CN108206640A - 一种同步整流模块、整流方法及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同步整流模块、整流方法及其制造方法，同步整流模块包括MOS管、控制芯片和电容；制造方法包括以下步骤：S1，使用软焊料工艺对MOS管进行粘片；S2，使用点胶工艺对控制芯片和电容进行粘片，粘片后进行高温氮气烘烤固化；S3，使用铝带焊接工艺对MOS管进行连接，使用铜线焊接工艺对控制芯片和电容进行连接；S4，使用低应力、耐高温塑封料进行塑封，然后烘烤固化；S5，烘烤固化后进行去溢料、电镀、切筋分粒、测试并进行包装，完成同步整流模块的制造。本发明能够有效的降低器件功率损耗。

Description

一种同步整流模块、整流方法及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种功率器件集成电路封装技术领域，特别是涉及一种同步整流模块、整流方法及其制造方法。
背景技术
随着开关电源技术的不断发展，对电源设计提出了更高的要求。效率是电源设计的一个关键指标，同步整流技术的出现，可以有效的解决这一问题。用普通的整流电路，肖特基二极管串联在主输出回路，其正向压降VF一般为0.5V。采用同步整流SR(synchronousrectifier)，在低压大电流情况下使用，可以极大的提高效率，在同步整流模块中，MOS管关断时，内部的体二极管承受反向电压，MOS管导通时，导通损耗主要由开关电流流过MOS管的导通电阻Rdson决定，导通电阻Rdson可以做到2mΩ左右。然而同步整流模块在封装工艺上存在不同差异，每个同步整流模块在封装完成之后它们的效率的也不同，如何更好提高效率时现目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种同步整流模块、整流方法及其制造方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种同步整流模块，该模块包括电源产生电路，电源产生电路的电流输入/出端与外接电源一极相连，电源产生电路的电容充放电端与电容的充放电端相连，电源产生电路的电流输入/出端与MOS管的漏极的相连，电容的另一端与MOS管的源极相连，所述MOS管的漏极、源极还连接外接电源的两端；
还包括控制芯片，控制芯片的电压输出控制端与MOS管的栅极相连，控制芯片的第一电压输入端与电容充放电端相连；
所述控制芯片包括电压检测电路、比较器、逻辑控制电路和MOS驱动电路，电压检测电路的电压输入端与电容充放电端相连，电压检测电路的电压输出端与比较器的第一输入端相连，比较器的第二输入端与电容的另一端相连，比较器的输出端与逻辑控制电路的输入端相连，逻辑控制电路的输出端与MOS驱动电路的输入控制端相连，MOS驱动电路的输出控制端与MOS管的栅极相连；MOS驱动电路根据逻辑控制电路输出的信号输出不同电压信号；
当体二极管反向工作时，电源产生电路对电容充电，电荷存储在电容中，产生电压VCC；在充电过程中，当电压VCC低于XV时，所述X为正数，控制芯片控制MOS管栅极电压为第一电压，导通MOS管；当电压VCC高于YV时，所述Y为大于X的正数，且Y不大于电源产生电路输出的电压，控制芯片控制MOS管栅极电压为第二电压，所述第一电压大于第二电压，关闭MOS管，禁止充电，将VCC一直稳定在XV～YV之间；
当体二极管正向工作时，电压VCC为控制芯片供电。
根据体二极管的工作状态，对电容进行充放电，控制MOS管的导通和关闭，提高电源的效率。通过采用MOS管，降低了二极管功率损耗，提升系统效率，该电路无需外部供电，能自动检测开关MOS管，IC频率支持范围10kHZ-150kHZ。
在本发明的一种优选实施方式中，控制芯片的第二电压输入端与MOS管的漏极相连；
所述控制芯片还包括第一电压检测电路、第一比较器、第二比较器和第三比较器，所述第一电压检测电路用于检测MOS管正向导通时，MOS管源极与漏极之间的压差Vak，所述第一比较器的阈值大于第二比较器的阈值，第二比较器的阈值大于第三比较器的阈值；
第一电压检测电路的电压输入端与MOS管的漏极相连，第一电压检测电路的电压输出端分别与第一比较器的第一输入端、第二比较器的第一输入端和第三比较器的第一输入端相连；第一比较器的第二输入端、第二比较器的第二输入端和第三比较器的第二输入端分别与电容的另一端相连；第一比较器的输出端与逻辑控制电路的第一输入端相连，第二比较器的输出端与逻辑控制电路的第二输入端相连，第三比较器的输出端与逻辑控制电路的第三输入端相连，
当检测到Vak大于Von_ak时，则第一比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS导通，导通时间至少1us；导通后Vak降低，当检测到Vak达到Voff_ak_pre时，则第二比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS管开始预关断，使得Vak维持在Voff_ak_pre附近，直到Vak为0时，第三比较器发出信号给逻辑控制电路，控制关闭功率MOS。
通过第一电压检测电路、第一比较器、第二比较器和第三比较器检测并比较大小，控制MOS管栅极电压大小，改变MOS管的状态。
在本发明的一种优选实施方式中，所述控制芯片还包括计时器，所述计时器的计时信号输入端与接收信号触发端相连，计时器的计时信号输出端与发送信号触发端相连。
在本发明的一种优选实施方式中，控制芯片还包括欠压锁定电路，所述欠压锁定电路的电压输入端与电容的充放电端相连，所述欠压锁定电路的电压输出端与电压检测电路的电压输入端相连；
当VCC初始建立到VUVLO1前，即使Vak大于Von也不开启MOS管，且在系统上电1ms以内，都不开启功率MOS管。有利于电容初始充电达到VUVLO1时，才开启MOS管，稳定电压。
本发明还公开了一种同步整流模块的整流方法，当体二极管反向工作时，电源产生电路对电容充电，电荷存储在电容中，产生电压VCC；在充电过程中，当电压VCC低于XV时，所述X为正数，控制芯片控制MOS管栅极电压为第一电压，导通MOS管；当电压VCC高于YV时，所述Y为大于X的正数，且Y不大于电源产生电路输出的电压，控制芯片控制MOS管栅极电压为第二电压，所述第一电压大于第二电压，关闭MOS管，禁止充电，将VCC一直稳定在XV～YV之间；
当检测到Vak大于Von_ak时，则第一比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS导通，导通时间至少1us；导通后Vak降低，当检测到Vak达到Voff_ak_pre时，则第二比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS管开始预关断，使得Vak维持在Voff_ak_pre附近，直到Vak为0时，第三比较器发出信号给逻辑控制电路，控制关闭功率MOS；其中，Von_ak为MOS管开启电压，Voff_ak_pre为MOS管关闭电压。
该控制方法简单，控制电容的充放电和MOS管的开启和关闭，提高电源效率。
本发明还公开了一种同步整流模块制造方法，所述同步整流模块包括MOS管、控制芯片和电容；所述制造方法包括以下步骤：
S1，使用软焊料工艺对MOS管进行粘片；
S2，使用点胶工艺对控制芯片和电容进行粘片，粘片后进行高温氮气烘烤固化；
S3，使用铝带焊接工艺对MOS管进行连接，使用铜线焊接工艺对控制芯片和电容进行连接；MOS管采用铝带焊接，相比铜线，铝带焊接，可有效降低封装的连接电阻，控制芯片、电容采用铜线焊接工艺，可提高焊接效率。
S4，使用低应力、耐高温塑封料进行塑封，然后烘烤固化；采用低应力、耐高温塑封料，可有效降低因封装应力和回流焊带来的失效，提高封装的可靠性。
S5，烘烤固化后进行去溢料、电镀、切筋分粒、测试并进行包装，完成所述同步整流模块的制造。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S1中，所述软焊料工艺中使用的材料为Pb95Sn2.5Ag2.5；框架采用镀银框架。MOS管采用软焊料(Pb95Sn2.5Ag2.5)进行粘片，框架采用镀银框架，在保证锡层厚度的同时，可以有效控制粘片空洞(整体焊接空洞可控制在5％以内，单个粘片空洞可控制在1％以内)。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S2中，所述点胶工艺中使用的材料为绝缘胶；控制芯片和电容采用绝缘胶进行粘片固化，可有效控制粘片平整度。
或/和使点胶面积与控制芯片和电容的尺寸相符，点胶的厚度为10um～30um；增强控制芯片和电容的平整度。
或/和在无尘氮气烘箱中进行烘烤固化，烘烤温度为155±10℃，时间为50min～80min。在该条件下进行烘烤有利于固化。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S3中，所述铜线焊接工艺使用1mil的铜丝，或/和在连接前对电容表面进行镀铜处理。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S4中，塑封料的热膨胀系数α＝0.8×10-5℃-1；采用该系数的热膨胀系数可有效降低因封装回流焊带来的失效，提高封装的可靠性。
烘烤固化的温度为170±5℃，时间为5～7h。在这样的条件下，固化效果更好。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S5中，测试时使用功能测试系统和电源效率测试系统，并搭载自动分选设备，进行并行测试。这样可以保障在测试效率的同时，可以将失效率降至10PPM级。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明能够有效的降低器件功率损耗。
附图说明
图1是本发明电路连接示意图。
图2是本发明流程示意图。
图3是本发明制造完成示意图。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供了一种同步整流模块，如图1所示，该模块包括包括电源产生电路，电源产生电路的电流输入/出端与外接电源一极相连，电源产生电路的电容充放电端与电容的充放电端相连，电源产生电路的电流输入/出端与MOS管的漏极的相连，电容的另一端与MOS管的源极相连，所述MOS管的漏极、源极还连接外接电源的两端；
还包括控制芯片，控制芯片的电压输出控制端与MOS管的栅极相连，控制芯片的第一电压输入端与电容充放电端相连；
所述控制芯片包括电压检测电路、比较器、逻辑控制电路和MOS驱动电路，电压检测电路的电压输入端与电容充放电端相连，电压检测电路的电压输出端与比较器的第一输入端相连，比较器的第二输入端与电容的另一端相连，比较器的输出端与逻辑控制电路的输入端相连，逻辑控制电路的输出端与MOS驱动电路的输入控制端相连，MOS驱动电路的输出控制端与MOS管的栅极相连；MOS驱动电路根据逻辑控制电路输出的信号输出不同电压信号；
当体二极管反向工作时，电源产生电路对电容充电，电荷存储在电容中，产生电压VCC；在充电过程中，当电压VCC低于XV时，所述X为正数，控制芯片控制MOS管栅极电压为第一电压，导通MOS管；当电压VCC高于YV时，所述Y为大于X的正数，优选X＝8.5，Y＝10，且Y不大于电源产生电路输出的电压，控制芯片控制MOS管栅极电压为第二电压，所述第一电压大于第二电压，关闭MOS管，禁止充电，将VCC一直稳定在XV～YV之间；
当体二极管正向工作时，电压VCC为控制芯片供电。
在本发明的一种优选实施方式中，控制芯片的第二电压输入端与MOS管的漏极相连；
所述控制芯片还包括第一电压检测电路、第一比较器、第二比较器和第三比较器，所述第一电压检测电路用于检测MOS管正向导通时，MOS管源极与漏极之间的压差Vak，所述第一比较器的阈值大于第二比较器的阈值，第二比较器的阈值大于第三比较器的阈值；
第一电压检测电路的电压输入端与MOS管的漏极相连，第一电压检测电路的电压输出端分别与第一比较器的第一输入端、第二比较器的第一输入端和第三比较器的第一输入端相连；第一比较器的第二输入端、第二比较器的第二输入端和第三比较器的第二输入端分别与电容的另一端相连；第一比较器的输出端与逻辑控制电路的第一输入端相连，第二比较器的输出端与逻辑控制电路的第二输入端相连，第三比较器的输出端与逻辑控制电路的第三输入端相连，
当检测到Vak大于Von_ak时，则第一比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS导通，导通时间至少1us；导通后Vak降低，当检测到Vak达到Voff_ak_pre时，则第二比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS管开始预关断，使得Vak维持在Voff_ak_pre附近，直到Vak为0时，第三比较器发出信号给逻辑控制电路，控制关闭功率MOS；其中，Von_ak为MOS管开启电压，Voff_ak_pre为MOS管接近关闭电压或关闭电压。
在本发明的一种优选实施方式中，所述控制芯片还包括计时器，所述计时器的计时信号输入端与接收信号触发端相连，计时器的计时信号输出端与发送信号触发端相连。
在本发明的一种优选实施方式中，控制芯片还包括欠压锁定电路，所述欠压锁定电路的电压输入端与电容的充放电端相连，所述欠压锁定电路的电压输出端与电压检测电路的电压输入端相连；
当VCC初始建立到VUVLO1前，VUVLO1为欠压保护电压，即使Vak大于Von也不开启MOS管，Von为MOS管开启电压，且在系统上电1ms以内，都不开启功率MOS管。
本发明还公开了一种同步整流模块的整流方法，当体二极管反向工作时，电源产生电路对电容充电，电荷存储在电容中，产生电压VCC；在充电过程中，当电压VCC低于XV时，所述X为正数，控制芯片控制MOS管栅极电压为第一电压，导通MOS管；当电压VCC高于YV时，所述Y为大于X的正数，且Y不大于电源产生电路输出的电压，控制芯片控制MOS管栅极电压为第二电压，所述第一电压大于第二电压，关闭MOS管，禁止充电，将VCC一直稳定在XV～YV之间；
当检测到Vak大于Von_ak时，则第一比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS导通，导通时间至少1us；导通后Vak降低，当检测到Vak达到Voff_ak_pre时，则第二比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS管开始预关断，使得Vak维持在Voff_ak_pre附近，直到Vak为0时，第三比较器发出信号给逻辑控制电路，控制关闭功率MOS；其中，Von_ak为MOS管开启电压，Voff_ak_pre为MOS管关闭电压。
本发明还提供了一种同步整流模块的制造方法，同步整流模块包括MOS管、控制芯片和电容；制造方法包括以下步骤：如图2所示，
S1，使用软焊料工艺对MOS管进行粘片；
S2，使用点胶工艺对控制芯片和电容进行粘片，粘片后进行高温氮气烘烤固化；
S3，使用铝带焊接工艺对MOS管进行连接，使用铜线焊接工艺对控制芯片和电容进行连接；
S4，使用低应力、耐高温塑封料进行塑封，然后烘烤固化；
S5，烘烤固化后进行去溢料、电镀、切筋分粒、测试并进行包装，完成同步整流模块的制造，如图3所示。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S1中，软焊料工艺中使用的材料为Pb95Sn2.5Ag2.5；框架采用镀银框架。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S2中，点胶工艺中使用的材料为绝缘胶；
或/和使点胶面积与控制芯片和电容的尺寸相符，点胶的厚度为10um～30um；优选点胶的厚度为15um。
或/和在无尘氮气烘箱中进行烘烤固化，烘烤温度为155±10℃，时间为50min～80min。优选烘烤温度为160℃，时间为65min。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S3中，铜线焊接工艺使用1mil的铜丝，或/和在连接前对电容表面进行镀铜处理。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S4中，
塑封料的热膨胀系数α＝0.8×10-5℃-1；
烘烤固化的温度为170±5℃，时间为5～7h。优选烘烤固化的温度为170℃，时间为6.5h
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S5中，测试时使用功能测试系统和电源效率测试系统，并搭载自动分选设备，进行并行测试。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种同步整流模块，其特征在于，包括电源产生电路，电源产生电路的电流输入/出端与外接电源一极相连，电源产生电路的电容充放电端与电容的充放电端相连，电源产生电路的电流输入/出端与MOS管的漏极的相连，电容的另一端与MOS管的源极相连，所述MOS管的漏极、源极还连接外接电源的两端；
还包括控制芯片，所述控制芯片的电压输出控制端与MOS管的栅极相连，控制芯片的第一电压输入端与电容充放电端相连；
所述控制芯片包括电压检测电路、比较器、逻辑控制电路和MOS驱动电路，电压检测电路的电压输入端与电容充放电端相连，电压检测电路的电压输出端与比较器的第一输入端相连，比较器的第二输入端与电容的另一端相连，比较器的输出端与逻辑控制电路的输入端相连，逻辑控制电路的输出端与MOS驱动电路的输入控制端相连，MOS驱动电路的输出控制端与MOS管的栅极相连；MOS驱动电路根据逻辑控制电路输出的信号输出不同电压信号；
当体二极管反向工作时，电源产生电路对电容充电，电荷存储在电容中，产生电压VCC；在充电过程中，当电压VCC低于XV时，所述X为正数，控制芯片控制MOS管栅极电压为第一电压，导通MOS管；当电压VCC高于YV时，所述Y为大于X的正数，且Y不大于电源产生电路输出的电压，控制芯片控制MOS管栅极电压为第二电压，所述第一电压大于第二电压，关闭MOS管，禁止充电，将VCC一直稳定在XV～YV之间；
当体二极管正向工作时，电压VCC为控制芯片供电。
2.根据权利要求1所述的同步整流模块，其特征在于，控制芯片的第二电压输入端与MOS管的漏极相连；
所述控制芯片还包括第一电压检测电路、第一比较器、第二比较器和第三比较器，所述第一电压检测电路用于检测MOS管正向导通时，MOS管源极与漏极之间的压差Vak，所述第一比较器的阈值大于第二比较器的阈值，第二比较器的阈值大于第三比较器的阈值；
第一电压检测电路的电压输入端与MOS管的漏极相连，第一电压检测电路的电压输出端分别与第一比较器的第一输入端、第二比较器的第一输入端和第三比较器的第一输入端相连；第一比较器的第二输入端、第二比较器的第二输入端和第三比较器的第二输入端分别与电容的另一端相连；第一比较器的输出端与逻辑控制电路的第一输入端相连，第二比较器的输出端与逻辑控制电路的第二输入端相连，第三比较器的输出端与逻辑控制电路的第三输入端相连，
当检测到Vak大于Von_ak时，则第一比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS导通，导通时间至少1us；导通后Vak降低，当检测到Vak达到Voff_ak_pre时，则第二比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS管开始预关断，使得Vak维持在Voff_ak_pre附近，直到Vak为0时，第三比较器发出信号给逻辑控制电路，控制关闭功率MOS。
3.根据权利要求1所述的同步整流模块，其特征在于，所述控制芯片还包括计时器，所述计时器的计时信号输入端与接收信号触发端相连，计时器的计时信号输出端与发送信号触发端相连。
4.根据权利要求1所述的同步整流模块，其特征在于，控制芯片还包括欠压锁定电路，所述欠压锁定电路的电压输入端与电容的充放电端相连，所述欠压锁定电路的电压输出端与电压检测电路的电压输入端相连；
当VCC初始建立到VUVLO1前，即使Vak大于Von也不开启MOS管，且在系统上电1ms以内，都不开启功率MOS管。
5.一种权利要求1～4之一所述的同步整流模块的整流方法，当体二极管反向工作时，电源产生电路对电容充电，电荷存储在电容中，产生电压VCC；在充电过程中，当电压VCC低于XV时，所述X为正数，控制芯片控制MOS管栅极电压为第一电压，导通MOS管；当电压VCC高于YV时，所述Y为大于X的正数，且Y不大于电源产生电路输出的电压，控制芯片控制MOS管栅极电压为第二电压，所述第一电压大于第二电压，关闭MOS管，禁止充电，将VCC一直稳定在XV～YV之间；
当检测到Vak大于Von_ak时，则第一比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS导通，导通时间至少1us；导通后Vak降低，当检测到Vak达到Voff_ak_pre时，则第二比较器发出信号给逻辑控制电路，控制MOS管开始预关断，使得Vak维持在Voff_ak_pre附近，直到Vak为0时，第三比较器发出信号给逻辑控制电路，控制关闭功率MOS；其中，Von_ak为MOS管开启电压，Voff_ak_pre为MOS管关闭电压。
6.一种同步整流模块的制造方法，其特征在于，所述同步整流模块包括MOS管、控制芯片和电容；所述制造方法包括以下步骤：
S1，使用软焊料工艺对MOS管进行粘片；
S2，使用点胶工艺对控制芯片和电容进行粘片，粘片后进行高温氮气烘烤固化；
S3，使用铝带焊接工艺对MOS管进行连接，使用铜线焊接工艺对控制芯片和电容进行连接；
S4，使用低应力、耐高温塑封料进行塑封，然后烘烤固化；
S5，烘烤固化后进行去溢料、电镀、切筋分粒、测试并进行包装，完成所述同步整流模块的制造。
7.根据权利要求6所述的同步整流模块的制造方法，其特征在于，在步骤S1中，所述软焊料工艺中使用的材料为Pb95Sn2.5Ag2.5；框架采用镀银框架。
8.根据权利要求6所述的同步整流模块的制造方法，其特征在于，在步骤S2中，所述点胶工艺中使用的材料为绝缘胶；
或/和使点胶面积与控制芯片和电容的尺寸相符，点胶的厚度为10um～30um；
或/和在无尘氮气烘箱中进行烘烤固化，烘烤温度为155±10℃，时间为50min～80min。
9.根据权利要求6所述的同步整流模块的制造方法，其特征在于，在步骤S3中，所述铜线焊接工艺使用1mil的铜丝，或/和在连接前对电容表面进行镀铜处理。
10.根据权利要求6所述的同步整流模块的制造方法，其特征在于，在步骤S4中，塑封料的热膨胀系数α＝0.8×10-5℃-1；
烘烤固化的温度为170±5℃，时间为5～7h。
11.根据权利要求6所述的同步整流模块的制造方法，其特征在于，在步骤S5中，测试时使用功能测试系统和电源效率测试系统，并搭载自动分选设备，进行并行测试。
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