CN107644857B - 多器件功率模块的信号引脚布局 - Google Patents

多器件功率模块的信号引脚布局 Download PDF

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Abstract

功率模块提供一个或多个功率晶体管和卡形支持元件。用于信号电平输入/输出的引脚/端子(例如栅极驱动、电流传感器、和温度传感器信号)布置为两个平行层。电源端子(例如，正母线和负母线，以及相脚的输出端连接点)优选地仅布置于一个层中。信号引脚被横跨功率模块的长边缘横向地以及与该边缘方向侧向地同时间隔开，使得可以在缩短功率模块边缘的横向长度的同时达到最小间隔(即空隙)。优选地，属于单个功率晶体管(例如，IGBT或MOSFET)的信号引脚分布在两层之间，使得相应的信号回路可以与电源端子回路磁性地解耦合。

Description

多器件功率模块的信号引脚布局
技术领域
本发明大体涉及用于电动车辆逆变器(inverter)的包含大功率晶体管的功率模块，更具体地，涉及用于提高空间利用率和减少信号相互作用的基板和接口引脚配置。
背景技术
电动车辆，如混合电动车辆(hybrid electric vehicles，HEV)、插电式混合动力电动车辆(plug-in hybrid electric vehicles，PHEV)、和电池电动车辆(batteryelectric vehicles，BEV)等使用逆变器驱动电机提供牵引力矩。典型的电驱动***可以包括通过接触器开关与可变电压转换器(variable voltage converter，VVC)相连接的直流(direct current，DC)电源(例如电池组或燃料电池)，以调节跨越主DC链路电容器的主母线电压。逆变器连接在主母线和牵引马达之间，以便于将DC母线功率转换成与马达绕阻相耦合以推进车辆的交流(alternating current，AC)电压。
逆变器包括与多个相脚(phase leg)以桥式配置相连接的晶体管开关器件(例如绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistors)，或称为IGBT)。典型的配置包括由三相脚逆变器驱动的三相马达。电子控制器打开和关闭开关，以便于将来自母线的直流电压转换成施加到马达的交流电压。逆变器可以对DC链路电压进行脉宽调制，以便于传递正弦电流输出的近似值，以期望的速度和转矩来驱动马达。施加到IGBT栅极的脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制信号根据需要使其通断，使得所得到的电流与期望电流相匹配。
由于逆变器开关晶体管处理的功率相对高(例如，100kW)，它们通常被构造为***主电路板上的插座的功率模块，主电路板包含马达控制器IC(集成电路)和其它支撑电路。散热结构，例如液冷冷板，通常设置成与功率模块接触以处理产生的大量热量。典型的模块可以包括具有焊接到铜层上的一个或多个功率晶体管芯片的直接覆铜(direct copperbonded，DCB)基板、具有多个输入/输出引脚的引线框架、和封装该模块的包覆成型体。
功率模块可以仅包括一个被称为1合1功率卡的开关元件(例如，具有续流二极管的IGBT、反向导通(reverse-conducting，RC)或称为RC-IGBT、或碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(Silicon Carbide metallic oxide semiconductor fieldeffecttransistor，SiC MOSFET))。功率卡可以是单面冷却或双面冷却。功率模块也可以具有多个开关晶体管，即N合1功率卡。可以使用2合1功率卡来形成变频桥的单相脚。功率模块还具有4个或更多的开关晶体管，该开关晶体管在提供多个相脚的配置中内部连接，并且有时可以包括在形成相脚时并连的冗余晶体管。
功率模块通常可以具有扁平薄板的形状。从模块延伸的连接器引脚包括用于相脚输入和输出的电源端子，和用于晶体管控制信号(即门信号)和各种传感器信号的信号引脚。例如，许多功率模块已经提供了片上温度传感器和/或电流传感器。
在一种常规设计中，电源端子和信号引脚从模块的一个或多个侧面或边缘延伸。端子/引脚可以保持笔直，使得当***主电路板上的插座时，模块横向于主电路板定向，并且模块的两个最大侧面都暴露以通过散热片或冷盘进行散热。端子/引脚也可以弯曲，使模块平放在主电路板上。在任何情况下，可能存在于不同端子/引脚之间的相对高电压电平决定相邻端子/引脚之间的最小间隔。随着器件数量和相关传感器数量的增加，模块需要更多的端子/引脚，并且布置端子/引脚的模块侧面所需的长度也会增加。因此，主电路板上的封装可能会不合意地增加。当使用DCB基板时这个问题尤其显著，因为用于形成端子/引脚的最简单和最便宜的方式，是使它们沿着由DCB基板限定的平面向外延伸，这导致端子/引脚全部占据单独的层。
作为实现更低损耗、更高电流密度(例如，SiC功率器件)、和反向导通能力(例如RC-IGBT)的功率半导体领域的进步的结果，用于任何特定功率能力的必要芯片尺寸已经缩小了。然而，特别是对于N大于2的N合1功率卡而言，单层信号引脚的布置可能限制了降低芯片尺寸和进一步降低功率卡尺寸的潜在用途。
将信号引脚布置在一层中的另一个结果是电源端子与信号引脚位于同一层上。因此，信号引脚已经与电源端子隔开，使得电源端子产生的磁场将不会与信号回路相耦合(即，使得信号引脚上传导的信号不会发生建设性或破坏性的干扰)。因此，单层模块采用引脚间隔，其避免了将功率回路与信号回路相耦合，否则可能会感应出无意中导通功率器件、降低功率器件的开关速度、和/或干扰模块内集成的传感器信号之一的栅极电流。然而，在不引起这种耦合的情况下减小间距将是有利的。
发明内容
在本发明的一个方面中，功率模块包括具有在第一侧上的覆铜层的第一绝缘基板，覆铜层限定电路走线、多个第一信号引脚、和多个电源端子。第一信号引脚与电源端子共面，并且每个悬伸超过第一基板的边缘。包含功率晶体管的至少一个半导体芯片，具有焊接到延伸至电源端子之一的第一基板上的相应电路走线的一侧面。平行于第一基板设置第二绝缘基板，并且在面向第一侧的内侧上具有覆铜层，并且限定电路走线和多个第二信号引脚。第二信号引脚共面，并且每个悬伸超过第二基板的边缘。芯片包括多个信号焊盘，其中第一组信号焊盘各自连接到相应的第一信号引脚，并且其中第二组信号焊盘各自连接到相应的第二信号引脚。多个间隔件分别在第一侧和内侧之间焊接。封装体固定基板、芯片、和间隔件，其中信号引脚和电源端子穿过封装体延伸。
根据本发明，提供了一种功率模块，包括：
第一绝缘基板，第一绝缘基板具有在第一侧上的覆铜层，所述覆铜层限定电路走线、多个第一信号引脚、和多个电源端子，其中所述第一信号引脚与电源端子共面，并且每个悬伸超过所述第一基板的边缘；
包含功率晶体管的至少一个半导体芯片，半导体芯片具有焊接到延伸至所述电源端子之一的所述第一基板上的相应电路走线的侧面；
平行于所述第一基板的第二绝缘基板，第二绝缘基板具有在面向所述第一侧的内侧上并且限定电路走线和多个第二信号引脚的覆铜层，其中所述第二信号引脚共面，并且每个悬伸超过所述第二基板的边缘，其中所述芯片包括多个信号焊盘，其中第一组所述信号焊盘各自连接到相应的第一信号引脚，并且其中第二组所述信号焊盘各自连接到相应的第二信号引脚；
分别焊接在所述第一侧和所述内侧之间的多个间隔件；
固定所述基板、芯片、和间隔件的封装体，其中信号引脚和电源端子穿过所述封装体延伸。
根据本发明的一个实施例，包括焊接到所述第一和第二基板上的相应电路走线的多个半导体芯片，其中每个芯片包含相应的功率晶体管，并且其中用于所有所述功率晶体管的电源端子都从第一基板延伸。
根据本发明的一个实施例，其中一对所述信号焊盘适于接收所述功率晶体管的栅极驱动信号，其中所述第一组包括所述一对栅极驱动信号焊盘中的一个，并且其中所述第二组包括所述一对栅极驱动信号焊盘中的另一个。
根据本发明的一个实施例，其中连接到所述一对栅极驱动信号焊盘的相应的第一和第二信号引脚相对于所述第一基板的所述边缘横向对准，因此与所述第一和第二信号引脚中的栅极电流相关联的磁场横向于与所述电源端子中的开关电流相关联的磁场。
根据本发明的一个实施例，其中一对所述信号焊盘适于提供芯片温度信号，其中所述第一组包括所述一对温度信号焊盘中的一个，并且所述第二组包括所述一对温度信号焊盘中的另一个。
根据本发明的一个实施例，其中连接到所述一对温度信号焊盘的相应的第一和第二信号引脚相对于所述第一基板的所述边缘横向对准，由此与所述第一和第二信号引脚中的温度信号相关联的磁场横向于与所述电源端子中的开关电流相关联的磁场。
根据本发明的一个实施例，其中所述第一信号引脚和所述电源端子从所述第一基板的相对边缘延伸。
根据本发明的一个实施例，其中所述第一和第二信号引脚分别从所述第一和第二基板邻近边缘延伸。
根据本发明的一个实施例，其中所述第一和第二基板各自具有包括适于传导在所述功率晶体管中产生的热的覆铜层的外侧。
根据本发明提供了一种用于电动车辆逆变器的相脚，包括：
第一绝缘基板，第一绝缘基板具有在第一侧上的覆铜层，所述覆铜层限定电路走线、多个第一信号引脚、和多个电源端子，其中所述第一信号引脚与电源端子共面，并且每个悬伸超过所述第一基板的边缘；
各自包含相应功率晶体管的多个半导体芯片，半导体芯片具有焊接到延伸至所述电源端子之一的所述第一基板上的相应电路走线的相应侧面；
平行于所述第一基板的第二绝缘基板，第二绝缘基板具有在面向所述第一侧的内侧上并且限定电路走线和多个第二信号引脚的覆铜层，其中所述第二信号引脚共面，并且每个悬伸超过所述第二基板的边缘，其中所述电路走线将相应的功率晶体管串联到提供相脚输出的中间连接点，其中每个芯片包括多个信号焊盘，其中每个功率晶体管的第一组所述信号焊盘各自连接到相应的第一信号引脚，并且其中每个功率晶体管的第二组所述信号焊盘各自连接到相应的第二信号引脚；
分别焊接在所述第一侧和所述内侧之间的多个间隔件；
固定所述基板、芯片、和间隔件的封装体，其中信号引脚和电源端子穿过所述封装体延伸。
根据本发明的一个实施例，其中每个功率晶体管的一对所述信号焊盘适于接收相应的栅极驱动信号，并且其中每个第一组包括所述一对相应的栅极驱动信号焊盘中的一个，并且其中每个第二组包括所述一对相应的栅极驱动信号焊盘中的另一个。
根据本发明的一个实施例，其中连接到每一对栅极驱动信号焊盘的相应的第一和第二信号引脚相对于所述第一基板的所述边缘横向对准，因此与所述相应的第一和第二信号引脚中的栅极电流相关联的磁场横向于与所述电源端子中的开关电流相关联的磁场。
根据本发明的一个实施例，其中每个芯片的一对所述信号焊盘适于提供芯片温度信号，其中每个第一组包括所述一对相应的温度信号焊盘中的一个，并且每个第二组包括所述一对相应的温度信号焊盘中的另一个。
根据本发明的一个实施例，其中连接到所述一对相应的温度信号焊盘的相应的第一和第二信号引脚相对于所述第一基板的所述边缘横向对准，由此与所述第一和第二信号引脚中的相应的温度信号相关联的磁场横向于与所述电源端子中的开关电流相关联的磁场。
根据本发明的一个实施例，其中所述第一信号引脚和所述电源端子从所述第一基板的相对边缘延伸。
根据本发明的一个实施例，其中所述第一和第二信号引脚分别从所述第一和第二基板邻近边缘延伸。
根据本发明的一个实施例，其中所述第一和第二基板各自具有包括适于传导在所述功率晶体管中产生的热的覆铜层的外侧。
根据本发明提供了一种功率模块，包括：
一对间隔开的基板，基板具有分别连接基板上的多个信号引脚和电源端子的电路走线，并且多个信号引脚和电源端子超过所述基板的边缘共面悬伸；
附接到所述基板之一上的电路走线上的至少一个半导体芯片；
所述基板之间的多个间隔件；和
封装体；
其中配对信号引脚的间隔和成对电源端子的间隔对于磁性解耦合是横向的。
根据本发明的一个实施例，其中所述信号引脚和功率引脚穿过所述封装体延伸。
附图说明
图1示出了典型的2合1功率模块的示意图。
图2示出了现有技术的功率模块的部分的分解图。
图3、4和5分别示出了具有信号引脚和在相对侧的电源端子的单个引脚层的现有技术功率模块的等距视图、端视图、和侧视图。
图6示出了具有信号引脚和电源端子二者的功率模块的一侧的平面图。
图7是图6的功率模块的端视图，示出了信号引脚和电源端子的感应磁场。
图8和图9分别示出了本发明的功率模块的端视图和侧视图。
图10示出了根据功率模块的一个实施例的功率器件布置的示意图。
图11示出了具有电源端子、信号引脚、和接收了图10电路的一些半导体芯片的电路走线的第一DCB基板的平面图。
图12示出了具有信号引脚、和接收了图10电路的其他半导体芯片的电路走线的第二DCB基板的平面图。
图13示出了图11和图12的第一和第二基板配合在一起以形成具有两层布置的信号引脚的功率模块的平面图。
图14示出了根据本发明的双层结构的横截面图。
图15是本发明的功率模块的端视图，示出了与电源端子和信号引脚相关联的磁场。
具体实施方式
本发明将功率模块中用于信号电平输入/输出(例如，栅极驱动、电流传感器、和温度传感器信号)的引脚/端子布置在两个并联层中。电源端子(例如正母线和负母线，和/或相脚输出连接点)优选地仅布置于一层中。信号引脚被横跨功率模块的长边缘横向地以及与该边缘方向侧向地同时隔开，使得可以在缩短功率模块边缘的横向长度的同时达到最小间隔(即空隙)。优选地，属于单个功率晶体管(例如，IGBT或MOSFET)的信号引脚分布在两个层之间，使得相应的信号回路可以与电源端子回路磁性地解耦合。
参考图1，功率模块10的示例配置包括分别具有反向二极管13和14的第一和第二功率晶体管11和12。晶体管11和12串联在正母线端子P和负母线端子N之间。在为逆变桥中的相脚使用功率模块10时，晶体管11和12之间的连接点连接到电源端子AC以提供相脚输出。功率晶体管11和12具有各自的栅极输入端子G1和G2、以及相应的开尔文发射极端子KE1和KE2，每对栅极/发射极端子接收相应的栅极驱动信号，以根据在控制器(未示出)中实施的切换算法接通和断开功率晶体管11和12。
晶体管11和12具有各自的电流传感器输出SE1和SE2，用于提供与流过晶体管11和12的主电流成比例的信号。模块内集成的温度传感器15和16分别靠近晶体管11和12设置，用于在端子K1和A1之间、以及K2和A2之间分别提供相关联的温度信号。
如图2所示的功率模块的典型结构可以包括直接覆铜(DCB)基板20，其中第一侧20a具有被腐蚀的覆铜层以限定电路走线21和信号引脚22和23。基板20的相对侧20b上的第二覆铜层可以作为散热器，如本领域已知的，用于去除在功率晶体管11和12的开关期间产生的热量。走线21也从基板20的相应边缘延伸，以形成电源端子P、N、和AC。信号引脚22和23，以及电源端子P、N和、AC共面，并且每个悬伸超过基板20的相应边缘。例如，信号引脚22和23，以及电源端子P、N和、AC可以通过蚀刻覆铜层形成，或者可以使用引线框架形成。
半导体芯片24和25各自提供相应的功率晶体管、反向二极管、和芯片内集成的传感器(例如，电流传感器和温度传感器)。每个芯片包括多个输入/输出焊盘，用于通过直接焊接、或焊接在焊盘和电路走线或引脚之间的跳线，来连接到外部电路。通常，半导体芯片的一侧形成直接焊接到走线21的集电极端子，因此端子引脚P和N通过走线直接连接到晶体管发射极。晶体管发射极通过跳线连接到相应的电路走线或端子。包括导电板的散热器26抵靠着芯片24和25的剩余侧面设置，用于将热能传递到散热装置，例如冷板。散热器可以是DCB板，或者只是不绝缘的铜层。功率模块通常通过将图2所示的组件封装在包覆成型体(例如热塑性材料)中来保持在一起。
图3-5示出了用于电动车辆转换器类型的功率模块30。可以将任意数量的功率晶体管内置到功率模块，通常是每个模块所需相脚数的两倍。每个IGBT或MOSFET晶体管通常具有由栅极、和开尔文发射极引脚(用于接收栅极驱动信号)、和传感器引脚组成的五个信号引脚，传感器引脚包括电流传感器引脚、和温度阳极和阴极引脚。在图3-5所示的实施例中，信号引脚31从模块30的一个边缘延伸，并且电源端子32从相对的边缘延伸，其中，引脚31和端子32在单个层中都共面。电源端子的数量通常包括正负母线端子和每个相脚的连接端子数量。随着功率晶体管的数量增加，信号引脚31延伸的侧面的必要长度也按比例增加。因为相同晶体管器件的引脚之间可能有约15至20V的电压差，而属于不同晶体管器件的引脚之间可能有几百伏的电压差，为了在相邻引脚之间保持足够的电压间隙，引脚间距要求可能是显著的。因此，图3-5所示的器件可能在一些应用中可能变得过长。
图6示出了另一个现有技术的功率模块35，其具有用于沿所示方向传导电流的电源端子36和37。类似地，一对信号引脚38和39，以及一对信号引脚40和41在所示方向上传导电流。端子36和37，以及引脚38-41示为从功率模块35的公共边缘延伸，但是这里讨论的磁性相互作用对于端子和引脚占据单个层但从相对边缘延伸的情况同样有效。如图7所示，电源端子36和37感生垂直于平面模块35限定的平面的磁场(即，垂直于单层引脚和端子形成的线)。类似地，信号引脚38-41具有感生垂直磁场的方向。类似地，通过与引脚层横向的磁场(例如由电源端子36和37中的电流产生)在信号引脚38-41中感应出电流。由于与引脚38-41相关的磁场方向相对于电源端子36和37的场方向是平行的或反向平行的，功率回路和信号回路之间的磁性耦合可能足够大，以引起对栅极和传感器信号的干扰。
图8和图9示出了本发明的功率模块45，其中信号引脚布置为多层以减少模块的封装长度。从模块45的一个边缘延伸的信号引脚包括引脚46和引脚47，每个引脚代表相应功率晶体管的5引脚组。信号引脚分布在第一层50和第二层51之间。层51优选地与电源端子48共面。通过在层50和51之间分布信号引脚，获得更紧凑的功率模块。此外，下面将描述匹配的信号引脚对的特定互连，使得相互作用的引脚分布在两个层之间，这导致信号回路与功率回路磁性解耦合。
图11-13示出了功率模块55的一个详细实施例的总体布局。图10示出了功率晶体管的布置和用于形成相脚对的模块55的电路配置的示意图。晶体管器件56和57串联以形成在中间连接点上具有输出AC1的第一相脚。第二相脚通过与一对串联功率晶体管58和59、与功率晶体管60和61的中间连接点并联，具有输出AC2。将两组晶体管并联到一个相脚用于增加载流能力。
本实施例采用图11所示的第一绝缘基板和图12所示的第二绝缘基板，它们被组合形成如图13所示的模块。
参考图11，第一DCB基板65具有限定电路走线66的第一侧、多个第一信号引脚67、和多个电源端子68。第一信号引脚67与电源端子68和电路走线66共面。每个引脚67悬伸超过基板65的边缘69。电源端子68悬伸超出DCB基板65的反向边缘。多个半导体芯片70、71、和72(每个都包含相应的功率晶体管)具有焊接到各个电路走线66的各个发射极侧，从而根据图10所示的配置将集电极连接到电源端子68。
每个半导体芯片70-72具有多个信号焊盘，包括芯片70所示的焊盘73。一些信号焊盘73使用焊接的跳线74连接到相应的信号引脚67，使得与芯片70相关联的信号引脚的子集(即，小于全部)分配到信号引脚67的第一层。
第二DCB基板75具有限定电路走线76和多个第二信号引脚77的第一(内部)侧面。优选地，在第二基板75上不设置电源端子，但是分布电源端子也在本发明的范围内。第二信号引脚77与电路走线66共面，并且每个悬伸超过基板75的边缘78。多个半导体芯片80、81和、82(每个都包含相应的功率晶体管)具有焊接到相应电路走线76的相应发射极。为了将走线76连接到第一基板65上的电源端子68，基板65和75被组合在一起以制造功率模块，之后将导电间隔件焊接在走线76和走线66(图11)之间。导电间隔件的焊接位置示为84、85、和86。
每个半导体芯片80-82具有多个信号焊盘。对于每个相应的芯片，其信号焊盘的一些使用焊接的跳线(例如，线83)连接到第二信号引脚77中相应的引脚。对于芯片70-72和80-82，在同一基板上没有跳到信号引脚的信号焊盘在其它基板上跳到信号引脚。因此，与每个特定芯片相关联的信号引脚分布在第一层信号引脚67和第二层信号引脚77之间。图13示出了并排放置的统一基板，使得信号引脚层位于间隔开的平行平面中。在这种位置上，跳线和导电间隔件可以焊接在两个基板之间。
在图14的横截面图中示出了功率模块90结构的更详细的细节。第一DCB基板包括绝缘层91，其在一个(内部)表面上具有成形(例如蚀刻)的覆铜层92，而在另一(外部)侧表面上具有连续的覆铜层93。铜层92超过绝缘层91的一个边缘延伸以形成电源端子94，并且超过相,对的边缘延伸以形成信号引脚95。半导体芯片96焊接到铜层92，并且具有通过跳线97连接到信号引脚95的信号焊盘。第二绝缘层100在一侧面具有成形的覆铜层101，在其它侧面具有连续的铜覆铜层102。信号引脚103作为第二平行层的一部分，与信号引脚95沿着公共边缘延伸。导电间隔件104和105焊接在半导体芯片96和铜层101之间，以提供必要的电连接和受控的间隔，使包覆成型或封装材料106能够穿透，以便于为功率模块90提供主要结构体。导电间隔件也可以焊接在两个基板的内部铜层之间。外部连续的铜层用作散热器，以在操作期间高效地从模块90中取出热量。
如图15所示，本发明解决了功率回路与信号回路之间的磁性耦合和干扰问题。功率模块110具有沿着模块110的纵向边缘纵向间隔开的电源端子111和112。一对信号引脚113和114，以及一对信号引脚115和116分别相对于基板边缘横向对准(即，每对引脚沿着由电源端子111和112的间隔限定的线的垂线间隔开)。选择每一对信号引脚113/114和115/116以匹配相应的信号回路，例如由一个功率晶体管的栅极引脚和开尔文发射极引脚组成的栅极信号回路，或例如位于一个功率晶体管的温度传感器的阴极和阳极引脚的传感器信号回路。所产生的功率回路中的开关电流的磁场方向、和信号回路中的低电平信号方向同样横向地定向，这意味着没有网络耦合，并且避免了干扰。
根据图15的信号引脚的匹配，优选地对应于接收用于该功率晶体管的栅极驱动信号的一个功率晶体管的信号焊盘的匹配。因此，用于一个芯片的信号焊盘被分成包括栅极驱动信号焊盘对中的一个的第一组信号焊盘，和包括栅极驱动信号焊盘对中另一个的第二组信号焊盘，并且第一组信号焊盘连接到第一引脚层中的引脚，并且第二组信号焊盘连接到第二引脚层中的引脚。优选地，连接到栅极驱动信号焊盘对的第一和第二信号引脚相对于模块的边缘横向对准。
在每个半导体芯片中，可以存在适于提供芯片温度信号的信号焊盘对。连接到信号引脚的第一层的第一组焊盘可以包括温度信号焊盘对中的一个，并且连接到信号引脚的第二层的第二组焊盘可以包括温度信号焊盘对中的另一个。再者，连接到温度信号焊盘对的第一和第二信号引脚优选相对于模块的边缘横向对齐。
上面已经描述了具有显著优点的功率模块的两层信号引脚设计。对于N合1功率模块，两层信号引脚设计可以节省空间，同时保持足够的电压间隙(voltage clearance)，使得功率模块整体尺寸可以缩小。在逆变器***控制器(inverter system controller，ISC)的主栅极驱动板上，为了驱动多个相脚，需要将数个功率模块一起安装在电路板上。本发明的信号引脚布局可以集中在栅极驱动板上接收功率模块所需的封装。因此，可以减小栅极驱动板尺寸，并且可以简化栅极驱动板上的信号走线布局。两层信号引脚设计，特别是当电源端子靠近信号引脚设置时，可以显著减少功率回路和信号回路之间的磁性耦合(例如，在器件切换瞬变期间)。由于本发明缓解了保持电源端子尽可能远离信号引脚的需要，在设计功率模块时，电源端子布局更加灵活。

Claims (16)

1.一种功率模块，包括：
第一绝缘基板，所述第一绝缘基板具有在第一侧上的覆铜层，所述覆铜层限定电路走线、多个第一信号引脚、和多个电源端子，其中所述第一信号引脚与电源端子共面，并且每个悬伸超过所述第一绝缘基板的边缘；
至少一个半导体芯片，所述半导体芯片包含功率晶体管并且具有焊接到延伸至所述电源端子之一的所述第一绝缘基板上的相应电路走线的侧面；
第二绝缘基板，所述第二绝缘基板平行于所述第一绝缘基板，并且具有在面向所述第一侧的内侧上并且限定电路走线和多个第二信号引脚的覆铜层，其中所述第二信号引脚共面，并且每个悬伸超过所述第二绝缘基板的边缘，其中所述芯片包括多个信号焊盘，其中第一组所述信号焊盘各自连接到相应的第一信号引脚，并且其中第二组所述信号焊盘各自连接到相应的第二信号引脚；
分别焊接在所述第一侧和所述内侧之间的多个间隔件；以及
固定所述基板、芯片、和间隔件的封装体，其中信号引脚和电源端子穿过所述封装体延伸。
2.根据权利要求1所述的模块，包括焊接到所述第一和第二绝缘基板上的相应电路走线的多个半导体芯片，其中每个芯片包含相应的功率晶体管，并且其中用于所有所述功率晶体管的电源端子都从第一绝缘基板延伸。
3.根据权利要求1所述的模块，其中一对所述信号焊盘适于接收所述功率晶体管的栅极驱动信号，其中所述第一组包括一对栅极驱动信号焊盘中的一个，并且其中所述第二组包括所述一对栅极驱动信号焊盘中的另一个。
4.根据权利要求3所述的模块，其中连接到所述一对栅极驱动信号焊盘的相应的第一和第二信号引脚相对于所述第一绝缘基板的所述边缘横向对准，因此与所述第一和第二信号引脚中的栅极电流相关联的磁场横向于与所述电源端子中的开关电流相关联的磁场。
5.根据权利要求1所述的模块，其中一对所述信号焊盘适于提供芯片温度信号，其中所述第一组包括一对温度信号焊盘中的一个，并且所述第二组包括所述一对温度信号焊盘中的另一个，其中连接到所述一对温度信号焊盘的相应的第一和第二信号引脚相对于所述第一绝缘基板的所述边缘横向对准，由此与所述第一和第二信号引脚中的温度信号相关联的磁场横向于与所述电源端子中的开关电流相关联的磁场。
6.根据权利要求1所述的模块，其中所述第一信号引脚和所述电源端子从所述第一绝缘基板的相对边缘延伸。
7.根据权利要求6所述的模块，其中所述第一和第二信号引脚分别从所述第一和第二绝缘基板的邻近边缘延伸。
8.根据权利要求1所述的模块，其中所述第一和第二绝缘基板各自具有包括适于传导在所述功率晶体管中产生的热的覆铜层的外侧。
9.一种用于电动车辆逆变器的相脚，包括：
第一绝缘基板，所述第一绝缘基板具有在第一侧上的覆铜层，所述覆铜层限定电路走线、多个第一信号引脚、和多个电源端子，其中所述第一信号引脚与电源端子共面，并且每个悬伸超过所述第一绝缘基板的边缘；
多个半导体芯片，所述多个半导体芯片各自包含相应功率晶体管，并且具有焊接到延伸至所述电源端子之一的所述第一绝缘基板上的相应电路走线的相应侧面；
第二绝缘基板，所述第二绝缘基板平行于所述第一绝缘基板，并且具有在面向所述第一侧的内侧上并且限定电路走线和多个第二信号引脚的覆铜层，其中所述第二信号引脚共面，并且每个悬伸超过所述第二绝缘基板的边缘，其中所述电路走线将相应的功率晶体管串联到提供相脚输出的中间连接点，其中每个芯片包括多个信号焊盘，其中每个功率晶体管的第一组所述信号焊盘各自连接到相应的第一信号引脚，并且其中每个功率晶体管的第二组所述信号焊盘各自连接到相应的第二信号引脚；
分别焊接在所述第一侧和所述内侧之间的多个间隔件；
固定所述基板、芯片、和间隔件的封装体，其中信号引脚和电源端子穿过所述封装体延伸。
10.根据权利要求9所述的相脚，其中每个功率晶体管的一对所述信号焊盘适于接收相应的栅极驱动信号，并且其中每个第一组包括一对相应的栅极驱动信号焊盘中的一个，并且其中每个第二组包括所述一对相应的栅极驱动信号焊盘中的另一个。
11.根据权利要求10所述的相脚，其中连接到每一对栅极驱动信号焊盘的相应的第一和第二信号引脚相对于所述第一绝缘基板的所述边缘横向对准，因此与所述相应的第一和第二信号引脚中的栅极电流相关联的磁场横向于与所述电源端子中的开关电流相关联的磁场。
12.根据权利要求9所述的相脚，其中每个芯片的一对所述信号焊盘适于提供芯片温度信号，其中每个第一组包括一对相应的温度信号焊盘中的一个，并且每个第二组包括所述一对相应的温度信号焊盘中的另一个，其中连接到所述一对相应的温度信号焊盘的相应的第一和第二信号引脚相对于所述第一绝缘基板的所述边缘横向对准，由此与所述第一和第二信号引脚中的相应的温度信号相关联的磁场横向于与所述电源端子中的开关电流相关联的磁场。
13.根据权利要求9所述的相脚，其中所述第一信号引脚和所述电源端子从所述第一绝缘基板的相对边缘延伸。
14.根据权利要求13所述的相脚，其中所述第一和第二信号引脚分别从所述第一和第二绝缘基板邻近边缘延伸。
15.根据权利要求9所述的相脚，其中所述第一和第二绝缘基板各自具有包括适于传导在所述功率晶体管中产生的热的覆铜层的外侧。
16.一种功率模块，包括：
一对间隔开的基板，所述基板具有分别连接所述基板上的多个信号引脚和电源端子的电路走线，并且所述多个信号引脚和电源端子超过所述基板的边缘共面悬伸；
附接到所述基板之一上的电路走线上的至少一个半导体芯片；
所述基板之间的多个间隔件；和
封装体；
其中成对信号引脚的间隔和成对电源端子的间隔对于磁性解耦合是横向的。
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