半导体电路的制作方法

1.本实用新型涉及功率半导体领域，特别涉及一种半导体电路。


背景技术：

2.半导体电路是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品，集成了智能控制ic和用于功率输出的igbt、mosfet、frd等大功率器件及一些阻容元件，这些元器件通过锡基焊料焊接在铝基板上。
3.传统智能功率模块只有驱动芯片欠压保护功能，没有过压保护功能。当驱动芯片供电大于其规定使用的电压值时，会影响其使用寿命。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提出一种半导体电路，旨在解决现有的半导体电路的驱动芯片不具备过压保护功能的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提出一种半导体电路，该半导体电路包括电路基板和设于所述电路基板上的驱动芯片、三相逆变桥和过压检测单元，所述驱动芯片分别与所述三相逆变桥和所述过压检测单元电连接，所述过压检测单元包括电压基准芯片、第一电阻和第二电阻；
6.所述电压基准芯片包括参考极、阳极和阴极，所述电压基准芯片的阳极与所述驱动芯片的vss引脚电连接，所述电压基准芯片的阴极与所述驱动芯片的fault引脚电连接；
7.所述第一电阻的一端与所述驱动芯片的vdd引脚电连接，所述第一电阻的另一端与所述电压基准芯片的参考极电连接，所述第二电阻的一端与所述电压基准芯片的参考极电连接，所述第二电阻的另一端与所述驱动芯片的vss引脚电连接。
8.优选地，所述过压检测单元还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述驱动芯片的vdd引脚电连接，所述第三电阻的另一端与所述电压基准芯片的阴极电连接。
9.优选地，所述过压检测单元还包括单向二极管，所述单向二极管包括正极和负极，所述单向二极管的正极与所述驱动芯片的fault引脚电连接，所述单向二极管的负极与所述驱动芯片的vss引脚电连接。
10.优选地，所述电压基准芯片的阳极和阴极两端的电流大于1ma。
11.优选地，按照以下公式计算所述驱动芯片的保护电压阈值：
12.v_0＝(1 v_r1/v_r2)
×
v_r
13.其中，所述v_0为所述驱动芯片的保护电压阈值，所述v_r1为所述第一电阻两端的电压值，所述v_r2为所述第二电阻两端的电压值，所述v_r为所述电压基准芯片的参考极的参考电压值。
14.优选地，所述电压基准芯片为tl431芯片。
15.优选地，所述三相逆变桥包括u相逆变桥、v相逆变桥和w相逆变桥，所述u相逆变桥包括u相上桥臂和u相下桥臂，所述v相逆变桥包括v相上桥臂和v相下桥臂，所述w相逆变桥
包括w相上桥臂和w相下桥臂。
16.优选地，所述u相上桥臂包括u相第一igbt和用于驱动所述u相第一igbt导通的u相第一驱动电阻，所述u相第一驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述u相第一igbt电连接；
17.所述u相下桥臂包括u相第二igbt和用于驱动所述u相第二igbt导通的u相第二驱动电阻，所述u相第二驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述u相第二igbt电连接。
18.优选地，所述v相上桥臂包括v相第一igbt和用于驱动所述v相第一igbt导通的v相第一驱动电阻，所述v相第一驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述v相第一igbt电连接；
19.所述v相下桥臂包括v相第二igbt和用于驱动所述v相第二igbt导通的v相第二驱动电阻，所述v相第二驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述v相第二igbt电连接。
20.优选地，所述w相上桥臂包括w相第一igbt和用于驱动所述w相第一igbt导通的w相第一驱动电阻，所述w相第一驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述w相第一igbt电连接；
21.所述w相下桥臂包括w相第二igbt和用于驱动所述w相第二igbt导通的w相第二驱动电阻，所述w相第二驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述w相第二igbt电连接。
22.与现有技术相比，本实用新型实施例的有益技术效果在于：
23.本实用新型所提出的半导体电路，其包括有过压检测单元，该过压检测单元与驱动芯片电连接，用于实时检测驱动芯片的工作电压，若驱动芯片的工作电压大于电压保护阈值，则过压检测电路会将驱动芯片的fault引脚的电平信号拉低，外围的mcu将检测到fault引脚的低电平故障信号，从而据此输出半导体电路的故障信号，半导体电路停止工作，避免损坏驱动芯片，从而保证驱动芯片的使用寿命。
附图说明
24.图1为本实用新型一实施例中半导体电路的一剖面图；
25.图2为本实用新型一实施例中半导体电路的电路图；
26.图3为图2实施例中半导体电路与外置mcu的电路图；
27.图4为本实用新型一实施例中半导体电路的另一剖面图。
具体实施方式
28.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.需要说明，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能
理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
30.本实用新型提到的半导体电路，是一种将功率开关器件和高压驱动电路等集成在一起，并在外表进行密封封装的一种电路模块，在电力电子领域应用广泛，如驱动电机的变频器、各种逆变电压、变频调速、冶金机械、电力牵引、变频家电等领域应用。这里的半导体电路还有多种其他的名称，如模块化智能功率系统(modular intelligent power system，mips)、智能功率模块(intelligent power module，ipm)，或者称为混合集成电路、功率半导体模块、功率模块等名称。在本实用新型的以下实施例中，统一称为模块化智能功率系统(mips)。
31.实施例一
32.请参见图1-4，本实用新型提出一种模块化智能功率系统，该模块化智能功率系统包括电路基板1和设于电路基板1上的驱动芯片2、三相逆变桥3和过压检测单元4，驱动芯片2分别与三相逆变桥3和过压检测单元4电连接，过压检测单元4包括电压基准芯片41、第一电阻r1和第二电阻r2；电压基准芯片41包括参考极r、阳极a和阴极k，电压基准芯片41的阳极a与驱动芯片2的vss引脚电连接，电压基准芯片41的阴极k与驱动芯片2的fault引脚电连接；第一电阻r1的一端与驱动芯片2的vdd引脚电连接，第一电阻r1的另一端与电压基准芯片41的参考极r电连接，第二电阻r2的一端与电压基准芯片41的参考极r电连接，第二电阻r2的另一端与驱动芯片2的vss引脚电连接。
33.本实施例中，在电路基板1上设置有驱动芯片2、三相逆变桥3和过压检测单元4，三相逆变桥3和过压检测单元4分别与驱动芯片2电连接。其中，三相逆变桥3用于将直流电逆变成三相交流电，逆变后的电流频率，可在导通规律不变的前提下，通过改变控制信号的变化周期来进行调节。
34.过压检测单元4用于实时检测驱动芯片2的工作电压大小，其包括有电压基准芯片41、第一电阻r1和第二电阻r2，电压基准芯片41包括有参考极r、阳极a和阴极k，电压基准芯片41的阳极a接地，电压基准芯片41的参考极r与第二电阻r2的一端电连接，第二电阻r2的另一端接地，第一电阻r1的一端也与电压基准芯片41的参考极r电连接，另一端与驱动芯片2的vdd引脚电连接。
35.参考极r设定有基准电压，当第二电阻r2两端的电压大于或等于基准电压时，电压基准芯片41的阳极a与阴极k导通，以将驱动芯片2的fault引脚电压拉低，外围的mcu检测到驱动芯片2的fault引脚低电平信号后，则可判断此半导体电路的驱动芯片2异常，需停止使用，避免半导体电路的驱动芯片2被损坏，从而提高半导体电路的使用寿命。
36.例，电压基准芯片41的参考极r的基准电压为2.5v，驱动芯片2的保护电压阈值为15v，也即驱动芯片2的工作电压不能超出15v，否则会触发半导体电路的过压保护功能，使得半导体电路停止工作，以达到保护驱动芯片2的目的。
37.具体的，假设第二电阻r2两端的电压为2.0v，由于2.0v小于2.5v，因此，电压基准芯片41的阳极a和阴极k不会被导通，驱动芯片2的fault引脚的电压也就不会被拉低，也就
不会产生故障信号，如此则表示驱动芯片2的工作电压没有超出其保护电压阈值15v。
38.同理，假设第二电阻r2两端的电压为3.0v，由于3.0v大于2.5v，因此，电压基准芯片41的阳极a和阴极k会被导通，驱动芯片2的fault引脚的电压会被拉低，从而产生故障信号，如此则表示驱动芯片2的工作电压超出其保护电压阈值15v。
39.作为优选，本实施例所提出的半导体电路还包括绝缘层5、电路布线层6、金属线7和密封树脂8，绝缘层5形成于电路基板1上，电路布线层6形成于绝缘层5上，驱动芯片2、三相逆变桥3和过压检测单元4均设于电路布线层6上并通过金属线7电连接。
40.金属线7可以是铝线、金线或铜线，通过邦定使各电路元件(包括驱动芯片2、三相逆变桥3和过压检测单元4等)之间、各电路布线层6之间、电路元件与电路布线层6之间建立电连接关系，有时还用于使引脚和电路布线层6或电路元件之间建立电连接关系。
41.绝缘层5覆盖电路基板1至少一个表面形成，并在环氧树脂等树脂材料内高浓度填充氧化铝、碳化硅铝等填料提高热导率，为了提高热导率，填料可采用角形，为了规避填料损坏电路元件表面的风险，调料可采用球形或者角形与球形混合型。
42.密封树脂8可通过传递模方式，使用热硬性树脂模制，也可使用注入模方式，使用热塑性树脂模制。在此，密封树脂8完全密封电路基板1具有电路布线层6的一面上，除了引脚以外的所有元素。对于致密性要求高的模块化智能功率系统，电路基板1不具有电路布线层6的一面一般也进行密封处理。对于散热性要求高的模块化智能功率系统，也可以利用密封树脂8只密封电路基板1具有元素的一面，另一面露出。
43.实施例二
44.请参见图2，本实施例所提出的过压检测单元4还包括第三电阻r3，第三电阻r3的一端与驱动芯片2的vdd引脚电连接，第三电阻r3的另一端与电压基准芯片41的阴极k电连接。本实施例中，过压检测单元4还包括有第三电阻r3，第三电阻r3的一端与驱动芯片2的vdd引脚电连接，另一端与基准芯片的阴极k电连接，以保证电压基准芯片41的阳极a和阴极k两端始终具有驱动电压。具体的，驱动芯片2的fault引脚不仅用于过压检测，还可能用于其他检测，比如温度检测等，此时，若fault引脚的电压被拉低，会导致电压基准芯片41的阴极k的电压也被拉低，使得电压基准芯片41无法正常工作，也就达不到过压检测的功能，因此，本实施例增设一个第三电阻r3，以通过第三电阻r3充当电压基准芯片41的电源，保证电压基准芯片41始终能够保持正常工作。
45.实施例三
46.请参见图2，本实施例所提出的过压检测单元4还包括单向二极管d，单向二极管d包括正极和负极，单向二极管d的正极与驱动芯片2的fault引脚电连接，单向二极管d的负极与驱动芯片2的vss引脚电连接。本实施例中，由于第三电阻r3充当电压基准芯片41的电源，因此，为防止该电压对驱动芯片2的fault引脚造成损坏，在第三电阻r3与驱动芯片2的fault引脚之间电连接有一个单向二极管d。单向二极管d包括正极和负极，电流或电压只能从正极流向负极，而无法从负极流向正极，也即单向导通，从而达到防止因第三电阻r3而产生的电压对驱动芯片2的fault引脚造成损伤。
47.实施例四
48.本实施例所提出的电压基准芯片41的阳极a和阴极k两端的电流大于1ma。本实施例中，为避免电压基准芯片41的阳极a和阴极k两端的电压过小，导致电压基准芯片41无法
正常工作，为此，本实施例所选第三电阻r3的阻值需保证流过电压基准芯片41的电流大于1ma。
49.实施例五
50.本实施例所提出的驱动芯片2的保护电压阈值，按照以下公式计算：
51.v0＝(1 vr1/vr2)
×
vr
52.其中，v0为驱动芯片2的保护电压阈值，vr1为第一电阻r1两端的电压值，vr2为第二电阻r2两端的电压值，vr为电压基准芯片41的参考极r的参考电压值。
53.实施例六
54.本实施例所提出的电压基准芯片41为tl431芯片。本实施例中，tl431芯片是可控精密稳压源，它的输出电压通过第一电阻r1和第二电阻r2可以设置从2.5v到36v范围内的任何值，其具有性能好、价格低的优点。
55.实施例七
56.请参见图2，本实施例所提出的三相逆变桥3包括u相逆变桥、v相逆变桥和w相逆变桥，u相逆变桥包括u相上桥臂和u相下桥臂，v相逆变桥包括v相上桥臂和v相下桥臂，w相逆变桥包括w相上桥臂和w相下桥臂。本实施例中，u相逆变桥、v相逆变桥和w相逆变桥分别接电机的三相绕组的引出端，逆变桥的上端接的是直流电压的正端，逆变桥的下端接的是直流电压的负端。当u相上桥臂是高电平，而u相下桥臂是低电平时，u相上桥臂的igbt导通，u相下桥臂的igbt关断，如此，电机的u相对逆变的负端电压就约为该逆变桥的直流电压值。相反，当u相上桥臂是低电平，而u相下桥臂是高电平时，u相上桥臂的igbt关断，u相下桥臂的igbt导通，如此，电机的u相对逆变的负端电压就约为0v。v相逆变桥和w相逆变桥的功能与u相逆变桥相同，可参考上述关于u相逆变桥的描述，在此不再赘述。
57.实施例八
58.请参见图2，本实施例所提出的u相上桥臂包括u相第一igbt311和用于驱动u相第一igbt311导通的u相第一驱动电阻r4，u相第一驱动电阻r4的一端与驱动芯片2电连接，另一端与u相第一igbt311电连接；u相下桥臂包括u相第二igbt312和用于驱动u相第二igbt312导通的u相第二驱动电阻r5，u相第二驱动电阻r5的一端与驱动芯片2电连接，另一端与u相第二igbt312电连接。本实施例中，u相上桥臂包括u相第一igbt311和u相第一驱动电阻r4，通过u相第一驱动电阻r4控制u相第一igbt311的导通时间，u相下桥臂包括u相第二igbt312和u相第二驱动电阻r5，通过u相第二驱动电阻r5控制u相第二igbt312的导通时间。
59.实施例九
60.请参见图2，本实施例所提出的v相上桥臂包括v相第一igbt321和用于驱动v相第一igbt321导通的v相第一驱动电阻r6，v相第一驱动电阻r6的一端与驱动芯片2电连接，另一端与v相第一igbt321电连接；v相下桥臂包括v相第二igbt322和用于驱动v相第二igbt322导通的v相第二驱动电阻r7，v相第二驱动电阻r7的一端与驱动芯片2电连接，另一端与v相第二igbt322电连接。本实施例中，v相上桥臂包括v相第一igbt321和v相第一驱动电阻r6，通过v相第一驱动电阻r6控制v相第一igbt321的导通时间，v相下桥臂包括v相第二igbt322和v相第二驱动电阻r7，通过v相第二驱动电阻r7控制v相第二igbt322的导通时间。
61.实施例十
62.请参见图2，本实施例所提出的w相上桥臂包括w相第一igbt331和用于驱动w相第
一igbt331导通的w相第一驱动电阻r8，w相第一驱动电阻r8的一端与驱动芯片2电连接，另一端与w相第一igbt331电连接；w相下桥臂包括w相第二igbt332和用于驱动w相第二igbt332导通的w相第二驱动电阻r9，w相第二驱动电阻r9的一端与驱动芯片2电连接，另一端与w相第二igbt332电连接。本实施例中，w相上桥臂包括w相第一igbt331和w相第一驱动电阻r8，通过w相第一驱动电阻r8控制w相第一igbt331的导通时间，w相下桥臂包括w相第二igbt332和w相第二驱动电阻r9，通过w相第二驱动电阻r9控制w相第二igbt332的导通时间。
63.以上的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。