一种功率模块结构及其驱动电路的制作方法

1.本发明涉及智能功率模块领域，尤其涉及一种功率模块结构及其驱动电路。


背景技术：

[0002] 智能功率模块，即intelligent power module，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，应用于变频电机伺服驱动，广泛用于家电变频控制中。智能功率模块把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并设置有过电压、过电流和过热等故障检测电路。
[0003]
智能功率模块内设置有高压驱动电路和低压驱动电路，通常智能功率模块是将低压侧的驱动电路与高压侧的驱动电路集成于一个芯片中，当高电压vh大于1200v时，这种芯片结构不满足高压侧与低压侧之间的隔离要求。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提出一种功率模块结构及其驱动电路，将高压侧驱动电路、低压侧驱动电路和绝缘散热结构封装为整体，实现高压侧驱动电路和低压侧驱动电路之间的相互隔离，有效实现模块的小型化设计。
[0005]
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种功率模块结构，包括封装体和引脚；所述引脚设置有多个，且分布于所述封装体的两侧；所述封装体内设置有电路模块，所述引脚的一端设置在所述封装体内，并与所述电路模块电连接，所述引脚的另一端位于所述封装体的外侧；所述电路模块包括第一绝缘结构、三极晶体管、第二绝缘结构和驱动芯片；所述三极晶体管设置在所述第一绝缘结构的上表面，所述第二绝缘结构设置在所述三极晶体管的上表面，所述驱动芯片设置在所述第二绝缘结构的上表面；位于一侧的引脚与所述驱动芯片电连接，所述驱动芯片与所述三极晶体管电连接，所述三极晶体管与位于另一侧的引脚电连接。
[0006]
优选的，所述第一绝缘结构包括铝基层和第一绝缘层，所述铝基层设置在所述封装体的底部，所述第一绝缘层设置在所述铝基层的上表面，所述三极晶体管设置在所述第一绝缘层的上表面。
[0007]
优选的，还包括第一散热层，所述第一散热层为导热金属材质，所述第一散热层设置在所述三极晶体管与所述第一绝缘层的上表面之间。
[0008]
优选的，所述第二绝缘结构包括第二散热层和第二绝缘层，所述第二散热层设置在所述三极晶体管的上表面，所述第二绝缘层设置在所述第二散热层的上表面；所述驱动芯片设置在所述第二绝缘层的上表面。
[0009]
优选的，还包括第三散热层，所述第三散热层设置在所述驱动芯片与所述第二绝缘层的上表面之间。
[0010]
一种功率驱动电路，采用上述的功率模块结构，所述功率驱动电路包括上桥驱动
芯片、下桥驱动芯片、上桥三极晶体管组、下桥三极晶体管组、上桥二极管组和下桥二极管组；所述上桥驱动芯片的输入端作为所述封装体的高位输入端，所述上桥驱动芯片的输出端与所述上桥三极晶体管组电连接，所述上桥三极晶体管组与所述上桥二极管组电连接，所述上桥二极管组的输出端作为所述封装体的高位输出端；所述下桥驱动芯片的输入端作为所述封装体的低位输入端，所述下桥驱动芯片的输出端与所述下桥三极晶体管组电连接，所述下桥三极晶体管组与所述下桥二极管组电连接，所述下桥二极管组的输出端作为所述封装体的接地端。
[0011]
优选的，所述上桥三极晶体管组包括u相上桥三极晶体管q1、v相上桥三极晶体管q2和w相上桥三极晶体管q3；所述上桥二极管组包括二极管d1、二极管d2和二极管d3；所述下桥三极晶体管组包括u相下桥三极晶体管q4、v相下桥三极晶体管q5和w相下桥三极晶体管q6；所述下桥二极管组包括二极管d4、二极管d5和二极管d6；所述u相上桥三极晶体管q1的基极与所述上桥驱动芯片电连接，所述u相上桥三极晶体管q1的集电极作为连接端p，所述u相上桥三极晶体管q1的发射极与所述u相下桥三极晶体管q4的集电极电连接，所述二极管d1的正极端和负极端分别并联在所述u相上桥三极晶体管q1的发射极与集电极之间；所述v相上桥三极晶体管q2的基极与所述上桥驱动芯片电连接，所述v相上桥三极晶体管q2的集电极与连接端p电连接，所述v相上桥三极晶体管q2的发射极与所述v相下桥三极晶体管q5的集电极电连接，所述二极管d2的正极端和负极端分别并联在所述v相上桥三极晶体管q2的发射极与集电极之间；所述w相上桥三极晶体管q3的基极与所述上桥驱动芯片电连接，所述w相上桥三极晶体管q3的集电极与连接端p电连接，所述w相上桥三极晶体管q3的发射极与所述w相下桥三极晶体管q6的集电极电连接，所述二极管d3的正极端和负极端分别并联在所述w相上桥三极晶体管q3的发射极与集电极之间；所述u相下桥三极晶体管q4的基极与所述下桥驱动芯片电连接，所述u相下桥三极晶体管q4的发射极作为u相零线端；所述二极管d4的正极端和负极端分别并联在所述u相下桥三极晶体管q4的发射极与集电极之间；所述v相下桥三极晶体管q5的基极与所述下桥驱动芯片电连接，所述v相下桥三极晶体管q5的发射极作为v相零线端；所述二极管d5的正极端和负极端分别并联在所述v相下桥三极晶体管q5的发射极与集电极之间；所述w相下桥三极晶体管q6的基极与所述下桥驱动芯片电连接，所述w相下桥三极晶体管q6的发射极作为w相零线端；所述二极管d6的正极端和负极端分别并联在所述w相下桥三极晶体管q6的发射极与集电极之间。
[0012]
优选的，所述上桥驱动芯片还包括电阻r1、二极管d7、二极管d8和二极管d9，所述电阻r1的一端作为上桥驱动芯片的电源输入端，所述电阻r1的另一端与所述二极管d7的正极端、二极管d8的正极端和二极管d9的正极端电连接，所述二极管d7的负极端作为连接端vb1，所述二极管d8的负极端作为连接端vb2，所述二极管d9的负极端作为连接端vb3。
[0013]
本发明的一个技术方案的有益效果：通过将驱动芯片和三极晶体管封装在封装体内，并通过第一绝缘结构和第二绝缘结构配合实现驱动芯片与封装之间、三极晶体管与封
装之间、驱动芯片与三极晶体管之间的绝缘，整体封装后形成智能功率模块结构，能够实现封装的绝缘隔离，有效地提交智能功率模块结构内部的抗干扰能力，适用于高压驱动产品。与传统的结构相比，在平面结构上不需要预留驱动ic芯片的位置，整体封装结构更具备小型化，能够节约安装的空间和生产成本。
附图说明
[0014]
图1是本发明一个实施例的封装结构示意图；图2是本发明一个实施例的局部剖面结构示意图；图3是本发明一个实施例去掉封装体的结构示意图；图4是本发明一个实施例的电路连接示意图。
[0015]
其中：封装体1、引脚2、电路模块3、第一绝缘结构31、铝基层311、第一绝缘层312、第一散热层313、三极晶体管32、第二绝缘结构33、第二散热层331、第二绝缘层332、第三散热层333、驱动芯片34、上桥驱动芯片4、下桥驱动芯片5、上桥三极晶体管组6、下桥三极晶体管组7、上桥二极管组8、下桥二极管组9。
具体实施方式
[0016]
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0017]
下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0018]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0019]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0020]
参阅图1至图4所示，一种功率模块结构，包括封装体1和引脚2；所述引脚2设置有多个，且分布于所述封装体1的两侧；所述封装体1内设置有电路模块3，所述引脚2的一端设置在所述封装体1内，并与所述电路模块3电连接，所述引脚2的另一端位于所述封装体1的外侧；所述电路模块3包括第一绝缘结构31、三极晶体管32、第二绝缘结构33和驱动芯片34；所述三极晶体管32设置在所述第一绝缘结构31的上表面，所述第二绝缘结构33设置在所述三极晶体管32的上表面，所述驱动芯片34设置在所述第二绝缘结构33的上表面；位于一侧的引脚2与所述驱动芯片34电连接，所述驱动芯片34与所述三极晶体管32电连接，所述三极晶体管32与位于另一侧的引脚2电连接。
[0021]
位于一侧的引脚2指的是位于封装体1长度方向的其中一侧的引脚，位于另一侧的引脚指的是位于封装体1长度方向的另一侧的引脚。本技术通过将驱动芯片34和三极晶体管32封装在封装体1内，并通过第一绝缘结构31和第二绝缘结构33配合实现驱动芯片34与
封装之间、三极晶体管32与封装之间、驱动芯片34与三极晶体管32之间的绝缘，整体封装后形成智能功率模块结构，能够实现封装的绝缘隔离，有效地提交智能功率模块结构内部的抗干扰能力，适用于高压驱动产品。与传统的结构相比，在平面结构上不需要预留驱动ic芯片的位置，整体封装结构更具备小型化，能够节约安装的空间和生产成本。
[0022]
优选的，所述第一绝缘结构31包括铝基层311和第一绝缘层312，所述铝基层311设置在所述封装体1的底部，所述第一绝缘层312设置在所述铝基层311的上表面，所述三极晶体管32设置在所述第一绝缘层312的上表面。
[0023]
同时，还包括第一散热层313，所述第一散热层313为导热金属材质，所述第一散热层313设置在所述三极晶体管32与所述第一绝缘层312的上表面之间。
[0024]
铝基层311、第一绝缘层312和第一散热层313组成第一绝缘结构31，第一绝缘层312起到绝缘作用，防止封装体带电，第一散热层313优选采用铜材料，对三极晶体管32起到散热作用。
[0025]
封装体1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。封装体完全密封电路基板具有电路布线的一面上除了引脚2以外的所有元素，对于致密性要求高的智能功率模块，电路基板不具有电路布线的一面一般也进行密封处理，对于散热性要求高的智能功率模块，可利用封装体只密封电路基板具有元素的一面，另一面露出。
[0026]
具体地，所述第二绝缘结构33包括第二散热层331和第二绝缘层332，所述第二散热层331设置在所述三极晶体管32的上表面，所述第二绝缘层332设置在所述第二散热层331的上表面；所述驱动芯片34设置在所述第二绝缘层332的上表面。
[0027]
优选的，还包括第三散热层333，所述第三散热层333设置在所述驱动芯片34与所述第二绝缘层332的上表面之间。
[0028]
第二散热层331和三极晶体管32连接，第三散热层333与驱动芯片34，在三极晶体管32、驱动芯片34工作发热时，对应的散热层能够起到良好的散热效果，防止封装体温度过高。设置第二绝缘层332防止三极晶体管32和驱动芯片34之间产生干扰。本技术由于通过第二绝缘层332将三极晶体管32和驱动芯片34分隔，在设计上能够将三极晶体管32和驱动芯片34贴近，在相互影响的情况下，节省了封装的体积。
[0029]
一种功率驱动电路，采用上述功率模块结构，所述功率驱动电路包括上桥驱动芯片4、下桥驱动芯片5、上桥三极晶体管组6、下桥三极晶体管组7、上桥二极管组8和下桥二极管组9；所述上桥驱动芯片4的输入端作为所述封装体1的高位输入端，所述上桥驱动芯片4的输出端与所述上桥三极晶体管组6电连接，所述上桥三极晶体管组6与所述上桥二极管组8电连接，所述上桥二极管组8的输出端作为所述封装体1的高位输出端；所述下桥驱动芯片5的输入端作为所述封装体1的低位输入端，所述下桥驱动芯片5的输出端与所述下桥三极晶体管组7电连接，所述下桥三极晶体管组7与所述下桥二极管组9电连接，所述下桥二极管组9的输出端作为所述封装体1的接地端。
[0030]
上桥驱动芯片4用于驱动上桥三极晶体管组6的开和关，下桥驱动芯片5用于驱动下桥三极晶体管组7的开和关，集成了使能en电路，过流检测电路和故障输出电路。本技术通过上桥臂和下桥臂设置两个独立的驱动芯片，并将它们固定在对应的三极晶体管上，完
成驱动芯片和三极晶体管的电连接。通过上桥电路和下桥电路将高压侧和低压侧驱动电路分两部分，且叠放在功率器件上，有效解决高低压隔离问题，缩短驱动至功率管的电信号传输距离，且有效实现模块小型化设计需求。
[0031]
具体地，所述上桥三极晶体管组6包括u相上桥三极晶体管q1、v相上桥三极晶体管q2和w相上桥三极晶体管q3；所述上桥二极管组8包括二极管d1、二极管d2和二极管d3；所述下桥三极晶体管组7包括u相下桥三极晶体管q4、v相下桥三极晶体管q5和w相下桥三极晶体管q6；所述下桥二极管组9包括二极管d4、二极管d5和二极管d6；所述u相上桥三极晶体管q1的基极与所述上桥驱动芯片4电连接，所述u相上桥三极晶体管q1的集电极作为连接端p，所述u相上桥三极晶体管q1的发射极与所述u相下桥三极晶体管q4的集电极电连接，所述二极管d1的正极端和负极端分别并联在所述u相上桥三极晶体管q1的发射极与集电极之间；所述v相上桥三极晶体管q2的基极与所述上桥驱动芯片4电连接，所述v相上桥三极晶体管q2的集电极与连接端p电连接，所述v相上桥三极晶体管q2的发射极与所述v相下桥三极晶体管q5的集电极电连接，所述二极管d2的正极端和负极端分别并联在所述v相上桥三极晶体管q2的发射极与集电极之间；所述w相上桥三极晶体管q3的基极与所述上桥驱动芯片4电连接，所述w相上桥三极晶体管q3的集电极与连接端p电连接，所述w相上桥三极晶体管q3的发射极与所述w相下桥三极晶体管q6的集电极电连接，所述二极管d3的正极端和负极端分别并联在所述w相上桥三极晶体管q3的发射极与集电极之间；所述u相下桥三极晶体管q4的基极与所述下桥驱动芯片5电连接，所述u相下桥三极晶体管q4的发射极作为u相零线端；所述二极管d4的正极端和负极端分别并联在所述u相下桥三极晶体管q4的发射极与集电极之间；所述v相下桥三极晶体管q5的基极与所述下桥驱动芯片5电连接，所述v相下桥三极晶体管q5的发射极作为v相零线端；所述二极管d5的正极端和负极端分别并联在所述v相下桥三极晶体管q5的发射极与集电极之间；所述w相下桥三极晶体管q6的基极与所述下桥驱动芯片5电连接，所述w相下桥三极晶体管q6的发射极作为w相零线端；所述二极管d6的正极端和负极端分别并联在所述w相下桥三极晶体管q6的发射极与集电极之间。
[0032]
优选的，所述上桥驱动芯片4还包括电阻r1、二极管d7、二极管d8和二极管d9，所述电阻r1的一端作为上桥驱动芯片4的电源输入端，所述电阻r1的另一端与所述二极管d7的正极端、二极管d8的正极端和二极管d9的正极端电连接，所述二极管d7的负极端作为连接端vb1，所述二极管d8的负极端作为连接端vb2，所述二极管d9的负极端作为连接端vb3。
[0033]
电阻r1、二极管d7、二极管d8和二极管d9组成自举电路，二极管d7、二极管d8和二极管d9均为自举二极管，起到提高电压的作用。
[0034]
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0035]
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的
原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。