該絕緣層在該散熱基板上，並且使該絕緣層包覆該第一平面型功率元件與該第二平面型功率元件；以及
    連接該第一平面型功率元件、該第二平面型功率元件、該至少一平面型元件與該至少一電容至對應的位置上。
  39. 如申請專利範圍第38項所述之製造方法，更包含：
    覆蓋一模封材料在該絕緣層上，使該模封材料包覆該至少一平面型元件、該至少一電容與該些引腳的部分。
  40. 如申請專利範圍第38項所述之製造方法，更包含：
    設置至少一開關元件在該絕緣層上，且連接該至少一開關元件至對應的位置；以及
    覆蓋一模封材料在該絕緣層上，使該模封材料包覆該至少一平面型元件、該至少一電容、該至少一開關元件與該些引腳的部分。
  41. 如申請專利範圍第38項所述之製造方法，更包含：
    提供一散熱器；以及
    固定該散熱基板在該散熱器上。
  42. 如申請專利範圍第38項所述之製造方法，其中藉由圖刷或點膠技術，將銲料或黏著劑附著在該第一平面型功率元件以及該第二平面型功率元件之下表面，以焊接或黏結等方式分別將該第一平面型功率元件以及該第二平面型功率元件設置在該散熱基板上。
  43. 如申請專利範圍第38項所述之製造方法，其中連接該第一平面型功率元件、該第二平面型功率元件、該些平面型元件與該電容至對應的位置上的連接方式為引線結合或焊接。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11018596B2 (en) 2015-10-09 2021-05-25 Delta Electronics, Inc. Power converting device
TWI798659B (zh) * 2020-09-11 2023-04-11 愛爾蘭商納維達斯半導體有限公司 用於氮化鎵功率積體電路之熱增強電子封裝及半橋組態

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107785361B (zh) * 2016-08-26 2020-06-30 台达电子企业管理（上海）有限公司 功率集成模块
US10629550B2 (en) 2012-10-31 2020-04-21 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd Power integrated module
CN104716128B (zh) 2013-12-16 2019-11-22 台达电子企业管理（上海）有限公司 功率模块、电源变换器以及功率模块的制造方法
JPWO2015186208A1 (ja) * 2014-06-04 2017-04-20 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力用装置
US9928317B2 (en) * 2015-02-02 2018-03-27 Mentor Graphics Corporation Additive design of heat sinks
DE102015208150A1 (de) * 2015-05-04 2016-11-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung und elektronische Schaltungsvorrichtung
US9653387B2 (en) * 2015-07-24 2017-05-16 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor component and method of manufacture
JP6671124B2 (ja) * 2015-08-10 2020-03-25 ローム株式会社 窒化物半導体デバイス
EP3131377A1 (de) * 2015-08-14 2017-02-15 Siemens Aktiengesellschaft Phasenmodul für einen stromrichter
FR3051072B1 (fr) 2016-05-04 2018-06-01 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif electronique de puissance a structure d'interconnexion electrique plane
US9966462B2 (en) * 2016-07-12 2018-05-08 Semiconductor Components Industries Llc Guard rings for cascode gallium nitride devices
US20210013793A1 (en) * 2016-08-26 2021-01-14 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd Power chip and bridge circuit
CN107968074A (zh) * 2016-10-19 2018-04-27 江西省昌大光电科技有限公司 一种GaN基电子器件
DE102017101185B4 (de) * 2017-01-23 2020-07-16 Infineon Technologies Ag Ein Halbleitermodul umfassend Transistorchips, Diodenchips und Treiberchips, angeordnet in einer gemeinsamen Ebene, Verfahren zu dessen Herstellung und integriertes Leistungsmodul
JP6786416B2 (ja) * 2017-02-20 2020-11-18 株式会社東芝 半導体装置
DE102018201842A1 (de) 2018-02-06 2019-08-08 Siemens Aktiengesellschaft Leistungselektronische Schaltung mit mehreren Leistungsmodulen
EP3522188A1 (de) * 2018-02-06 2019-08-07 Siemens Aktiengesellschaft Kondensatoraufbau und leistungsmodul mit einem leistungselektronischen bauelement
TWI664701B (zh) * 2018-07-04 2019-07-01 朋程科技股份有限公司 功率元件封裝結構
CN109994463A (zh) * 2019-04-29 2019-07-09 广东美的制冷设备有限公司 智能功率模块及其制作方法、空调器
CN111816623A (zh) * 2019-05-12 2020-10-23 李湛明 封装半导体器件及其封装方法
CN114072904A (zh) * 2019-06-24 2022-02-18 罗姆股份有限公司 半导体装置
CN111244047B (zh) * 2020-02-06 2021-12-28 西安交通大学 一种基于GaN器件的双面散热全桥功率模块
CN112384025B (zh) * 2020-11-16 2021-10-15 浙江大学 一种电子器件的防护装置及其封装方法
DE102021102924A1 (de) * 2021-02-09 2022-08-11 Avl Software And Functions Gmbh Leistungsmodul mit reduzierter intrinsischer Induktivität
TW202341409A (zh) * 2022-03-31 2023-10-16 日商新電元工業股份有限公司 電子模組
WO2023244781A1 (en) * 2022-06-17 2023-12-21 Murata Manufacturing Co., Ltd. Cooling structure of a power supply module
TWI822466B (zh) * 2022-11-16 2023-11-11 創世電股份有限公司 氮化鎵功率元件

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3674333B2 (ja) * 1998-09-11 2005-07-20 株式会社日立製作所 パワー半導体モジュール並びにそれを用いた電動機駆動システム
EP1220323A3 (en) * 2000-12-31 2007-08-15 Texas Instruments Incorporated LDMOS with improved safe operating area
US6744072B2 (en) 2001-10-02 2004-06-01 Xerox Corporation Substrates having increased thermal conductivity for semiconductor structures
US6841852B2 (en) * 2002-07-02 2005-01-11 Leeshawn Luo Integrated circuit package for semiconductor devices with improved electric resistance and inductance
KR100442881B1 (ko) * 2002-07-24 2004-08-02 삼성전자주식회사 고전압 종형 디모스 트랜지스터 및 그 제조방법
US6777800B2 (en) * 2002-09-30 2004-08-17 Fairchild Semiconductor Corporation Semiconductor die package including drain clip
JP4426955B2 (ja) * 2004-11-30 2010-03-03 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置
CN100420017C (zh) * 2005-05-18 2008-09-17 乾坤科技股份有限公司 具有混合线路与复合基板的封装结构
TW200812066A (en) * 2006-05-30 2008-03-01 Renesas Tech Corp Semiconductor device and power source unit using the same
US7868465B2 (en) * 2007-06-04 2011-01-11 Infineon Technologies Ag Semiconductor device with a metallic carrier and two semiconductor chips applied to the carrier
JP4634497B2 (ja) * 2008-11-25 2011-02-16 三菱電機株式会社 電力用半導体モジュール
US8062932B2 (en) * 2008-12-01 2011-11-22 Alpha & Omega Semiconductor, Inc. Compact semiconductor package with integrated bypass capacitor and method
US8193559B2 (en) * 2009-01-27 2012-06-05 Infineon Technologies Austria Ag Monolithic semiconductor switches and method for manufacturing
US7943955B2 (en) * 2009-01-27 2011-05-17 Infineon Technologies Austria Ag Monolithic semiconductor switches and method for manufacturing
US8384129B2 (en) * 2009-06-25 2013-02-26 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Transistor with enhanced channel charge inducing material layer and threshold voltage control
US20110049580A1 (en) 2009-08-28 2011-03-03 Sik Lui Hybrid Packaged Gate Controlled Semiconductor Switching Device Using GaN MESFET
US8138529B2 (en) * 2009-11-02 2012-03-20 Transphorm Inc. Package configurations for low EMI circuits
US20110278706A1 (en) * 2010-05-11 2011-11-17 iQXPRZ Power Inc. Power Electronic Device Package
US8582317B2 (en) * 2010-05-26 2013-11-12 Semiconductor Components Industries, Llc Method for manufacturing a semiconductor component and structure therefor
CN102339818B (zh) * 2010-07-15 2014-04-30 台达电子工业股份有限公司 功率模块及其制造方法
US8587116B2 (en) * 2010-09-30 2013-11-19 Infineon Technologies Ag Semiconductor module comprising an insert
JP5813781B2 (ja) 2011-11-24 2015-11-17 シャープ株式会社 半導体装置および電子機器
US8648643B2 (en) * 2012-02-24 2014-02-11 Transphorm Inc. Semiconductor power modules and devices
CN103050470B (zh) * 2012-12-26 2016-08-10 美的集团股份有限公司 智能功率模块及其制作方法
TWM468012U (zh) 2013-07-29 2013-12-11 Upi Semiconductor Corp 電源晶片模組的封裝結構
KR102153041B1 (ko) * 2013-12-04 2020-09-07 삼성전자주식회사 반도체소자 패키지 및 그 제조방법
CN104716128B (zh) * 2013-12-16 2019-11-22 台达电子企业管理（上海）有限公司 功率模块、电源变换器以及功率模块的制造方法
SG10201400396WA (en) * 2014-03-05 2015-10-29 Delta Electronics Int’L Singapore Pte Ltd Package structure and stacked package module with the same
SG10201400390YA (en) * 2014-03-05 2015-10-29 Delta Electronics Int L Singapore Pte Ltd Package structure
SG10201401622RA (en) * 2014-04-17 2015-11-27 Delta Electronics Int’L Singapore Pte Ltd Package structure

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11018596B2 (en) 2015-10-09 2021-05-25 Delta Electronics, Inc. Power converting device
TWI798659B (zh) * 2020-09-11 2023-04-11 愛爾蘭商納維達斯半導體有限公司 用於氮化鎵功率積體電路之熱增強電子封裝及半橋組態
US11715720B2 (en) 2020-09-11 2023-08-01 Navitas Semiconductor Limited Integrated half-bridge power converter

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