TWI260751B - Electronic substrate, power module and motor driver - Google Patents

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TWI260751B
TWI260751B TW092137137A TW92137137A TWI260751B TW I260751 B TWI260751 B TW I260751B TW 092137137 A TW092137137 A TW 092137137A TW 92137137 A TW92137137 A TW 92137137A TW I260751 B TWI260751 B TW I260751B
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TW
Taiwan
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conductive
conductive member
electronic substrate
power supply
insulating layer
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TW092137137A
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Inventor
Koji Morita
Takao Yoshikawa
Takayuki Murai
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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1260751 玖、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明關於-種有效地將電力半導體晶片安裝於其上之 電子基板,及亦關於一種電源模組,纟中電力半導體晶片 女i於此一電子基板上。本發明占 七a向關於一種馬達驅動器及 一種包括此一電源模組在内之電動車。 【先前技術】 有些含有半導體組件(有時候大致稱為半導體裳置)之筆 置包括-基板,供-互連圖案界定於其上,且半導體㈣ 在基板上安裝如同一晶片(即半導體晶片),此一並無安裝 半導體晶片之基板在本文中亦稱為一,,電子基板”。在—藉 由安裝電力半導體晶片於此一電子基板上而取得之裝置中 ^在本文中稱為,,電源模組,,或,,電力半導體總成”)’ ^如5〇 女培以上之大量電流通常流過其互連圖案,基於此原因, 此一電源模組之互連圖案即較厚於一般電子基板者,且其 例如具有300 μιη厚度。 一包括一電子基板與電力半導體晶片安裝於其上且用於 供給電流至馬達之電源模組(或電力半導體總成)例如揭露 於曰本專利特許公開2002_184907號中,文後,曰本專利 特許公開2002_184907號中所揭露電源模組之結構將參考 圖1說明之。 於 圖1所示之電源模組100包括一金屬基座基板1〇3及安裝 金屬基座基板103上之半導體晶片1〇5,金屬基座基板 103包括一金屬基座板1〇1及一提供於其上以做為塗層之絕 -6- ^0351 1260751 緣層102。 墊片104提供於金屬基座基板1〇3之絕緣層1〇2上且電力 半導體晶片105接合於諸墊片1〇4,更明確地說,半導體晶 片105直接焊合於墊片1〇4 (焊料係以圖i中之參考編號1〇6 標示),同樣地,半導體晶片105利用接線1〇8而連接於金 屬基座基板103上之一銅箔圖案1〇7。 此一電源模組100可用於供給電流至三相交流馬達,圖2 揭示二相交流馬達之一等效電路。 在此馬達驅動器中,端子a、b連接於一電池及一平滑電 容器。在圖2所示之實例中,—正電位施加於端子&而一負 迅4鈿力於知子b ’各包括一對串聯電力場效電晶體裝置 (文内稱| FET裝置”)在内之三條電流路徑係界定於端子 :、b之間,亦即,—電路係由此6個FET裝置構成,且順 置之口閘極共同連接於—閘極驅動器,閘極驅動器控制 FET裝置之操作,藉此供給三相交流電流通過端子。、心〇 到達一馬達。 =圖2所不之馬達驅動器巾,虛線框内之電路段係實施 為電源模組(或電力半導體總成),在圖2所示之㈣中’ Z電源模組(或電力半導體總成)及閘極驅動器可以積合 ;=,!此,一包括此結構型式之電源模刚 ^ 在内之1置在本文中即稱為,,馬達驅動器”。 若使用圖1所示之電子基板,一 。^ ^ ^ 圖3Α、3Β、…所- 3這驅動益可實施如 B 3C所不,更明確地說, 導I#驻罢每a 口 *"Α揭不Μ圖1所示半 午體衣置貫施之馬達驅動器 之十面布局,圖3Β係其截面 -7- 1260751 圖,及圖3C係以放大比例揭示圖3β之圈起部分。 如圖3B所示,此馬達驅動器包括一具有相同於圖i所示 結構之電源模組,且一用於控制FET裝置操作之閘極驅動 器係進一步提供於其基板上,各電路組件利用絕緣層與鋁 線上所提供之銅圖案而接合。 圖3A所示之電極a、b、c、d、e分別對應於圖2所示之端 子a、b、c、d、e,同樣地,在圖3A中,電極a、b分別做 為一正電源供給線及一負電源供給線。 其次,曰本專利特許公開9-139580號中所揭露之電子基 板將參考圖4說明於後。 如圖4所示,日本專利特許公開9_13958〇號中所揭露之 電子基板109具有一雙層互連結構,電子基板1〇9包括一金 屬基座no、一提供於金屬基座110上之第一絕緣層111、 一提供於第一絕緣層111上之下方互連112、一配置用於覆 蓋下方互連112之第二絕緣層U1,、及一提供於第二絕緣層 111上之上方互連112’ ’此二互連112、112,係由銅箔圖案 構成。 - 在圖3A、3B、3C所示之馬達驅動器中,其電極及互連 具有寄生電感L,據此,當FET裝置切換時,即產生一成 正比於電流變化比di/dt與電感L乘積之過電壓,此過電壓 之強度成正比於電流變化比di/dt。因此,FET裝置之切換 率越高,過電壓越大且FET裝置越易受損。 為了使FET裝置免於受損,電感L或電流變化比di/dt需 減小,惟,若電流變化比di/dt減小,則切換時間及切換損 1260751 寄生電 失二者即增加且高速切換性能降低。基於此原因 感L應予減小, ^ ’在-習知電源模組中’寄生電感1係藉由相對設 置一對導電體,使電流以相反方向流過導電體且由諸電流 產生之磁力線相互抵銷而減小。在此例子中,相反方向之 :流較佳為具有大致相同之強度。當二相對導電體縮短且 ”相對面積加寬時,寄生電感L可以更有效地減小。 在圖3A所示之布局中,流過電極&之電流方向亦相反於 流過電極b之電流者,且二電極…相當靠近。惟,其難 =再減小電極a、b之間之距離或寄生電感[,因為距離及 電感L已減小到其最低之可處理限度。此外,由於電極&、 b實質上延伸平行於基板之表面,故需長的接線以將各衝 裝置連接於銅猪圖案’因此,由接線本身產生之電感增加 且整體寄生電感亦意外地增加。 基於此原因,取代嘗試進—步減小寄生電感,特別設計 用於承受此一高過電壓之FET裝置應加以使用。另者,額 外組件需提供於基板上,以做過電壓防護。因此,電源模 組之成本明顯增加。 再者,即使圖4所示之多層結構可用於避免諸問題,仍 有以下新問題發生。 更明確地說,若一電力FET裝置在上方互連112,上操 作,FET裝置將產生可觀之熱量,且其溫度將超過1〇〇它。 在此例子中’此熱需由基座散失,惟,提供於FET裝置與 基座之間之二絕緣層111、111,阻礙了流暢之熱流,因此, 1260751 FET叙置無法充分冷卻且可能降低性能或受損。再者,若 流過下方與上方互連112、112,之電流量大,則互連112、 112亦產生不可忽略之熱量,特別是下方互連丨12夾置於第 一及第二絕緣層m、之間,下方互連112產生之熱將 無法輕易散失。 可以瞭解的是,若此一多層互連結構提供於基座上,絕 緣層將大幅地阻礙散熱。再者,具有圖4所示雙層互連結 構之電子基板需要極複雜之製造過程及過高之製造成本。 【發明内容】 為了克服上述問題,本發明較佳實施例提供一電子基 板,可同時達成低寄生電感及高散熱效率,其亦提供一包 括此電子基板在内之電源模組及—包括此電源模組在内之 馬達驅動器。 本㈣較佳實施例之-電子基板較佳為供 體晶片於其上,基板較佳為包括一第一導電構件、一^ =構件、及-絕緣層。第—導電構件較佳為電連接於直 半晶片,第二導電構件較佳為電連接於其中另-片,絕緣層較佳為將第:導電構件電隔離於第— 構件。第一導電構件較佳為一導電基座 層、半導體晶片及第二導電構件於其上。〃牙、、、巴緣 在本發明之-較佳實施例中,絕緣 基座上,-圖案化導電膜界定於絕緣m::導電 化導電膜係如第二導電構件之功能。1且-部分圖案 在此料較佳實施例中,電子基板較佳為進—步包括_ 9〇351 -10- 1260751 第—供電電極及一第二供電電極, :接於導電基座,而第二供電電極較佳為;= 件’當半導體晶片導通_時,第一及第二供以 車乂佳為連接於一外電源供給器。 包杨 ^明確地說’第-供電電極較佳為提供於絕緣層上 错由-延伸通過絕緣層之開孔而電連接於導電基座。 再明確地說,導電基座較佳為具有複數凹穴,、 電銷較佳為***導電基座之其中一 導 錢於第—供電電極,及-第二導電銷較佳為***導電基 fb:其中另一凹穴,以將導電基座電連接於另-部分圖; 化導電膜。 系 、在此特定較佳實施例中’流過第一及第二導電銷之間之 導電基座内側部分之電流方向較佳為實質上相反於流過第 -導電構件内側部分之電流方向,在此例子中,第二導電 構件内側部分較佳為疊覆於導電基座者。 曰在另-較佳實施例中,導電基座較佳為—至少約工_ 厚度之金屬板,且導電基座較佳為具有一平坦之後表面, 其可熱接觸於一散熱器。 “在又車乂仫貝施例中,第二導電構件與第一及第二供電 電極較佳為由圖案化金屬箔片界定。 在再較佳貫細例中,當半導體晶片導通(〇N)時,一流 動於第一及第二供電電極之間之電流較佳為具有一至少約 女^之敢大值,電流之最大值亦超過約1⑻安培。 在另一較佳實施例中,絕緣層較佳為由大約0.2 mm厚度 90351 -11 - 1260751 之環氧樹脂肪質構成。 本發明較佳實施例之一 半導體曰θ^… Λ、吴、、且較佳為包括複數電力 層,第θ曰導.弟一導電構件、-第二導電構件及-絕緣 片,第導:::較佳為電連接於其卜電力半導體晶 片,絕:屏= 電連接於其中另-電力半導體晶 件,笛于弟一泠私構件電隔離於第一導電構 弟-導電構件較佳為一導電基座 力半導體晶片及第二導電構件於其上。一巴緣層、电 本發明較佳實施例之_鍤$ 模組,其連接於一二=動器較佳為包括-電源 於“電源供給器,以產生-交流 ::控:Γ其用於控制電源模組。電源模組較佳二括 ^四枚電力半導體晶片、一第一導電構件、 構件、一絕緣層、及複數輸# ^ Μ 5 I 。弟一導電構件較佳為 連接於包括至少四枚電力半導體晶片之半數在内之第一 組半導體晶片’第二導電構件較佳為電連接於包括至少四 枚電力半導體晶片之另半數在内之第二组半導體晶片,絕 緣層較佳為將第一導電構件電隔離於第二導電構件,輸出 端子較佳為將第一組半導體晶片各電連接於第二电半導體 晶片之一相關聯者。第-導電構件較佳為一導電基座,盆 支撐絕緣層、半導體晶片及第二導電構件於其上。當一直 流電流供給至第一及第二導電構件之間時,控制器:佳為 控制電力半導體晶片之操作’藉此以—交流電屋供 出端子。 ~ 本發明另一較佳實施例之一種電動車較佳為包括上述本 90351 -12- 1260751 、一用於供給電力至馬 驅動之行進馬達、及由 發明多項較佳實施例之馬達驅動器 達驅動器之電池、一由馬達驅動器 馬達驅動之車輪。 喱裂造一雷子其 製造-電子基板以供半導體晶片安裝於其=:方:: 法較‘為包括以下步驟:備便—導電基座, 一: 且至少局部地以—絕緣層覆蓋 =、面 於絕緣層h使圖案化導電膜包=電成 部分及欲電隔離於導電基座之部分。 4¾基座之 本發明另一較佳實施例之一 該方法較佳為包括以下步驟·· 施例之電子基板,及將如同裸 於電子基板上。 種製造一電源模組之方法, 備便上述本發明任一較佳實 晶片之電力半導體晶片安裝
數半導體晶片於1:::::電子基板較佳為供安I -第二導電構件二二Γ 括—第一導電構件 、、、巴緣層、及一導電基座,— 件較佳為電連接於其中一 — “杰 為電連接於其中另—半導體^ 弟二導電構件則 電構件電隔離於第—導絕緣層較佳為將第二_ 構件較佳為一二層及半導體晶片於其上,第二導電 片於其上:導反其大到足以供安裝至少-半導體晶 至少-部分第―:為支標於導電基座上,以利於覆蓋 ,刀弟一導電構件。 在本發明之一較伟告^ #為丨山 佺只把例中,流過導電板之電流方向較 13 - 1260751 it為實質上相反於流 ^心V電板下方弟一導電構件部分之電 流方向。 在另一較佳實施财,絕緣層較佳為-㈣片、-聚醯 2胺膜、—環氧樹脂及/或―空氣層,其他適當之絕緣層 亦可使用。 在上述本發明多項輕 、、氏 、孕乂仫貝、鈀例中,弟一及第二導電構件 >口垂直方向相互重疊, 以界疋一雙層互連結構。因此,接 線可縮短且容易取得_右糾认β , 有助於減^不必要寄生電感之布 2。此外,第-及第二導電構件其中一者並非一圖案化導 4 ’而是-導電基座或板。因此’此—導電構件可取得 咼散熱效果且易於製造。 —毛月之,、他特性、7^件、製程H m 曰由乂下舉例之本發明較佳實施例詳細說明得知,並請配 合於附圖審閱。 【實施方式】 △本發明較佳實施例之電源模組將參考附圖說明於後。 茶考實施例1*
本發明第一特定較佳實施例之電源模組結構將參考圖5A 至5 C說明於後,圖5 A、5 B分別A筮4- /+ ^ ^ 刀別為弟一較佳實施例之電源 模組之平面圖及截面圖, EI儿揭不弟一較佳實施例之電源 模組之等效電路。 第一較佳實施例之電源模組較佳為包括一新穎性電子基 板及安裝於電子基板上之二電源FET裝置湖、搬,儘2 二電源FET裝置300、302魴件糸白扛产lL 土 耻吕 华乂仏為包括在此較佳實施例内, 90351 -14- 1260751 :日〜原FET裝置之數量可以改變。此電子基板較佳為 電連接於一 FET裝置之第一導電構件(導電基 電連接於另一 FE丁裝置302之第二導電構件 06及-將第二導電構件3〇6電隔離於第一 I電構件綱 之絕緣層308。 更明確地說,第-導電構件304較佳為一具有平坦上表 =舁平坦下表面之板件,且絕緣層3〇8較佳為提供於第一 =电構件304之平坦上表面上。如圖5A所示,不僅是第二 :電構件306,-供電電極31{)、—半導體晶片電極312及帽 輸出電極314較佳為亦各提供於絕緣層3〇8上,提供於絕 緣層308上之第二導電構件3〇6、供電電極31〇、半導體晶 片電極3U及輸出電極314較佳為由一圖案化之導電膜(二 如銅箔圖案)構成。 · 如圖5Β所示,供電電極31〇及半導體晶片電極312較佳為 各利用一焊料連接件318而電連接於第一導電構件3〇4,同 樣地,半導體晶片電極312較佳為利用一接線31补以電連 接於輸出電極314上之FET裝置3〇〇。另方面,第二導電構 _ 件306上之FET裝置302較佳為利用另一接線316&以電連接 於輸出電極3 14。 - 圖5C揭示具有此-結構之電源模組之等效電路。如圖 5C所不,一FET裝置3〇〇、302串聯於第一及第二導電構件 3〇4、306之間。藉由在適當時間導通此二1?£丁裝置3〇〇、 3〇2,大s電流可以自第二導電構件3〇6流至第一導電構件 304 〇 90351 -15 - 1260751 2效電路之二FET裝置綱、302相當於圖2所示之該對 串聯電晶體,藉由驅動電壓施加於此二FET裝置3〇〇'川2 之各閘極,產生於輸出電極314内之電壓即大幅增加 小。 在圖5A、5B、5〇所示之例子巾,第—導電構件係供 =一負㈠電位且第二導電構件306供以一正(+)電位。惟, 弟一及第二導電構件3〇4、3〇6之電位僅需界定為第一導電 構件304之電位較低於第二導電構件_者,因此,即使第 一及第二導電構件304、306並未分別供以負及正電位,此 關係亦得以滿足。例如,第一導電構件3〇4可供以一接地 電位。選項性地’第-及第二導電構件3()4、撕之電位亦 可分別為正及負,以相反於圖5A、5b、5C所示之例子。 在此例子中,電流亦以相反於圖示之方向流動。 應該注意的是第一及第二導電構件在本文内有時候可以 分別稱之為"第一電流供給部分,,及”第二電流供給部分,,。 八在:5A、5B、5C所示之例子中,做為第一電流供給部 分之第一導電構件304係由一外部電池之負端子供以—電 位,外部電池則連接於絕緣層3〇8上之供電電極(即第—供 電電極)31〇m,做為第二電流供給部分之第二導: 構件306係由外部電池之正端子供以—電位,外部電^ 連接於第二導電構件306。據此,在圖5Α、、π所示之 料中,一部分第二導電構件306可視為-正供電電極(即 第二供電電極)。另者,第二供電電極及第二導電構件3〇6 亦可為分離之電路元件(或導電性圖案),重點在於第二供 90351 -16- !26〇751 模組溫度不必要之昇高。基於此目的,此電源模組較佳為 使用於令第-導電構件3G4之下表面可以熱接觸於散熱器 彻,如圖6A所示。若第_導電構件3()4需要電隔離於散熱 為400,貝I!-薄絕緣體(例如一石夕嗣片)可介置於散熱器· 之上表面與弟一導電構件3〇4之下表面之間,此絕緣體之 材料及厚度係經界定以利於進-步加速使熱自P導電構 件304流入散熱器。 、第-導電構件3〇4可以藉由將一金屬或任意其他適當之 導電性材料處理成—板狀而取得,惟,第-導電構件3〇4 不需要完全呈平相狀 品士 卞一狀而可有任意其他形狀,如圖6B、 6C、6D所示。 在上述車父佳實施例之雷、、盾 、 私源杈組中,當大量電流流過圖案 化之導電膜及FET裝詈日卑 p 我置4,即產生可觀之熱量。惟,埶可 經由薄絕緣層308而迅速散类δ笛樓+城丄 、您政失至弟一導電構件3〇4。第一導 電構件304之上表面呈亡 士、 -、有一充为寬之面積,且導電基座較 1圭由一高導熱率之金屬材料構成,因&,已由大量電流產 之可硯歸即可有效地散失(典型上至散熱器)。 一再者H電構件3G4較佳為無圖案形狀,但是做為 大型導電體。因, ^ ,0 弟一導電構件304有充分低之電 .,., L之弟導電構件3〇4所產生之熱量亦可 取主敢少。 =:,第一導電構件3。4不僅可供大量電流通過, -:熱裔之良好熱導體。因此,依此較佳實施例所 不’由電源模組所產生之熱量可以大幅減少,且所產生之 90351 • 18 1260751 少量熱亦可有效地散失。 為:簡明起見’圖5A、5B所示之電源模組較佳為恰好 包括-半導體晶片’惟,當此電源模組用於驅動一馬達 時^交佳為至少四半導體晶片安裳於電子基板上。圖7域 不用於包括四半導體晶片在内之電源模組之平面布局, 及圖7B揭示其等效電路。在此布局中,二對附裝置 ΓΓ 3仏及雇、3G2b安裝於基板上,冑此,雙相交流 笔了自輸出電極314a、314b抽出。 在上述較佳實施例中,連接件318係用於將絕緣層3〇8上 之電極電連接於做為第一導電構件304之金屬基座,其較 k由焊料構成’另纟,諸連接件3丨8亦可由任意其他導電 性材料構成。 參考實施例2 本發明第二特定較佳實施例之馬達驅動器將參考圖8 A、 8B、8C、8D說明於後’圖仏係第二較佳實施例之馬達驅 動器之平面圖,圖犯係沿圖8A之線VlIIb_vmb所取之截面 圖,圖8C係-以放大比例揭示圖8B之圈起部分c,圖8d係一 導電性連接銷之立體圖。 如圖8C所示,此較佳實施例之馬達驅動器1較佳為包括 私子基板(金屬基座基板)11及安裝於電子基板u上之6個 FET裝置19。 電子基板11較佳為包括一具有例如約2 mm至3 mm厚度 之金屬基座(金屬板)22、一提供於金屬基座μ上之絕緣層 23、及提供於絕緣層23上之複數導電性元件(例如銅箱圖 90351 -19- 1260751 案疋件)。電子基板1丨較佳具有概呈長方形或正方形平面 狀且每側具有例如約30 mm至丨5〇 mm長度。導電性元件 (例如銅箔圖案元件)較佳具有例如約105 μηι至500 0!^厚 度,且較佳做為一供電電極14、一第二導電構件25及半導 體晶片電極26a、26b、26c。 金屬基座22較佳為—由良好導熱率之導電性材料(例如 鋁或銅或其他適當材料)構成之板狀基座,且較佳為且有 例如至少約1麵厚度,且最佳為約2麵至3麵。依轉 明㈣實施例所示,金屬基座22係做為—第—導電構件。 提供於金屬基座22之上表面上之絕緣層23較佳由良好電 絕緣性且良好散熱性之材料構成,在此較佳實施例中,此 絕緣層23較佳由大約〇.2峨或更小厚度(更明確地說,約 〇.〇5 mm至0.2 mm)之環氧樹脂構成。 如圖8C所示,複數微小凹穴較佳為提供於金屬基座22之 上表面上,以利於收納延伸通過銅箔圖案與絕緣層U之導 電性柱狀構件(較佳為實施如連接鎖⑴、m所示)。圖奶 係一立體圖、說明連接銷l3a。如請所示,連接銷⑸較 佳為包括一碟片部分27及-筒形部分28,且較佳由紅銅、 更銅、或任意其他適當材料構成。連接銷⑽之結構較佳 為相似於連接銷⑴,連接鎖13a、13b之長度較佳為界定 成連接銷⑴、別不延伸通過金屬基座22,此係因為當連 接銷⑴、⑶無一者延伸通過金屬基座22之下表面時,金 屬基座22具有一平坦之下表面且較容易熱接觸於一散埶 器。惟,若散熱器之表面具有凹穴以收納連接鎖13a: 90351 -20- 1260751 13b,則連接銷13a、13b可自金屬基座22之下表面伸出。 例如,若金屬基座22具有約2 mm至3 mm厚度,則連接銷 13a 長度可界定成連接銷13a、13b底部與金屬基座 22下表面之間之距離變為約} mm。一圖案化導電膜已界定 於緣層23上後,連接銷⑴、13b較佳為壓接於金屬基座 22内。連接銷…、13b之筒形部分較佳為具有例如…咖 至5 mm直徑。 如圖8C所示,供電電極14及半導體晶片電極⑽較佳為 分別利用連接銷l3a、13b而電連接於金屬基座^。㈣裝 置19較佳為焊接於第二導電構件25,如圖8c所示。 其次,如圖8A所*,-供電電極14連接於左側之4枚連 接銷13a。例如,一直流電源供給器或電池(圖中未示)之負 電源供給線可連接於此供電電極14,另_供電電㈣例如 可連接於直流電源供給器之正電源供給線,其較佳為提供 於供電電極u之右側,此供電電極15較佳為構成供fet裝 置19連接之第二導電構件25之一體成型部分。 置1 9之各閘極較佳為 控制電路較佳為配置 安裝於第二導電構件25上之FET裝 經由接線20而電連接於一控制電路, 於供電電極14、15周側。 、 w、18較佳為配置於 導電構件25之右側上,三個FET裝置19較佳為提供於 輸出電極16、17、18上,輸出電極16、ΐ7、1δ上之FET 置19之各閘極較佳為亦經由接線細連接於_於制帝路 控制電路較佳為配置於基板之右緣周側。諸FET裝置Η 90351 -21 - 1260751 較佳為、經由其他接線20而連接於半導 厂’包極 26a、 螓注意,諸接線20較佳由金屬材料構成,例如 姜呂0 〜包略亦可依此 較佳實施例實施。在圖3A、3B、3C所示之皆知例子中, 二組導電性元件(例如銅荡圖案元件)配置於基板上,以自 一直流電源供給器供給電流至各半導體晶片。惟,在此_ 佳實施例中,其中一組導電性元件(例如鋼落圖案 : 換成金屬基座22。 此較佳實施例之馬達驅動器可將_電池或任意其他電源 供給器(圖中未所供給之直流電流轉換成交流電流,且 利用輸出電極16、17、18而將交流電流供給至_三相交流 馬達(圖中未示)。 在此較佳實施例中,做為第—導電構件之金屬基座叫系 利用連接銷13a及供電電極14而連接於—電源供給器(圖中 未示),且其做為一負電源供給線。另方面,第二導電構 件25亦連接於電源供給器且做為一正電源供給線。 流過金屬基座22之電流方向相反於流過第二導電構件25 者,因此,寄生電容可以減小。此外,由於僅有極薄之絕 緣層23介置於金屬基座22與第二導電構件25之間,電感可 以大幅減小。 在習知馬達驅動器中,各接線具有約15 mm長度’惟, 在此較佳貫施例之馬達驅動器中,接線20之長度可以減小 至約5 mm至7 mm,此係因為各電路組件可用較高設計自 90351 - 22- 1260751 由度與彈性配置,此設計自由度舆㈣則因金屬基座22與 第二導電構休25之配置方式所致。換言之,在此較佳實施 例中至屬基座22與第:導電構件25係非並列地配置於同 运上而疋屬於相互不同之二層。同樣地,當接線加依 弋而、、伯短日守,由接線2〇本身產生之電感可以減小,此 卜線电感亦可以減小,結果,馬達驅動器之整體即可大 幅減小。 圖3八所示之習知馬達驅動器具有約50 nH至100 nH之線 電感對比之下,在匕較佳實施{列馬達驅動器具有約W沾 至20 nH之極低線電感。 據此’因為當各FET裝置19切換時所生之電感而產生之 過電壓可以減至最小,且各FET裝置19不易受損。此外, 各FET裝置19與用於過電壓保護而提供之額外組件數之比 率可以減小,因此整體成本即大幅減小。再者,絕 3 較佳由高散熱性材料構成,1良好導熱率之金屬基座2;可 以迅速將FET裝置19之熱散失至散熱器。因此,因為強熱 所致之FET衣置19不必要之性能降低或損害即可避免,結 果,馬達驅動器1之穩定性可以大幅增加。 第一及第二導電構件之極性可以相反於上述較佳實施例 所界疋者亦即,正電源供給線可連接於供電電極14且 一負電源供給線可連接於供電電極i 5。 在上述車乂佺灵例中,僅一電流供給部分(即第二導電 構件)提供於基板之表面上,據此,此較佳實施例之馬達 驅動器具有—可以大幅減少成本地易於製造之單純結構。 90351 -23- 1260751 特別是,依此較佳實施例所示,包括—金屬基座在内之 任意習知金屬基座基板可用於散熱,且該金屬基座可以使 用做為第-導電構件,結果,製造成本可以進一步減少。 參考實施例3 在上述第-及第二較佳實施例中,電子基板之導電性基 座(金屬板)不僅使用做為一導電構件,其亦做為一連接於 外部電源供給器之導電構件,對比之下,在文後之本發明 ^三特定較佳實施例中,—堆疊於電子基板上之金屬板較 佳為使用做為一連接於外部電源供給器之導電構件。 本卷明第二特疋較佳實施例之一馬達驅動器1將參考圖 9A、9B、9C說明於後。 圖9A係第三較佳實施例之馬達驅動器丨之平面圖,圖9b 係沿圖9A之線IXb_IXb所取之截面圖,圖%係以放大比例 揭示圖9B之圈起部分c。 如圖9C所不,此較佳實施例之馬達驅動器丨較佳為包括 私子基板11及安裝於電子基板u上之FET裝置19。電子 基板11較佳為包括一具有例如約2 mm至3 mm厚度之金屬 基座22、一提供於金屬基座22上之絕緣層23、及界定於絕 緣層23上之複數導電性元件12(例如銅箔圖案元件)。電子 基板11較佳具有概呈長方形或正方形平面狀,且每側具有 例如約30 mmS150 mm長度。銅箱圖案元件12較佳做為供 電電極晴出電極16、17、18,如圖9A所示。基於此理 由’銅箱圖案元件即不以圖9A中之參考編號U標示。 金屬基座22較佳為一由良好導熱率之導電性材料(例如 90351 -24- 1260751 鋁或銅或其他適當材料)構成之板狀基座,且較佳為具有 例如至y約1 _mm厚度,且最佳為約2 mm至3 。絕緣層 23較佳由良好電絕緣性且良好散熱性之材料構成,在此較 佳實施例中,絕緣層23較佳由例如約〇·2 mm或更小厚度 (更明確地說,約〇.〇5 mn^ 〇 2 mm)之環氧樹脂構成。 如圖9C所示,一銅板28較佳為提供於銅落圖案^上,且 絕緣層23’介置於其間。而裝置19較佳為直接焊接於銅板 28,在圖9C中,焊料係以參考編號21標示。 从如圖9A所不,大部分下層供電電極14較佳為以銅板观 盖’在圖9A中’虛線代表以銅板28覆蓋之下層供電電極14 、口構而未以銅板28覆蓋之下層供電電極14之其餘部分 則較佳為連接於—外部電池之電源供給線。如圖9A所示, 3個FET裝置19較佳為安裝於铜杯 、 文衣於钔板28上,且一部分銅板28較 佳為使用做為第二供雷雷士。 /、 極一邛为銅箔圖案12及銅板28 可以利用接線而電連接在一起,另者,下層銅箱圖案似 銅板28之間之至少—部分絕緣層23,可更換成—導電層。 土用於將銅板28電隔離於下層㈣圖案12之絕緣㈣,較 至少一材料構成,該材料係選自由矽酮片、聚醯亞胺 膜及環氧樹脂組成之族群中,苴 /、谷有良好電絕緣性與良好 另者’亦可使用氣隙以取代此一絕緣層或片,在 4層將做為'絕緣層23,總之,絕緣層23較佳 為/、有例如約〇_1 mm或更小之厚度。 在此較佳實施例中,延伸向供電電極14及輸出電極16、 、之一部分銅謂圖案12係做為第-導電構件,且覆蓋 90351 -25- 1260751 此第一導電禮彼 件之鋼板28則做為第二導電構件。 本卷明之各較佳實施例中,欲連接5 ^ 構件中之較低者電源之二層導電 第二導電構株%為「弟-導電構件」,而較高者稱為 」。在第二較佳實施例中,第一導電構件較 二二板。在第二較佳實施例中’則第二導電構件較 佳為一金屬板。 輸出電極16:17、18之結構及配置方式實質上相同於圖 …、所不之較佳實施例者,文後僅為其間之差異。更明確地 說,在圖8Α所干夕^从生 /、之較仫貝施例中,輸出電極16、17、18上 之置係利用半導體晶片電極26a、26b、26e而電連接
於金屬基座22。惟,在此較佳實施例中,輸出電極I 17 18上之FET裝置係連接至組合於供電電極"之銅箱圖 案12 〇 依此較佳實施例所^可以取得實f上相同於圖8A所示 之平面式布局’因此,接線亦可縮短且寄生電容亦可減 小,如上述第二實施例所示。此夕卜,絕緣層23較佳由良好 散熱性之材料構成,且較佳為具有極小之厚度。據此,因 為強熱所致之FET裝置咐必要之性能降低或損害即可避 免0 上述本發明第二及第三較佳實施例係關於一種用於供給 電流至-三相交流馬達之馬達驅動器,惟,在本發明之另 —較佳實施例中’電源模組亦可施加於任意其他用途。例 如’電源模組亦可用於—包括電流放大半導體晶片在内之 裝置、-將直流電流轉換成整流電流之裝置、或一供給電 90351 • 26 - 1260751 流至一雙相交流馬達之裝置、或任意其他適當之裝置。 同樣地’即-使本發明係如以上較佳實施例所述施加於— 用於二相父流馬達之驅動器,但是安裝於電子基板上之半 導體晶片之型式及數量並不限於以上較佳實施例所示者。 參考實施例4 本叙明第四特定較佳實施例之電動車將說明於後。 圖10揭示第四較佳實施例之電動車3〇,此電動車3〇較佳 為實施如一高爾夫球車,其例如可實用地在高爾夫賽程中 承載袋件如高爾夫球袋及球員。 此季父仫貝施例之電動車3 〇較佳 3卜由馬達31驅動之二後輪32、及手動或自動轉向之二前 輪34。行進驅動馬達31之驅動係利用—傳動系統(圖中未 :)傳動至後輪32,前輪34則藉由手動旋轉一方向盤35或 藉由一自動驅動控制器而轉向。 W座36及-後座37較佳為分別提供於車⑽之前、後部 充電㈣H38及-料馬達39較佳為提㈣前座36 含-行進驅動電池系統4G較佳為提供於後座η下方以 做為電源供給器,行 + 庐” 進動电池糸統40較佳為包括6枚串 聯之電池41(圖10中僅示其 牧甲 ㈣内且其間設有—些空隙4電池41安裝於-收納構 進::=Γ較佳為提供於行進驅動馬達31上方,行 制43連接於行進驅動電池 ^ 31、刹車馬達39及轉向馬達44,以利 '心驅動馬達 控制器43及行進驅動 、㈣堵構件。行進 竿乂仏為鈇供於二後輪32之間。 90351 -27- 1260751 本發明較佳實施例之$ 器43内側,其.係自達驅動器較佳為提供於行進控制 轉換成六法” 統40供給直流電流且將直流電流 轉換成父流電流,交户带 风电〜則自馬達驅動器供給至行進驅 動馬達31、刹車馬達39及轉向馬達44。 依此較佳實施例所示,一 + 电動車係備有一高穩定性馬達 驅動益,因此,電動車可增加其穩定性。 本發明之上述多項齡社每 、以土只^例係實用於一供電源半導體 曰日月女表於其上之雷早 甘』 土板’以備有大量電流,此一電子 基板例如可實用於一雷翻由 ^ 电動車之電源模組或馬達驅動器。 U本么明已關於較佳實施例說明於前,習於此技者可 以瞭解的是本發明仍有 A夕種修改型式且在上述以外尚可假 設多項實施例。據此,五 〇人即以文後申請專利範圍涵蓋在 本發明真實精神料内之所有修改型式。 【圖式簡單說明】 圖1係一習知電源模組之截面圖。 圖2係用於三相馬達之驅動器之等效電路圖。 圖3A係一習知馬達驅動器之平面圖,其中圖2所示之電 路係利用圖1所示之電源模組實施。 圖3B係一習知馬達驅動器之截面圖,其中圖 路係利用圖1所示之電源模組實施。 圖3C係以放大比例說明圖3β之圈起部分。 圖4係-具有雙層互連結構之習知電子基板之載面圖。 “圖5A、5B、5C分別為本發明第-特定較佳實施例電源 模組之平面圖、截面圖及等效電路圖。 90351 -28- 1260751 圖6A、6B、6C、6D揭示各包括一散熱器400及一第一導 電構件(金屬基座)304在内之舉例配置方式。 圖7A、7B分別為平面圖及等效電路圖,揭示圖5A至5C 所不電源板組之變換實例。 圖8 A係本發明第二特定較佳實施例馬達驅動器之平面 圖。 圖8B係沿圖8A之線Vlllb-VIIIb所取之圖8A截面圖。 圖8C係以放大比例揭示圖8B之圈起部分c。 圖8 D係一導電性連接銷13 a或13 b之立體圖。 圖9A係本發明第三特定較佳實施例馬達驅動器之平面 圖。 圖9B係沿圖9A之線IXb-IXb所取之圖9A截面圖。 圖9C係以放大比例揭示圖9B之圈起部分c。 圖10係本發明第四特定較佳實施例電動車之側視圖。 【圖式代表符號說明】 1 馬達驅動器 11, 109 ~ 電子基板 13a,13b 連接銷 14, 15, 310 供電電極 16, 17, 18, 314 輸出電極 19 FET裝置 20, 108, 3 16a、b 接線 21, 106 22, 110 金屬基座 -29- 1260751 23, 102, 308 絕緣層 25, 306 第二導電構件 26a、b、c、d,312 半導體晶片電極 27 碟片部分 28 筒形部分、銅板 30 電動車 31 行進驅動馬達 32 後輪 34 前輪 35 方向盤 36 前座 37 後座 38 充電控制器 39 剎車馬達 40 行進驅動電池系統 41 電池 42 - 收納構件 43 行進控制器 44 轉向馬達 100 電源模組 101 金屬基座板 103 金屬基座基板 104 墊片 105 半導體晶片
90351 -30- 1260751 107 銅箔圖案 111 第一絕緣層 11Γ 第二絕緣層 112 下方互連 112f 上方互連 300, 302 電源FET裝置 304 第一導電構件 318 連接件 400 散熱器 a、b、c、d 端子 90351 -31 -

Claims (1)

  1. ,.-1 I26ft7〇&l37137號專利申請案 中文申凊專利範圍替換本(94年9月)厂一一· 拾、申請專利範圍: 购 ... *r,.. 該基板 κ 一種供安裝複數半導體晶片於其上之電 T 基板 包含: 一第一導電構件, 一第二導電構件 片;及 其電連接於其中一半導體晶片; ,其電連接於其中另一半導體晶 絕緣層’其用於將兮楚— 、 、將°亥第一導電構件電性隔離於該第 一導電構件;其中 該第一導電構件係—墓雷I 、導電基座,其支撐該絕緣層、該 專+¥體晶片及該第二導電構件於其上。 2·如申請專利範圍第1項 ^ 貝 < 冤千基板,其中該絕緣層提供 ;/導電基座上’一圖案化導電膜界定於該絕緣層上, 且口 Ρ刀该圖案化導電膜具有如該第二導電構件之功 3. 如申晴專利範圍第2項之電子基板,進一步包含: j 一供電電極,其電連接於該導電基座;及 7第二供電電極,其電連接於該第二導電構件;其中 田忒等半導體晶片導通帅)時,該第一及第二供電電 極連接於一外部電源供給器。 4. 如申請專利範圍第 極提供於該絕緣層 3項之電子基板,其中該第一供電電 上’且藉由一延伸通過絕緣層之開孔 5. 而電連接於該導電基座。 士申明專利祀圍第4項之電子基板,其中該導電基座具 有複數凹穴 弟一導電銷***導電基座之其中一凹 O:\90\90351-940923.doc 1260751 穴,以將該導電基座電連接於該第一供電電極,及—第 二導電銷***該導電基座之其中另一凹穴,以將該導電 基座電連接於該圖案化導電膜之另一部分。 6. ^申請專利範圍第5項之電子基板,其中流過該第—及 ^二導電銷之間之該導電基座内側部分之電流方向係實 質j相反於流過該第二導電構件内側部分之電流方向, 6玄第一導電構件内側部分則疊覆於該導電基座内 份。 7. "請專利範圍第1項之電子基板,其中該導電基座係 一至少約1 _厚度之金屬板,且該導電基座具有一平括 之後表面,其可與一散熱器進行熱接觸。 8. 如申請,利範圍第3項之電子基板,其中該第二導電揭 件與名帛A第二供電電極係由圖案化金屬箔片界定。 9. 如申請々專利範圍第4項之電子基板,其中該第二導電掮 件與„亥第一及第二供電電極係由圖案化金屬箔片界定。 10·如申請專利範圍第3項之電子基板,I中當該等半導體 曰曰片導通(ON)時’一流動於該第一及第二供電電極之間 之電流具有—至少約5〇安培之最大值。 11.如申:青專利砣圍第4項之電子基板,《中當該等半導體 曰曰片V通(ON)日”一流動於該第一及第二供電電極之間 之電流具有-至少約5〇安培之最大值。 12·如申請專利範圍第1項之電子基板,纟中該絕緣層係由 大約0.2匪或較小厚度之環氧樹脂構成。 13 · —種電源模組,包含: O:\90\90351-940923.doc 1260751 複數電力半導體晶片; 一電力半導體晶 一電力半導體晶 一第一導電構件,其電連接於其中 片; /、 一第二導電構件,其電連接於其中另 片;及 Λ 一導電構 緣層、該 -絕緣層’其用於將該第二導電構件與該第 件電性隔離;其中 該第-導電構件係-導電基座,其支撐該絕 電力半導體晶片及該第二導電構件於其上。 14. 一種馬達驅動器,包含·· 一電源模組,发土車技^Λ 古、古& 以產生一 ,、連接於一直流電源供給器 父電流;及 其用於控制該電源模組;其中 該電源模組包括: 至少四枚電力半導體晶片; 一第一導電構件,其電連接於包括該至少四枚電力 半導體晶片之半數在内之第一組半導體晶片; 、:第二導電構件,其電連接於包括該至少四牧電力 半‘體晶片之另半數在内之第二組半導體晶片; 、巴緣層,其用於將該第一導電構件與該第二導電 構件電性隔離;及 、後數輸出端子,纟用於將該第-組半導體晶片各電 連接於該第二組半導體晶片之一相關聯者;其中 4第一導電構件係一導電基座,其支撐該絕緣層、 O:\90\90351-940923.doc 1260751 該等半導體晶片及該第二導電構件於並上·及 15. 當-直流電流供給至該第一及該第:導電構件之間 時,該控制器即控制該等電力半導體晶片之操作,藉 此以供給一交流電壓至該輸出端子。 種電動車,包含·· 如申請專利範圍第14項之馬達驅動器; 二電池,其用於供給電力至該馬達驅動器 一行進馬達,係由該馬達驅動器駆動;及 車輪,係由該馬達驅動。 16. 安裝於其上之方 以一絕緣層覆蓋 一種製造一電子基板以供半導體晶片 法’該方法包含以下步驟: 準備一導電基座,其具有至少局部地 之一表面;及 緣層上,使該圖案化導 之部分及欲與該導電基 將一圖案化導電膜形成於該絕 電膜包括欲電連接於該導電基座 座電性隔離之部分。 17· 一種製造一電源模組之方法, 準備如申請專利範圍第1項 將電力半導體晶片如同裸晶片 该方法包含以下步驟: 之電子基板;及 安裝於該電子基板上 〇 該基板 18. 一包:供安裝複數半導體晶片於其上之電子基板 一第一導電構件, 一第二導電構件 其電連接於其中一半導體晶片; ,其電連接於其中另一半導體 O:\90\90351-940923.doc 1260751 片;及 絕緣層,並田^ » 其用於將該第二導電構件與第—、t 電性隔離;及 、弟〜導電構件 一導電基座,: 其支撐該第一及第二導雷 層及該等半導體a κ ^ 玉構件、該絕緣 十瓶日日片於其上;其中 該第二導電構件係一 一爷#本1 _ 導電板/、大到足以供安裝至少 。亥4丰導體晶片於其上,·及 ^導,板係支撐於該導電基座上,以㈣覆蓋至少— 4分该第一導電構件。 19·如申=專利範圍第18項之電子基板,其中流過該導電板 方向係貝貝上相反於流過該導電板下方之該第一 導電構件部分之電流方向。 如申明專利範圍第18項之電子基板,其中該絶緣層包括 一矽酮片、一聚醯亞胺膜、一環氧樹脂及一空氣層其中 至少一者。 21·如申凊專利範圍第19項之電子基板,其中該絕緣層包括 一矽酮片、一聚醯亞胺膜、一環氧樹脂及〆空氣層中之 至少一者。 O:\90\90351-940923.doc
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