CN114078829A - 一种智能功率模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能功率模块，该智能功率模块包括基板、设置于基板上的电路布线层以及层叠设置于电路布线层上的上桥功率芯片、下桥功率芯片和驱动芯片，下桥功率芯片与上桥功率芯片电连接，驱动芯片分别与上桥功率芯片和下桥功率芯片电连接。本发明通过将智能功率模块的上桥功率芯片、下桥功率芯片和驱动芯片层叠设置于基板上，能够极大地减小智能功率模块占据的面积，有利于智能功率模块的小型化，并且还能够缩短驱动回路和功率回路，进而减小寄生电感，保证智能功率模块的工作性能。
Description
技术领域
本发明涉及功率驱动控制技术领域，特别涉及一种智能功率模块。
背景技术
智能功率模块(IPM，Intelligent Power Module)是一种将功率开关器件和驱动电路集成的功率驱动类产品，不仅具有欠电压、过电流和过热等故障的检测、保护功能，还可以将错误信号输出至控制单元。因此在系统发生负载事故或使用不当的情况下，也能够保证智能功率模块自身不受损坏。因此智能功率模块以其高可靠性、低损耗、低成本等优势占据市场，尤其适用于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动、变频家电的一种理想电力电子器件。
本申请的发明人在长期的研发中发现，如图1所示，目前智能功率模块一般包括由续流二极管101和上桥臂开关管102组成的上桥功率芯片11、由续流二极管103和下桥臂开关管104组成的下桥功率芯片12以及驱动芯片13等多个芯片，占据面积较大，不利于智能功率模块的小型化。并且如图2所示，由于多个芯片在平面上排布需要间隔一定距离，会造成驱动回路和功率回路较长，产生的寄生电感较大，影响智能功率模块的工作性能。
发明内容
本发明提供一种智能功率模块，以解决现有技术中智能功率模块占据面积较大，且易产生寄生电感的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种智能功率模块，包括基板、设置于所述基板上的电路布线层以及层叠设置于所述电路布线层上的上桥功率芯片、下桥功率芯片和驱动芯片，所述下桥功率芯片与所述上桥功率芯片电连接，所述驱动芯片分别与所述上桥功率芯片和所述下桥功率芯片电连接。
在一具体实施例中，所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第一者、所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第二者以及所述驱动芯片在远离所述电路布线层的方向上依次层叠。
在一具体实施例中，所述驱动芯片在所述基板上的正投影落入所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第二者在所述基板上的正投影内。
在一具体实施例中，所述上桥功率芯片在所述基板上的正投影与所述下桥功率芯片在所述基板上的正投影至少部分重叠。
在一具体实施例中，所述上桥功率芯片的长度方向与所述下桥功率芯片的长度方向之间呈夹角设置。
在一具体实施例中，所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第一者的长度方向沿所述基板的长度方向设置，所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第二者的长度方向沿所述基板的宽度方向设置。
在一具体实施例中，所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第二者的一短边在所述基板上的正投影落入所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第一者在所述基板上的正投影内，且与所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第一者的长边在所述基板上的正投影间隔设置。
在一具体实施例中，所述驱动芯片在所述基板上的正投影落入所述上桥功率芯片在所述基板上的正投影与所述下桥功率芯片在所述基板上的正投影的重叠区域内。
在一具体实施例中，所述智能功率模块进一步包括导电载片，所述导电载片设置于所述上桥功率芯片与所述下桥功率芯片之间，用于电连接所述上桥功率芯片与所述下桥功率芯片。
在一具体实施例中，所述上桥功率芯片包括电连接的第一续流二极管及上桥臂开关管，所述下桥功率芯片包括电连接的第二续流二极管及下桥臂开关管，所述上桥功率芯片和所述下桥功率芯片为RC-IGBT芯片、MOSFET芯片或HEMT芯片，所述驱动芯片为HVIC芯片。
本发明通过将智能功率模块的上桥功率芯片、下桥功率芯片和驱动芯片层叠设置于基板上，能够极大地减小智能功率模块占据的面积，有利于智能功率模块的小型化，并且还能够缩短驱动回路和功率回路，进而减小寄生电感，保证智能功率模块的工作性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1是现有技术中智能功率模块的结构示意图；
图2是现有技术中智能功率模块的电路示意图；
图3是本发明智能功率模块实施例的结构示意图；
图4是本发明智能功率模块实施例的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。而术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
参见图3和图4，本发明智能功率模块10实施例包括基板100、设置于基板100上的电路布线层200以及层叠设置于电路布线层200上的上桥功率芯片300、下桥功率芯片400和驱动芯片500，下桥功率芯片400与上桥功率芯片300电连接，驱动芯片500分别与上桥功率芯片300和所下桥功率芯片400电连接。
本发明实施例通过将智能功率模块10的上桥功率芯片300、下桥功率芯片400和驱动芯片500层叠设置于基板100上，能够极大地减小智能功率模块10占据的面积，有利于智能功率模块10的小型化，并且还能够缩短驱动回路和功率回路，进而减小寄生电感，保证智能功率模块10的工作性能。
其中，上桥功率芯片300和下桥功率芯片400中的第一者、上桥功率芯片300和下桥功率芯片400中的第二者以及驱动芯片500在远离电路布线层200的方向上依次层叠。
在本实施例中，上桥功率芯片300、下桥功率芯片400以及驱动芯片500的数量分别为三个，每个对应的上桥功率芯片300、下桥功率芯片400以及驱动芯片500在远离电路布线层200的方向上依次层叠，将三个上桥功率芯片300设置在底层，能够直接通过电路布线层相互电连接；而三个下桥功率芯片400通过导电线430电连接，其布局合理，能够简化三个上桥功率芯片300、三个下桥功率芯片400各自之间的连接结构；通过将驱动芯片500分为三个，对比图2和图4，能够减小驱动芯片500与对应的上桥功率芯片300、下桥功率芯片400的连接线(图中未标出)的距离，进而缩短驱动回路，减小寄生电感。
在其他实施例中，也可以将驱动芯片500设置于底层，即将驱动芯片500设置于电路布线层200上，下桥功率芯片400设置于驱动芯片500上，而将上桥功率芯片300设置于下桥功率芯片400上，其连接方式与上述上桥功率芯片300置于底层的实施例类似，在此不再赘述。
在本实施例中，驱动芯片500在基板100上的正投影落入上桥功率芯片300和下桥功率芯片400中的第二者在基板100上的正投影内，能够减小上桥功率芯片300和下桥功率芯片400中的第二者和驱动芯片500同时占据的空间，并为连接上桥功率芯片300和下桥功率芯片400中的第二者的连接线(即导电线430)预留足够空间。
其中，上桥功率芯片300在基板100上的正投影与下桥功率芯片400在基板100上的正投影至少部分重叠，能够为上桥功率芯片300和下桥功率芯片400中的第一者预留与其他芯片进行连接的连接点的空间。
在本实施例中，上桥功率芯片300的长度方向与下桥功率芯片400的长度方向之间呈夹角设置，例如可以呈彼此垂直设置，使得上桥功率芯片300与下桥功率芯片400两者之间的布局更加合理，在预留连接点空间的同时占据更小的面积位置，有利于智能功率模块的小型化，并且使得上桥功率芯片300与下桥功率芯片400之间的连接线的距离更短，从而缩短功率回路，减小寄生电感。
在本实施例中，上桥功率芯片300呈矩形设置，定义上桥功率芯片300中边长较长的一边的延伸方向为上桥功率芯片300的长度方向，下文中长度方向的定义与其类似，在此不再赘述。
在本实施例中，上桥功率芯片300和下桥功率芯片400中的第一者的长度方向沿基板100的长度方向设置，上桥功率芯片300和下桥功率芯片400中的第二者的长度方向沿基板100的宽度方向设置，能够使得上桥功率芯片300、下桥功率芯片400与基板100的配合布局更加合理，基板100尺寸更小，有利于智能功率模块的小型化。
在本实施例中，上桥功率芯片300和下桥功率芯片400中的第二者的一短边在基板100上的正投影落入上桥功率芯片300和下桥功率芯片中400的第一者在基板100上的正投影内，且与上桥功率芯片300和下桥功率芯片400中的第一者的长边在基板100上的正投影间隔设置，能够保证上桥功率芯片300和下桥功率芯片400在层叠设置以减小占据面积的同时，为上桥功率芯片300和下桥功率芯片中400的第一者预留与其他芯片进行连接的连接点的空间。
在本实施例中，驱动芯片500在基板100上的正投影落入上桥功率芯片300在基板100上的正投影与下桥功率芯片400在基板100上的正投影的重叠区域内，能够减小上桥功率芯片300、下桥功率芯片400和驱动芯片500同时占据的空间，并为连接上桥功率芯片300和下桥功率芯片400中的第二者的连接线(即导电线430)预留足够空间；且能够使得驱动芯片500距离上桥功率芯片300和下桥功率芯片400之间的距离同时达到最小，进而减小驱动芯片500分别与上桥功率芯片300和下桥功率芯片400之间的连接线的距离，缩短驱动回路，从而能够减小寄生电感。
在本实施例中，智能功率模块10进一步可以包括导电载片600，导电载片600设置于上桥功率芯片300与下桥功率芯片400之间，用于电连接上桥功率芯片300与下桥功率芯片400，通过导电载片600进行电连接，能够避免通过连接线进行连接绕线复杂，走线过程中易发生短路等问题，可靠性高。
在本实施例中，上桥功率芯片300包括电连接的第一续流二极管310及上桥臂开关管320，下桥功率芯片400包括电连接的第二续流二极管410及下桥臂开关管420，上桥功率芯片300和下桥功率芯片400可以为RC-IGBT(Reverse-Conducting Insulated GateBipolar Transistor)芯片、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor)芯片或HEMT(High Electron Mobility Transistor)芯片等，驱动芯片500可以为HVIC(High Voltage Integrated Circuit，高压集成电路)芯片。
在本实施例中，第一续流二极管310的负极与上桥臂开关管320的集电极电连接，第一续流二极管310的正极与上桥臂开关管320的发射极电连接，且三个上桥臂开关管320的集电极通过电路布线层200电连接。第二续流二极管410的负极与下桥臂开关管420的集电极电连接，第二续流二极管410的正极与下桥臂开关管420的发射极电连接，下桥臂开关管420的集电极通过导电载片600与对应的上桥臂开关管320的发射极电连接，且三个下桥臂开关管420的发射极通过导电线430电连接。
在本实施例中，驱动芯片500分别与上桥臂开关管320的栅极、下桥臂开关管420的栅极电连接。
在本实施例中，三个上桥臂开关管320分别作为U相、V相和W相的上桥臂开关管，三个下桥臂开关管420分别作为U相、V相和W相的下桥臂开关管。
在本实施例中，基板100可以为金属，智能功率模块10进一步包括绝缘层700，绝缘层700设置于基板100与电路布线层200之间。
在其他实施例中，基板100也可以为非导电材料，电路布线层200直接设置于基板100上，在此不做限制。
在本实施例中，智能功率模块10进一步可以包括封装体(图中未示出)，封装体用于将上桥功率芯片300、下桥功率芯片400、驱动芯片500封装于基板100上。
在本实施例中，智能功率模块10进一步可以包括引线210，引线210与电路布线层200连接，且伸出于封装体外，用于将智能功率模块10与其他模块电连接。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种智能功率模块，其特征在于，包括基板、设置于所述基板上的电路布线层以及层叠设置于所述电路布线层上的上桥功率芯片、下桥功率芯片和驱动芯片，所述下桥功率芯片与所述上桥功率芯片电连接，所述驱动芯片分别与所述上桥功率芯片和所述下桥功率芯片电连接。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第一者、所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第二者以及所述驱动芯片在远离所述电路布线层的方向上依次层叠。
3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述驱动芯片在所述基板上的正投影落入所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第二者在所述基板上的正投影内。
4.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥功率芯片在所述基板上的正投影与所述下桥功率芯片在所述基板上的正投影至少部分重叠。
5.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥功率芯片的长度方向与所述下桥功率芯片的长度方向之间呈夹角设置。
6.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第一者的长度方向沿所述基板的长度方向设置，所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第二者的长度方向沿所述基板的宽度方向设置。
7.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第二者的一短边在所述基板上的正投影落入所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第一者在所述基板上的正投影内，且与所述上桥功率芯片和下桥功率芯片中的第一者的长边在所述基板上的正投影间隔设置。
8.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述驱动芯片在所述基板上的正投影落入所述上桥功率芯片在所述基板上的正投影与所述下桥功率芯片在所述基板上的正投影的重叠区域内。
9.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块进一步包括导电载片，所述导电载片设置于所述上桥功率芯片与所述下桥功率芯片之间，用于电连接所述上桥功率芯片与所述下桥功率芯片。
10.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥功率芯片包括电连接的第一续流二极管及上桥臂开关管，所述下桥功率芯片包括电连接的第二续流二极管及下桥臂开关管，所述上桥功率芯片和所述下桥功率芯片为RC-IGBT芯片、MOSFET芯片或HEMT芯片，所述驱动芯片为HVIC芯片。
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