交错并联电路、功率集成模块及功率集成芯片制造技术

本发明专利技术公开一种交错并联电路、功率集成模块及功率集成芯片，属于电力电子技术领域。该交错并联电路包括第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂包括第一上桥臂开关和第一下桥臂开关；第二桥臂包括第二上桥臂开关和第二下桥臂开关；其中，第一桥臂和第二桥臂至少部分地形成于一晶片，晶片包含多个第一元胞组和多个第二元胞组；多个第一元胞组用于形成第一上桥臂开关和多个第二元胞组用于形成第二上桥臂开关，或者多个第一元胞组用于形成第一下桥臂开关和多个第二元胞组用于形成第二下桥臂开关；其中，多个第一元胞组与多个第二元胞组交错启闭。本发明专利技术能够降低芯片各层级导通路径损耗，提升电源系统整体效率。

Interlaced parallel circuit, power integration module and power integrated chip

【技术实现步骤摘要】
交错并联电路、功率集成模块及功率集成芯片
本专利技术涉及电力电子技术，尤其涉及一种交错并联电路、功率集成模块及功率集成芯片。
技术介绍
功率半导体器件是能量变换、系统供电装置的重要核心组件，其性能的进步直接影响工业应用的整体效率提升，尤其对于大量电子产品的处理器、通信系统及数据中心的供电结构有重大影响。在对各类处理器供电的电路结构中，为了满足系统长时间的运行要求，整个电路的效率、能耗都会面临极其严苛的要求。而过高的能耗除了电能的浪费外还会反过来大大提升系统的温升，威胁处理器系统的长时间可靠运行，并额外增加电路散热的成本。当前在服务器系统、数据中心，以及其他各类处理器的供电电源电路中，核心处理器性能的快速提升、集成度大大加强，对电源的功率密度和效率提出了更高的要求。而在这类电源的电路结构中，由于以处理器为代表的负载供电电压很低，因此电路长时间工作在低压大电流的环境下，造成了很高比例的导通损耗。在此电路条件下，导通损耗既包含了功率器件的损耗，也包含了电路系统中的金属连接的损耗，因此如何不断压缩导通损耗成为了器件设计者和电路设计者的共同问题。如图1所示，是一种典型的供电电源拓扑，其包含了功率开关Q1、Q2，输入电源VIN，电感L，滤波电容Co。理想的功率芯片是不包含寄生参数的，但实际的功率芯片，还包含了互连金属层(InterconnectMetalLayer，RDL)、外接引脚(pin)、封装互连、系统板互连等产生的封装寄生参数Z1、Z2。当电路中存在大电流通过时，导通损耗会同时发生在Q1、Q2和寄生参数Z1、Z2上。随着负载供电电压的降低，电路中功率器件(Q1、Q2)的电压等级不断下降，功率器件的导通性能不断进步，电路中各类导线和金属连接等所带来的寄生阻尼(Z1、Z2)的导通损耗占比却在不断上升。以典型的15V功率器件为例，器件内本身的金属层导通阻抗对整体阻抗的占比已经可以达到20％以上。在需要功率密度和效率不断提升的今天，如何解决除了半导体自身以外的导通损耗、如何更加充分利用各类互连导通路径(包括芯片内金属互连层、封装连接、引脚、以及系统板金属连接等)成为了比以往更为重要的命题。从减小导通损耗的角度出发，高效的优化方向是最大限度的利用所有的金属连接资源，并且让电流在时域上均匀导通。如图2(a)所示，是典型的开关电路中的电流导通情况，电路中的导通路径分时导通，以开关频率一份份传递能量。而作为对比，图2(b)为理想的均匀导通情况下的电流情况，能量连续的通过电路。尽管左右两图传递的能量一致，但是左图中开关断续模式产生的导通损耗要明显高于右图连续导通模式。因此，需要一种新的交错并联电路、功率集成模块及功率集成芯片。在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术提供一种交错并联电路、功率集成模块及功率集成芯片，能够通过芯片集成减少功率器件金属层损耗，从而减小各类供电电路整体损耗，提升系统效率。本专利技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。根据本公开的一个方面，提供一种交错并联电路，包括第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂包括：第一上桥臂开关，第一上桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；第一下桥臂开关，第一下桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；第一上桥臂开关的第二端与第一下桥臂开关的第一端电性连接；以及第二桥臂包括：第二上桥臂开关，第二上桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；第二下桥臂开关，第二下桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；第二上桥臂开关的第二端与第二下桥臂开关的第一端电性连接；其中，第一桥臂和第二桥臂至少部分地形成于一晶片，晶片包含多个第一元胞组和多个第二元胞组；其中，多个第一元胞组用于形成第一桥臂的第一上桥臂开关和多个第二元胞组用于形成第二桥臂的第二上桥臂开关，或者多个第一元胞组用于形成第一桥臂的第一下桥臂开关和多个第二元胞组用于形成第二桥臂的第二下桥臂开关；其中，多个第一元胞组与多个第二元胞组交错启闭。在本公开的一种示例性实施例中，所述晶片由所述多个第一元胞组和所述多个第二元胞组组成。在本公开的一种示例性实施例中，还包括：第一电感，第一电感包含第一端与第二端，第一电感的第一端电性连接于第一上桥臂开关的第二端与第一下桥臂开关的第一端；第二电感，第二电感包含第一端与第二端，第二电感的第一端电性连接于第二上桥臂开关的第二端与第二下桥臂开关的第一端；第一电感的第二端与第二电感的第二端电性连接。在本公开的一种示例性实施例中，多个第一元胞组与多个第二元胞组交错启闭的相位差是180度，或120度，或90度。在本公开的一种示例性实施例中，多个第一元胞组具有多个第一外接引脚，多个第二元胞组具有多个第二外接引脚，且多个第一外接引脚的几何中心与多个第二外接引脚的几何中心重合。在本公开的一种示例性实施例中，多个第一元胞组位于晶片的第一区域，多个第二元胞组位于晶片的第二区域。在本公开的一种示例性实施例中，第一区域包含多个第一子区域，第二区域包含多个第二子区域，多个第一子区域和多个第二子区域为条形，多个第一子区域和多个第二子区域交替平行排布。在本公开的一种示例性实施例中，第一区域包含多个第一子区域，第二区域包含多个第二子区域，多个第一子区域和多个第二子区域为多边形，多个第一子区域和多个第二子区域交替排布。在本公开的一种示例性实施例中，交错并联电路包括BUCK电路、BOOST电路或图腾柱电路。根据本公开的一个方面，提供一种功率集成模块，功率集成模块应用于交错并联电路，包括第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂包括：第一上桥臂开关，第一上桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；第一下桥臂开关，第一下桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；第一电极，第一电极与第一上桥臂开关的第一端电性连接；第二电极，第二电极与第一下桥臂开关的第二端电性连接；第三电极，第三电极与第一上桥臂开关的第二端以及第一下桥臂开关的第一端电性连接；第二桥臂包括：第二上桥臂开关，第二上桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端，第一电极与第二上桥臂开关的第一端电性连接；第二下桥臂开关，第二下桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端，第二电极与第二下桥臂开关的第二端电性连接；第四电极，第四电极与第二上桥臂开关的第二端以及第二下桥臂开关的第一端电性连接；功率集成模块还包括：第一电感，第一电感包含第一端与第二端，第一电感的第一端电性连接于第三电极；第二电感，第二电感包含第一端与第二端，第二电感的第一端电性连接于第四电极；其中，第一电感的第二端与第二电感的第二端电性连接；第一桥臂的第一上桥臂开关和第二桥臂的第二上桥臂开关、和/或第一桥臂的第一下桥臂开关和第二桥臂的第二下桥臂开关形成于一晶片中。在本公开的一种示例性实施例中，第一桥臂的第一上桥臂开关和第二桥臂的第二上桥臂开关形成于晶片中，晶片包含多个第一元胞组和多个第二元胞组；其中，多个第一元胞组用于形成第一桥臂的第一上桥臂开关，多个第二元胞组用于形成第二桥臂的第二上桥臂开关；其中，多个第一元胞组与多个第二元胞组交错启闭。在本公开的一种示例性实施例中，所述晶片由所述多个第一元胞组和所述多个第二元胞组组成。在本公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交错并联电路，包括第一桥臂和第二桥臂，其特征在于，所述第一桥臂包括：第一上桥臂开关，所述第一上桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；第一下桥臂开关，所述第一下桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；所述第一上桥臂开关的第二端与所述第一下桥臂开关的第一端电性连接；以及所述第二桥臂包括：第二上桥臂开关，所述第二上桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；第二下桥臂开关，所述第二下桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；所述第二上桥臂开关的第二端与所述第二下桥臂开关的第一端电性连接；其中，所述第一桥臂和所述第二桥臂至少部分地形成于一晶片，所述晶片包含多个第一元胞组和多个第二元胞组；其中，所述多个第一元胞组用于形成所述第一桥臂的第一上桥臂开关和所述多个第二元胞组用于形成所述第二桥臂的第二上桥臂开关，或者所述多个第一元胞组用于形成所述第一桥臂的第一下桥臂开关和所述多个第二元胞组用于形成所述第二桥臂的第二下桥臂开关；其中，所述多个第一元胞组与所述多个第二元胞组交错启闭。

【技术特征摘要】
1.一种交错并联电路，包括第一桥臂和第二桥臂，其特征在于，所述第一桥臂包括：第一上桥臂开关，所述第一上桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；第一下桥臂开关，所述第一下桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；所述第一上桥臂开关的第二端与所述第一下桥臂开关的第一端电性连接；以及所述第二桥臂包括：第二上桥臂开关，所述第二上桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；第二下桥臂开关，所述第二下桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；所述第二上桥臂开关的第二端与所述第二下桥臂开关的第一端电性连接；其中，所述第一桥臂和所述第二桥臂至少部分地形成于一晶片，所述晶片包含多个第一元胞组和多个第二元胞组；其中，所述多个第一元胞组用于形成所述第一桥臂的第一上桥臂开关和所述多个第二元胞组用于形成所述第二桥臂的第二上桥臂开关，或者所述多个第一元胞组用于形成所述第一桥臂的第一下桥臂开关和所述多个第二元胞组用于形成所述第二桥臂的第二下桥臂开关；其中，所述多个第一元胞组与所述多个第二元胞组交错启闭。2.根据权利要求1所述的交错并联电路，其特征在于，所述晶片由所述多个第一元胞组和所述多个第二元胞组组成。3.根据权利要求1所述的交错并联电路，其特征在于，还包括：第一电感，所述第一电感包含第一端与第二端，所述第一电感的第一端电性连接于所述第一上桥臂开关的第二端与所述第一下桥臂开关的第一端；第二电感，所述第二电感包含第一端与第二端，所述第二电感的第一端电性连接于所述第二上桥臂开关的第二端与所述第二下桥臂开关的第一端；所述第一电感的第二端与所述第二电感的第二端电性连接。4.根据权利要求1所述的交错并联电路，其特征在于，所述多个第一元胞组与所述多个第二元胞组交错启闭的相位差是180度，或120度，或90度。5.根据权利要求1所述的交错并联电路，其特征在于，所述多个第一元胞组具有多个第一外接引脚，所述多个第二元胞组具有多个第二外接引脚，且所述多个第一外接引脚的几何中心与所述多个第二外接引脚的几何中心重合。6.根据权利要求1所述的交错并联电路，其特征在于，所述多个第一元胞组位于所述晶片的第一区域，所述多个第二元胞组位于所述晶片的第二区域。7.根据权利要求6所述的交错并联电路，其特征在于，所述第一区域包含多个第一子区域，所述第二区域包含多个第二子区域，所述多个第一子区域和所述多个第二子区域为条形，所述多个第一子区域和所述多个第二子区域交替平行排布。8.根据权利要求6所述的交错并联电路，其特征在于，所述第一区域包含多个第一子区域，所述第二区域包含多个第二子区域，所述多个第一子区域和所述多个第二子区域为多边形，所述多个第一子区域和所述多个第二子区域交替排布。9.根据权利要求1所述的交错并联电路，其特征在于，所述交错并联电路包括BUCK电路、BOOST电路或图腾柱电路。10.一种功率集成模块，所述功率集成模块应用于交错并联电路，包括第一桥臂和第二桥臂，其特征在于，所述第一桥臂包括：第一上桥臂开关，所述第一上桥臂开关包括第一端、第二端以及控制端；第一下桥臂开关，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡超峰，梁乐，陈燕，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31