CN109756127A - 一种智能功率mosfet逆变模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能功率MOSFET逆变模块，所述MOSFET逆变模块至少包括：印制电路板、陶瓷覆铜板、MOSFET芯片、第一连接线、第二连接线以及塑封件；所述印制电路板上设置有驱动电路和用于外接的焊盘；所述陶瓷覆铜板表面具有线路图案；所述MOSFET芯片固定在所述陶瓷覆铜板表面，所述MOSFET芯片通过所述第一连接线与所述焊盘相连，所述MOSFET芯片通过所述第二连接线与所述线路图案相连，所述MOSFET芯片与所述线路图案构成三相逆变电路；所述塑封件灌封所述印制电路板、陶瓷覆铜板、MOSFET芯片、第一连接线以及第二连接线。本发明通过将MOSFET芯片与驱动电路的模块化设计，可提高产品的集成度，减少逆变电路及其驱动电路的占用面积，提高逆变电路可靠性。

Description

一种智能功率MOSFET逆变模块

技术领域

本发明涉及小功率逆变领域，特别是涉及一种智能功率MOSFET逆变模块。

背景技术

逆变器(Inverter)就是一种将低压(12或24伏或48伏)直流电转变为220伏交流电的电子设备。所谓整流就是将交流电通过转化变为直流电，供直流用电设备使用，与之对应的，逆变就是将直流电转化为交流电，供交流用电设备使用。通常将具有整流功能的设备叫做整流设备或者整流器，而将具有逆变功能的设备称为逆变设备或者逆变器。

逆变技术是建立在电子技术、现代控制技术、半导体器件技术、现代电力电子技术和脉宽调制(PWM)技术等学科基础上的一门综合性实用技术。逆变理论的研究和应用是逆变技术发展的根本原因。逆变器的产生，使得直流电向交流电转换成为了可能。在现有的电源形式中，干电池、蓄电池和太阳能电池等各种形式的直流电源，当这些电源向交流负载提供电能时，就需要逆变器。在交流电动机的调速器、不间断的供电电源、通过感应加热的电源等电力电子装置中，其核心都是逆变电路。此外，随着小型逆变器的产生，使得各种小型的用电设备，如笔记本电脑、数码相机、手机等电器的交流用电得到可靠的保障。在新型能源的开发和应用行业，逆变器更是必不可少。

小功率三相逆变领域常采用6只独立的MOSFET分立器件以及6路独立的驱动电路来实现逆变电路结构，电路结构复杂，设计相对困难；而且由于器件数量多，每个MOSFET分立器件在应用中有空间上的体积要求，在实际的电路设计时，占用很大的PCB空间，导致最终PCB板较大，在一些尺寸有严格要求的场合应用非常不利。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种智能功率MOSFET逆变模块，用于解决现有技术中独立的MOSFET分立器件和驱动电路结构复杂且占用PCB板空间较大等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种智能功率MOSFET逆变模块，所述MOSFET逆变模块至少包括：印制电路板、陶瓷覆铜板、MOSFET芯片、第一连接线、第二连接线以及塑封件；

所述印制电路板上设置有驱动电路和用于外接的焊盘；

所述陶瓷覆铜板表面具有线路图案；

所述MOSFET芯片固定在所述陶瓷覆铜板表面，所述MOSFET芯片通过所述第一连接线与所述焊盘相连，所述MOSFET芯片通过所述第二连接线与所述线路图案相连，所述MOSFET芯片与所述线路图案构成三相逆变电路；

所述塑封件灌封所述印制电路板、陶瓷覆铜板、MOSFET芯片、第一连接线以及第二连接线。

作为本发明智能功率MOSFET逆变模块的一种优化的方案，所述驱动电路包括印制在所述印制电路板中的6路MOSFET驱动线路和焊接在所述印制电路板上且与所述MOSFET驱动线路相连的电子元器件。

作为本发明智能功率MOSFET逆变模块的一种优化的方案，所述电子元器件为电阻、电容、电感或者晶体管中的一种或者多种的组合。

作为本发明智能功率MOSFET逆变模块的一种优化的方案，所述陶瓷覆铜板包括陶瓷层以及分别制备在所述陶瓷层正面和背面的铜层，所述MOSFET芯片固定在所述正面的铜层表面，所述正面的铜层具有线路图案。

作为本发明智能功率MOSFET逆变模块的一种优化的方案，采用蚀刻技术将所述正面的铜层蚀刻形成线路图案。

作为本发明智能功率MOSFET逆变模块的一种优化的方案，所述MOSFET芯片通过焊料固定在所述陶瓷覆铜板表面。

作为本发明智能功率MOSFET逆变模块的一种优化的方案，所述MOSFET逆变模块还包括多个金属端子，所述金属端子与所述线路图案以及印制电路板电连，且所述金属端子的一端灌封在所述塑封件中。

作为本发明智能功率MOSFET逆变模块的一种优化的方案，采用超声键合工艺将所述第一连接线的一端与所述MOSFET芯片相连、另一端与所述焊盘相连；同时采用采用超声键合工艺将所述第二连接线的一端与所述MOSFET芯片相连、另一端与所述线路图案相连。

作为本发明智能功率MOSFET逆变模块的一种优化的方案，所述第一连接线和第二连接线为铝丝。

作为本发明智能功率MOSFET逆变模块的一种优化的方案，所述MOSFET逆变模块包括6个MOSFET芯片，所述6个MOSFET芯片呈两行交叉排列。

如上所述，本发明的智能功率MOSFET逆变模块，具有以下有益效果：

1、采用集成MOSFET与驱动电路的模块化设计，可提高产品的集成度，使三相逆变电路的设计更加简单；

2、采用集成MOSFET与驱动电路的模块化设计，使芯片排列更致密，驱动电路更加紧凑，减少了逆变电路及其驱动电路的占用面积；

3、采用集成MOSFET与驱动电路的模块化设计，可使逆变电路设计过程中选用的元器件数量减少，增加所设计的逆变电路可靠性。

附图说明

图1为本发明智能功率MOSFET逆变模块的外观示意图。

图2为本发明智能功率MOSFET逆变模块的内部侧视图。

图3为本发明智能功率MOSFET逆变模块的内部结构示意图。

元件标号说明

1 印制电路板

2 陶瓷覆铜板

21 陶瓷层

22 正面的铜层(线路图案)

23 背面的铜层

3 MOSFET芯片

4 第一连接线

5 第二连接线

6 塑封件

7 电子元器件

8 焊盘

9 金属端子

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1～3所示，本实施例提供一种智能功率MOSFET逆变模块，所述MOSFET逆变模块至少包括：印制电路板1、陶瓷覆铜板2、MOSFET芯片3、第一连接线4、第二连接线5以及塑封件6等等。

所述印制电路板(PCB)1上设置有驱动电路和用于外接的焊盘8。

其中，所述驱动电路用于驱动三相逆变电路工作。作为示例，所述驱动电路包括6路MOSFET驱动线路(未予以图示)和电子元器件7，所述6路MOSFET驱动线路印制在所述印制电路板1中，所述电子元器7件焊接在所述印制电路板1上且与所述MOSFET驱动线路相连。

作为示例，所述电子元器件7为电阻、电容、电感或者晶体管中的一种或者多种的组合，当然，根据需要还可以选择其他类型的电子元器件。根据具体的驱动电路的不同，电子元器件7之间有不同的线路连接方式，本发明的驱动电路为现有的常规驱动电路，内部的线路连接方式不做限制。

所述焊盘8排列在所述印制电路板1的边缘，所述焊盘8是所述驱动电路的输出端口，方便与所述MOSFET芯片3键合相连。

所述陶瓷覆铜板2表面具有线路图案22；所述MOSFET芯片3固定在所述陶瓷覆铜板2表面，所述MOSFET芯片3通过所述第一连接线4与所述焊盘8相连，所述MOSFET芯片3通过所述第二连接线5与所述线路图案22相连，所述MOSFET芯片3与所述线路图案22构成三相逆变电路。

作为示例，所述陶瓷覆铜板2包括陶瓷层21以及分别制备在所述陶瓷层正面和背面的铜层22、23，即，所述陶瓷覆铜板2自下而上依次为：背面的铜层23、陶瓷层21、正面的铜层22。所述MOSFET芯片3固定在所述正面的铜层22表面，所述正面的铜层22具有线路图案。

因此，一方面，所述正面的铜层22可以用作所述MOSFET芯片3的支撑层，另一方面，图案化的正面的铜层22可以作为逆变电路的一部分线路，起到连接和端口输出的作用。所述陶瓷层21可则以实现电隔离等作用。所述背面的铜层23可以与外界的散热器等器件相连，从而可以增加整个逆变模块的散热，提高模块的可靠性。

作为示例，所述陶瓷覆铜层2可以采用高温烧结工艺获得，当然，也可以采用其他适合的工艺获得，在此不做限制。

作为示例，可以采用蚀刻技术将所述正面的铜层22蚀刻形成线路图案。当然，在其他实施例中，也可以采用其他适合的手段(例如激光烧蚀等技术)图案化正面的铜层22，形成线路图案。本实施例中，采用蚀刻技术将所述正面的铜层22蚀刻形成线路图案，具体操作过程大致为：现在正面铜层表面涂覆光刻胶，然后通过曝光、显影工艺图案化所述光刻胶，接着以光刻胶为掩膜，采用干法蚀刻或者湿法蚀刻工艺蚀刻未被所述光刻胶覆盖的铜层，直至蚀刻穿正面的铜层，露出所述陶瓷层21为止，最后去除光刻胶，从而将正面的铜层转变为所需的线路图案22。

作为示例，所述MOSFET芯片3可以通过焊料固定在所述陶瓷覆铜板2表面。当然，在其他实施例中，也可以利用其他适合的粘结剂将所述MOSFET芯片3固定在所述陶瓷覆铜板2表面。

作为示例，如图2和3所示，可以采用超声键合工艺将所述第一连接线4的一端与所述MOSFET芯片3相连、另一端与所述焊盘8相连，通过所述第一连接线4实现逆变电路和驱动电路之间的连接；同时采用采用超声键合工艺将所述第二连接线5的一端与所述MOSFET芯片3相连、另一端与所述线路图案22相连，通过所述第二连接线5从而实现逆变电路内部的连接。

进一步地，所述第一连接线4和第二连接线5可以为铝丝或者其他适合的金属连接线，例如铜线等，在此不限。本实施例中，优选采用铝丝作为所述第一连接线4和第二连接线5。

需要说明的是，MOSFET芯片3通过第一连接线4具体与印制电路板1上的哪个焊盘8相连，以及MOSFET芯片3通过第二连接线5具体与线路图案22的哪个位置相连，由具体的逆变电路决定。

所述塑封件6用于灌封所述印制电路板1、陶瓷覆铜板2、MOSFET芯片3、第一连接线4以及第二连接线5，通过所述塑封件6可以隔绝内外，使所述驱动电路和逆变电路模块化。如图1所示为灌封后的外观示意图。

另外，所述MOSFET逆变模块还包括多个金属端子9，根据具体设计需求，所述金属端子9可以与所述线路图案22以及印制电路板1电连，且所述金属端子9的一端灌封在所述塑封件6中，其余部分露于所述塑封件6外。所述逆变电路的输出信号可以通过所述金属端子9传输至外界电路。例如，本实施例中，一共设计了20只金属端子9用于引出信号，其中9只用于引出印制电路板1的信号，11只与所述线路图案22相连，用于引出逆变电路的信号。

作为示例，如图3所示，所述MOSFET逆变模块包括6个MOSFET芯片3，所述6个MOSFET芯片3呈两行交叉排列，这种排列方式更加紧凑灵活，减少空间的占用。

综上所述，本发明提供一种智能功率MOSFET逆变模块，所述MOSFET逆变模块至少包括：印制电路板、陶瓷覆铜板、MOSFET芯片、第一连接线、第二连接线以及塑封件；所述印制电路板上设置有驱动电路和用于外接的焊盘；所述陶瓷覆铜板表面具有线路图案；所述MOSFET芯片固定在所述陶瓷覆铜板表面，所述MOSFET芯片通过所述第一连接线与所述焊盘相连，所述MOSFET芯片通过所述第二连接线与所述线路图案相连，所述MOSFET芯片与所述线路图案构成三相逆变电路；所述塑封件灌封所述印制电路板、陶瓷覆铜板、MOSFET芯片、第一连接线以及第二连接线。本发明通过MOSFET芯片与驱动电路模块化设计，可提高产品的集成度，减少逆变电路及其驱动电路的占用面积，提高逆变电路可靠性。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种智能功率MOSFET逆变模块，其特征在于，所述MOSFET逆变模块至少包括：印制电路板、陶瓷覆铜板、MOSFET芯片、第一连接线、第二连接线以及塑封件；

所述印制电路板上设置有驱动电路和用于外接的焊盘；

所述陶瓷覆铜板表面具有线路图案；

所述MOSFET芯片固定在所述陶瓷覆铜板表面，所述MOSFET芯片通过所述第一连接线与所述焊盘相连，所述MOSFET芯片通过所述第二连接线与所述线路图案相连，所述MOSFET芯片与所述线路图案构成三相逆变电路；

所述塑封件灌封所述印制电路板、陶瓷覆铜板、MOSFET芯片、第一连接线以及第二连接线。

2.根据权利要求1所述的智能功率MOSFET逆变模块，其特征在于：所述驱动电路包括印制在所述印制电路板中的6路MOSFET驱动线路和焊接在所述印制电路板上且与所述MOSFET驱动线路相连的电子元器件。

3.根据权利要求2所述的智能功率MOSFET逆变模块，其特征在于：所述电子元器件为电阻、电容、电感或者晶体管中的一种或者多种的组合。

4.根据权利要求1所述的智能功率MOSFET逆变模块，其特征在于：所述陶瓷覆铜板包括陶瓷层以及分别制备在所述陶瓷层正面和背面的铜层，所述MOSFET芯片固定在所述正面的铜层表面，所述正面的铜层具有线路图案。

5.根据权利要求4所述的智能功率MOSFET逆变模块，其特征在于：采用蚀刻技术将所述正面的铜层蚀刻形成线路图案。

6.根据权利要求1所述的智能功率MOSFET逆变模块，其特征在于：所述MOSFET芯片通过焊料固定在所述陶瓷覆铜板表面。

7.根据权利要求1所述的智能功率MOSFET逆变模块，其特征在于：所述MOSFET逆变模块还包括多个金属端子，所述金属端子与所述线路图案以及印制电路板电连，且所述金属端子的一端灌封在所述塑封件中。

8.根据权利要求1所述的智能功率MOSFET逆变模块，其特征在于：采用超声键合工艺将所述第一连接线的一端与所述MOSFET芯片相连、另一端与所述焊盘相连；同时采用采用超声键合工艺将所述第二连接线的一端与所述MOSFET芯片相连、另一端与所述线路图案相连。

9.根据权利要求1所述的智能功率MOSFET逆变模块，其特征在于：所述第一连接线和第二连接线为铝丝。

10.根据权利要求1所述的智能功率MOSFET逆变模块，其特征在于：所述MOSFET逆变模块包括6个MOSFET芯片，所述6个MOSFET芯片呈两行交叉排列。