CN104052244A - 功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率模块，包括功率电路及控制IC，所述功率电路的功率器件设置在引线框架上，所述控制IC设置在PCB上，所述引线框架与所述PCB固定连接，并封装在一个模块内。采用引线框架与PCB集成结构，既具有引线框架散热性能好的优点，也具有PCB电路设计简单、模块体积小的优点，达到了功率模块散热性能好且封装体积小的技术效果。

Description

功率模块
技术领域
本发明涉及一种功率模块，特别是一种功率模块的集成结构。
背景技术
PFC的英文全称为“PowerFactorCorrection”，意思是“功率因数校正”。INVERTER表示逆变器，逆变器将直流电逆变为三相交流电，用于变频压缩机供电。IPM的英文全称为“IntelligentPowerModule"，意思是“智能功率模块”，把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还可以包括有过电压、过电流和过热故障检测电路，并可将检测信号送到主控芯片。
现有的变频空调压缩机的功率模块，包含整流电路、PFC电路和INVERTER电路，都是将这三个电路分开制作成三个不同的模块。在同时需要逆变电路及PFC电路时，需要将这三个模块整合在一起使用。中国专利文献CN201120234912.7公开了一种智能变频复合功率模块，按此文献提供的技术方案，一种智能变频复合功率模块，将PFC电路和INVERTER电路集成在一个模块内。根据现有技术，通常会将PFC电路和INVERTER电路集成连通控制IC部分集成在同一个PCB上，然后在进行封装。但这种集成方式的散热性能差，不能满足功率器件的散热需求。
引线框架是一种借助于键合材料（金丝、铝丝、铜丝）实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用，可以作为集成电路的芯片载体，主要用模具冲压法和化学刻蚀法进行生产，具有焊接方便，导热及散热性能好的优点。
目前，PCB集成与引线框架是两个技术方向，没有整合在一起的先例。
发明内容
本发明旨在解决现有功率模块散热性能差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供的功率模块，包括功率电路及控制IC，所述功率电路的功率器件设置在引线框架上，所述控制IC设置在PCB上，所述引线框架与所述PCB固定连接，并封装在一个模块内。
优选地，所述PCB与所述引线框架设在不同的平面上。
优选地，所述符合功率模块还包括金属基板，所述引线框架焊接在所述金属基板的第一面上。
优选地，所述金属基板的第一面上涂有绝缘涂层；所述金属基板的第一面上还设置有用于对引线框架进行定位的印制线。
优选地，所述金属基板的第二面裸露于所述封装的模块表面之外。
优选地，所述功率电路包括PFC电路和逆变电路，所述控制IC分别与所述PFC电路和所述逆变电路电连接；所述功率器件包括所述PFC电路和所述逆变电路的功率器件。
优选地，所述PFC电路的功率器件、所述逆变电路的上桥的功率器件和所述逆变电路的下桥的功率器件顺序排布在所述引线框架上。
优选地，所述功率模块还包括温度传感器，所述温度传感器设置在靠近逆变电路下桥的一侧。
优选地，所述PFC电路的功率器件布置在靠近所述逆变电路上桥的一侧。
优选地，所述功率模块为智能功率模块。
本发明提供的功率模块，包括功率电路及控制IC，所述功率电路的功率器件设置在引线框架上，所述控制IC设置在PCB上，所述引线框架与所述PCB固定连接，并封装成一个模块。采用引线框架与PCB集成结构，既具有引线框架散热性能好的优点，也具有PCB电路设计简单、模块体积小的优点，达到了功率模块散热性能好且封装体积小的技术效果。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的功率模块结构示意图；
图2为图1的功率模块结构示意图的右视图；
图3示出了本发明的功率模块的金属基板的结构示意图；
其中，1-引线框架、2-PFC电路、3-PCB、4-自举二极管、5-树脂、6-热敏电阻、7-逆变电路、8-金属基板、81-涂层、82-印制线、9-控制IC、10-控制端引脚。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-3所示，本实施例以变频空调的变频功率模块的BOOSTPFC电路为例，包括功率电路及控制IC，所述功率电路包括PFC电路2和逆变电路7两部分，根据PFC电路及逆变电路的走线及元器件布置的设计，冲压出相应的引线框架1后，将PFC电路2及逆变电路7的功率器件，如IGBT和二极管等放置并焊接在引线框架1上；逆变电路7一般包括上桥和下桥，为了方便电气连接及焊线，将所述PFC电路的功率器件、所述逆变电路的上桥的功率器件和所述逆变电路的下桥的功率器件顺序排布在所述引线框架上，即PFC电路2的功率器件焊接在靠近逆变电路7上桥的一侧。将控制IC9及3个自举二极管4焊接在PCB3上，PCB上还设置有很多线路，这些线路的一端通过金线焊线与所述控制IC9连接，另一端通过印刷焊接与相应的控制端引脚10连接。先将引线框架1和PCB3拼接在一起，并通过印刷焊接的方式进行固定连接，随后，将PFC电路2、逆变电路7和控制IC9的相关元器件及线路均焊接好后，控制IC9通过铝线焊接分别与PFC电路2及逆变电路7进行电连接，拼接完成后，即可进行树脂5封装，这样就集成了一个功率模块。采用这样的技术方案，将PFC电路2和逆变电路7共同集成在引线框架1上，功率器件间距更近，减小了器件之间的导线长度，降低了寄生参数及噪声，方便了功率器件的焊接，提高了功率器件的散热性能，控制IC9部分采用PCB3结构，相比全框架结构，能够缩小功率模块的封装体积，还能够满足需要布置大量线路及控制端引脚的要求，能够降低功率器件发热而对控制部分产生的影响。
为进一步降低功率器件发热对控制IC9部分产生的影响，本实施例将引线框架1与PCB3设置在不同的平面上，参见图2，引线框架1所在的平面要低于PCB3所在的平面。
为进一步提高功率模块的散热性能，满足更大发热量的要求，还可以将引线框架1焊接固定在一个金属基板8上，金属基板8一般选用铜板或者铝板。参见图3，金属基板8的第一面上涂有绝缘并且导热性能良好的涂层81，本实施例中，涂层81采用陶瓷介质填充的特殊聚合物，具有热阻小、绝缘强度高、粘弹性能优良等优点。金属基板8的第一面上还设置有印制线82，印制线82用于对引线框架1的定位，方便将引线框架1焊接在金属基板8上。当使用金属基板8时，封装的过程中，将金属基板8的第二面裸露在封装面之外，并与封装面平齐，这样能够大大提高散热性能。如果这种设计仍然不能满足散热需求的，还可以增加散热器，散热器与金属基板8第二面连接。当然，在不使用金属基板时，也可以在引线框架的封装面外增加散热器，以加强散热。
本实施例中，功率模块还包括温度传感器，如图1所示，温度传感器采用热敏电阻6，热敏电阻6布置在靠近逆变电路7下桥的一侧，通常该位置是整个模块中发热量最大的位置，温度最高，将温度传感器布置在这里，检测到的温度能够更加准确地反映功率器件的发热温度。所述热敏电阻6与相关的保护电路连接，在功率器件温度过高时进行保护控制。
本实施例是将PFC电路和逆变电路均集成在一个引线框架上，再与控制IC的PCB连接后，封装成一个模块。当然，本领域技术人员也可以根据实际电路的需要，也可以将PFC电路或逆变电路布置在一个引线框架，单独一个再与控制IC的PCB连接封装，形成功率模块。
虽然本实施例以空调的变频模块为例，但同样也能够适用于其它家用电器的功率模块中。只要其它电器的功率模块包括功率器件和控制IC，都可以将功率器件布置在引线框架上，将控制IC布置在PCB上，然后将两者封装在一起，形成功率模块。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率模块，包括功率电路及控制IC，其特征在于：
所述功率电路的功率器件设置在引线框架上，所述控制IC设置在PCB上，所述引线框架与所述PCB固定连接，并封装在一个模块内。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于：
所述PCB与所述引线框架设在不同的平面上。
3.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于：
还包括金属基板，所述引线框架焊接在所述金属基板的第一面上。
4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于：
所述金属基板的第一面上涂有导热性能良好的绝缘涂层；所述金属基板的第一面上还设置有用于对引线框架进行定位的印制线。
5.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于：
所述金属基板的第二面裸露于所述封装的模块表面之外。
6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于：
所述功率电路包括PFC电路和逆变电路，所述控制IC分别与所述PFC电路和所述逆变电路电连接；
所述功率器件包括所述PFC电路的功率器件和所述逆变电路的功率器件。
7.根据权利要求6所述的功率模块，其特征在于：
所述PFC电路的功率器件、所述逆变电路的上桥的功率器件和所述逆变电路的下桥的功率器件顺序排布在所述引线框架上。
8.根据权利要求6所述的功率模块，其特征在于：
还包括温度传感器，所述温度传感器设置在靠近逆变电路下桥的一侧。
9.根据权利要求6所述的功率模块，其特征在于：
所述PFC电路的功率器件布置在靠近所述逆变电路上桥的一侧。
10.根据权利要求6-9所述任意一项的功率模块，其特征在于：
所述功率模块为智能功率模块。
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