一种三相全桥功率模块及新能源汽车电机控制器的制作方法

本发明涉及新能源汽车电驱及功率半导体模块封装，具体涉及一种用于新能源汽车电机控制器三相逆变功率单元的三相全桥功率模块，以及包括该三相全桥功率模块的新能源汽车电机控制器。

背景技术：

1、新能源汽车电机控制器用于将动力电池提供的直流电转换为驱动电机所需的三相交流电，并根据整车运行需求控制驱动电机的输出转矩和转速。三相全桥功率模块作为电机控制器主逆变功率单元的功率转换核心，通常包括u相、v相和w相三个半桥，每一半桥分别具有上桥臂和下桥臂，并可通过多个功率半导体芯片并联满足较大的相电流输出需求。

2、随着新能源汽车电驱系统向较高母线电压、较大输出电流和较高开关速度发展，功率模块内部由amb衬板导电区域、功率芯片和互联结构形成的寄生参数，对功率芯片的开关过程以及桥臂工作一致性的影响更加明显。对于采用sic mosfet等高速开关器件的功率模块，芯片外部连接路径的局部差异可能在开通和关断过程中表现为较为明显的动态性能差异。

3、现有三相全桥功率模块可采用如图1所示的横向衬板布局。在同一相半桥中，与上桥臂功率芯片连接的交流节点铜区和与下桥臂功率芯片连接的交流节点铜区在amb衬板上分离设置，需要通过功率键合线或其他跨区互联结构形成同一相交流节点。

4、以u相为例，现有布局中，与上桥臂功率芯片交流侧功率电极连接的铜区可称为u相上桥臂侧交流导电区，与下桥臂功率芯片交流侧功率电极连接的铜区可称为u相下桥臂侧交流导电区。两者属于同一u相交流节点，但在amb衬板上不是一体连续的铜区。v相和w相具有相同结构。

5、由于同一相交流节点被分成多个铜区并借助跨区互联结构连接，下桥臂对应的内部换流路径相较于上桥臂对应的内部换流路径需要经过额外的互联区段，使上、下桥臂的内部功率连接路径在长度、互联节点数量或者回路面积方面存在差异。上述差异会造成两桥臂的等效阻抗和寄生参数不同，并可能进一步表现为上下桥臂开关能量分配不一致。

6、另一方面，如图2所示，现有横向布局受衬板空间和功率芯片位置限制，上桥臂与下桥臂的栅极驱动连接方式也存在差异。部分驱动信号可以通过amb衬板表面的铜层传输，另一部分则需要利用较长的信号键合线跨区连接，使上下桥臂的驱动连接层级、路径长度和寄生参数难以保持一致。

7、同时，现有横向布局中的信号连接线与邻近功率键合线容易形成较长的近似平行相邻区段。当主功率回路中的电流在功率芯片开关过程中快速变化时，产生的变化电磁场容易与栅极驱动回路发生耦合，对栅极驱动信号的稳定性造成影响。

8、因此，对于应用于新能源汽车电机控制器的三相全桥功率模块，如何在有限的amb衬板空间内改善同一半桥的交流节点铜区及功率互联结构，并进一步提高上下桥臂驱动互联的一致性、降低功率互联对驱动信号的影响，是需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种三相全桥功率模块及新能源汽车电机控制器，以改善现有横向衬板布局中同一相交流节点分区互联导致的上下桥臂功率路径差异。

2、为实现上述目的，本发明提供一种三相全桥功率模块，包括amb衬板以及设置于所述amb衬板上的u相半桥单元、v相半桥单元和w相半桥单元，所述amb衬板上形成有直流正极导电区、直流负极导电区以及分别对应u相、v相和w相的交流导电区：

3、每一所述半桥单元包括上桥臂功率芯片组和下桥臂功率芯片组；对于任一所述半桥单元，对应相的所述交流导电区为由所述amb衬板同一侧金属层一体形成的单一连续铜区；

4、所述上桥臂功率芯片组的第一功率电极与所述直流正极导电区电连接，第二功率电极与对应相的所述交流导电区电连接；所述下桥臂功率芯片组的第一功率电极与对应相的所述交流导电区电连接，第二功率电极与所述直流负极导电区电连接。

5、在一优选例中，对应相的所述交流导电区中，与所述上桥臂功率芯片组连接的区域和与所述下桥臂功率芯片组连接的区域由同一连续铜岛直接连通，二者之间不经独立键合线、跨接金属片或其他独立导体实现电连接。

6、在一优选例中，所述功率芯片为mosfet，上桥臂mosfet的漏极与所述直流正极导电区电连接，上桥臂mosfet的源极与对应相的所述交流导电区电连接；下桥臂mosfet的漏极与对应相的所述交流导电区电连接，下桥臂mosfet的源极与所述直流负极导电区电连接。

7、在一优选例中，所述上桥臂功率芯片组和所述下桥臂功率芯片组分别包括数量相同的多个sic mosfet，各所述sic mosfet之间电气并联，且同一功率芯片组中的多个所述sic mosfet在对应桥臂区域内呈阵列式分布或沿环形路径间隔分布。

8、在一优选例中，各所述上桥臂sic mosfet的源极分别通过至少一组功率键合线与对应相的所述交流导电区电连接，各所述下桥臂sic mosfet的源极分别通过至少一组功率键合线与所述直流负极导电区电连接，以形成与各所述sic mosfet对应的支路连接路径。

9、在一优选例中，每一所述半桥单元还设置有分别对应所述上桥臂功率芯片组和所述下桥臂功率芯片组的栅极信号导电结构和源极信号导电结构，所述栅极信号导电结构和所述源极信号导电结构均由所述amb衬板同一侧金属层图形化形成，并通过局部信号连接件与相应功率芯片的栅极电极和源极信号电极电连接，以使所述上桥臂功率芯片组和所述下桥臂功率芯片组的较长距离驱动信号传输均主要由所述amb衬板表面的金属层承担。

10、在一优选例中，所述上桥臂功率芯片组对应的驱动信号主传输路径与所述下桥臂功率芯片组对应的驱动信号主传输路径具有相同的设计路径长度。

11、在一优选例中，对于每一所述半桥单元，至少一个连接该半桥单元中功率芯片栅极电极的局部信号连接件形成的信号连接段，与该半桥单元中邻近的功率键合线在所述amb衬板所在平面上的中心线投影方向不平行。

12、在一优选例中，所述信号连接段与所述邻近的功率键合线在所述amb衬板所在平面上的中心线投影方向相互垂直。

13、一种新能源汽车电机控制器，包括直流母线、驱动电机连接端以及三相逆变功率单元，所述三相逆变功率单元包括上述的三相全桥功率模块，所述三相全桥功率模块的直流正极侧和直流负极侧分别与所述直流母线的正极和负极电连接，u相、v相和w相输出侧分别与所述驱动电机连接端的对应相线电连接。

14、与现有横向布局相比，本发明将同一相中分别用于连接上桥臂和下桥臂的交流节点区域整合为amb同一侧金属层中的单一连续铜区，使上下桥臂共用的一相交流节点不再依赖分离铜区之间的独立跨区互联结构，从而减少下桥臂内部功率路径中的额外互联区段，使同一半桥上、下桥臂的内部功率连接条件更加接近。

15、进一步地，上桥臂和下桥臂的较长距离驱动信号均主要通过amb表面铜区传输，仅在芯片电极附近或受局部功率区域限制的位置采用短距离信号连接件跨接，从而使上下桥臂驱动回路在主要导电材料、传输路径及回路形态方面更加接近，减小驱动回路等效电阻、寄生电感及回路面积差异。

16、进一步地，本发明通过使功率芯片邻近区域内的主要功率连接方向由现有结构中的纵向为主调整为横向为主，而栅极驱动路径仍以纵向传输为主，使两者形成交叉、优选近似正交的空间关系，可减少长距离平行相邻区段，降低主功率电流快速变化对栅极驱动信号产生的电磁耦合影响，提高栅极驱动电压的稳定性。