CN114121927A - 半导体电路及其应用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体电路及其应用装置，其中，该半导体电路包括塑封外壳、多个散热基板、多个驱动功率模块、一桥堆电路和一斩波PFC电路，多个散热基板间隔设置在塑封外壳内，驱动功率模块设置在散热基板上，且任意两个驱动功率模块均不在同一散热基板上，桥堆电路设置在多个散热基板的其中之一上，斩波PFC电路设置在多个散热基板的其中之一上。本发明半导体电路的技术方案，大幅降低了对主控板的空间占用，使主控板整体体积减小，降低了主控板的成本；并且，半导体电路的多个驱动功率模块共用一个斩波PFC电路和一个桥堆电路，大幅减少了器件的使用数量，进一步降低了使用本半导体电路的主控板的成本。

Description

半导体电路及其应用装置

技术领域

本发明涉及功率半导体领域，特别涉及一种半导体电路及其应用装置。

背景技术

半导体电路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，在制造过程中，将组装好所有元器件(包括芯片和阻容件)及引脚的散热基板放置在模具腔体内，通过注塑高温固化成型最终形成产品塑封为一体的产品。智能功率模块(IPM)就是半导体电路的一种，现有的智能功率模块都是单个逆变器组成，使用单个智能功率模块的主控板只能驱动控制一个电机，在一些具有多电机需要驱动的应用场景中，则需要具有多个智能功率模块的主控板以分别驱动各个电机，由于主控板上需要设置多个智能功率模块，导致智能功率模块在主控板上占用的整体空间非常大，进而主控板整体面积非常大，成本非常高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种半导体电路，旨在降低主控板的成本。

为实现上述目的，本发明提出的半导体电路，包括塑封外壳、多个散热基板、多个驱动功率模块、一桥堆电路和一斩波PFC电路，所述多个散热基板间隔设置在所述塑封外壳内，所述驱动功率模块设置在所述散热基板上，且任意两个所述驱动功率模块均不在同一散热基板上，所述桥堆电路设置在所述多个散热基板的其中之一上，所述斩波PFC电路设置在所述多个散热基板的其中之一上。

优选地，设置所述斩波PFC电路的散热基板上设有所述驱动功率模块。

优选地，所述散热基板设置所述斩波PFC电路的区域邻近所述塑封外壳的端部。

优选地，设置所述桥堆电路的散热基板上设有所述驱动功率模块。

优选地，所述散热基板设置所述桥堆电路的区域邻近所述塑封外壳的端部。

优选地，所述斩波PFC电路和所述桥堆电路设置于同一散热基板上。

优选地，所述多个散热基板沿所述塑封外壳的长度方向依次设置。

优选地，所述桥堆电路设置在靠近所述塑封外壳的一端的散热基板上，所述斩波PFC电路设置在靠近所述塑封外壳的另一端的散热基板上。

优选地，所述驱动功率模块包括驱动控制芯片和三相逆变桥，所述驱动控制芯片的各个驱动信号输出端对应电连接所述三相逆变桥的三个上桥臂和三个下桥臂。

优选地，每一所述散热基板上均设有一用于检测散热基板温度的温度检测模块。

本发明还提出一种半导体电路的应用装置，包括MCU和半导体电路，所述半导体电路包括塑封外壳、多个散热基板、多个驱动功率模块、一桥堆电路和一斩波PFC电路，所述多个散热基板间隔设置在所述塑封外壳内，所述驱动功率模块设置在所述散热基板上，且任意两个所述驱动功率模块均不在同一散热基板上，所述桥堆电路设置在所述多个散热基板的其中之一上，所述斩波PFC电路设置在所述多个散热基板的其中之一上。

本发明的半导体电路，在塑封外壳内集成设有多个驱动功率模块，每一个驱动功率模块均可驱动一个变频设备(例如，电机)，从而使本实施例的半导体电路可以驱动多变频设备，实现在多电机驱动需求的应用场景中应用；本实施例半导体电路通过将多个驱动功率模块集成在一个塑封外壳内，相较于现有技术在主控板上使用多个智能功率模块而言，大幅降低了对主控板的空间占用，使主控板整体体积减小，降低了主控板的成本；并且，本发明半导体电路的多个驱动功率模块共用一个斩波PFC电路和一个桥堆电路，相较于现有技术使用多个智能功率模块而言，大幅减少了器件的使用数量，减少总引脚的数量，进一步降低了使用本半导体电路的主控板的成本。

附图说明

图1为本发明半导体电路一实施例中的结构透视示意图；

图2为本发明半导体电路一实施例中的纵截面示意图；

图3为本发明半导体电路二实施例中的结构透视示意图；

图4为本发明半导体电路三实施例中的结构透视示意图；

图5为本发明半导体电路四实施例中的结构透视示意图；

图6为本发明半导体电路五实施例中的一实施方案的结构透视示意图；

图7为本发明半导体电路五实施例中的另一实施方案的结构透视示意图。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提到的半导体电路，是一种将功率开关器件和高压驱动电路等集成在一起，并在外表进行密封封装的一种电路模块，在电力电子领域应用广泛，如驱动电机的变频器、各种逆变电压、变频调速、冶金机械、电力牵引、变频家电等领域应用。这里的半导体电路还有多种其他的名称，如模块化智能功率系统(Modular Intelligent Power System，MIPS)、智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)，或者称为混合集成电路、功率半导体模块、功率模块等名称。在本发明的以下实施例中，统一称为模块化智能功率系统(MIPS)。

本发明实施例提出一种MIPS。

参照图1和图2，图1是本发明MIPS一实施例中的结构透视示意图；图2是本发明MIPS一实施例中的纵截面示意图。

在本实施例中，MIPS，包括塑封外壳10、多个散热基板20、多个驱动功率模块30、一桥堆电路40和一斩波PFC电路50，多个散热基板20间隔设置在塑封外壳10内，通过各个散热基板20相互间隔，使各个散热基板20之间不会直接产生的热传递，相互之间的热影响非常小。其中，驱动功率模块30设置在散热基板20上，且任意两个驱动功率模块30均不在同一散热基板20上，即每个散热基板20上最多设置有一个驱动功率模块30。桥堆电路40设置在多个散热基板20的其中之一上，斩波PFC电路50也是设置在多个散热基板20的其中之一上，即桥堆电路40和斩波PFC电路50可以设置在任意一个散热基板20上。

需要说明的是，本实施例图1中，仅仅是以两个散热基板20和两个驱动功率模块30为例，在其他实施例中，散热基板20的数量还可以为3个、4个、5个或更多个，驱动功率模块30的数量还可以为3个、4个、5个或更多个(可根据所需驱动电机或其它变频设备的数量而定)。

其中，散热基板20由金属材料制成，具体可以是由铝或其它散热性能好的等金属材质制成的矩形板件；散热基板20上具有电路布线层，电路布线层包括绝缘层和在绝缘层上形成的导电层走线(例如，铜皮走线)；驱动功率模块30、桥堆电路40、斩波PFC电路50分别是设置在其所在散热基板20的电路布线层的导电层走线上。塑封外壳10为包覆各个散热基板20的壳体，塑封外壳10为通过注塑高温固化成型，塑封外壳10的材质可为环氧树脂、酚醛树脂、填充料(二氧化硅或其他固体粉末)以及脱模剂、染色剂、阻燃剂等其他材料组成的混合物；各个散热基板20上焊接的电路引脚均从塑封外壳10的侧壁伸出。

本实施例的MIPS，在塑封外壳10内集成设有多个驱动功率模块30，每一个驱动功率模块30均可驱动一个变频设备(例如，电机)，从而使本实施例的MIPS可以驱动多变频设备，实现在多电机驱动需求的应用场景中应用；本实施例MIPS通过将多个驱动功率模块30集成在一个塑封外壳10内，相较于现有技术在主控板上使用多个智能功率模块(每个智能功率模块都有外壳)而言，大幅降低了对主控板的空间占用，使主控板整体体积减小，降低了主控板的成本；并且，本实施例的MIPS的多个驱动功率模块30共用一个斩波PFC电路50和一个桥堆电路40，相较于现有技术使用多个智能功率模块(每个智能功率模块中都具有斩波PFC电路50和桥堆电路40)而言，大幅减少了器件的使用数量，减少总引脚的数量，进一步降低了使用本MIPS的主控板的成本。

另外，本实施例的MIPS在塑封外壳10内设置了多个间隔的散热基板20，将多个驱动功率模块30分别设置在不同的散热基板20上，使各个驱动功率模块30之间的相互隔开，有效的避免了各个驱动功率模块30之间的相互传导干扰，各个驱动功率模块30工作的稳定和可靠性更好。

参照图1，本实施例中，设置斩波PFC电路50的散热基板20上设有驱动功率模块30，即斩波PFC电路50是设置在设有驱动功率模块30的任一一块散热基板20上。这样，斩波PFC电路50的驱动控制可以通过其所在散热基板20上的功率驱动模块的控制部分来控制，无需额外的控制芯片来控制，进一步降低器件成本。

进一步地，散热基板20设置斩波PFC电路50的区域邻近塑封外壳10的端部，即斩波PFC电路50所在的散热基板20不仅设有驱动功率模块30，而且还是靠近塑封外壳10端部的一块散热基板20。斩波PFC电路50设置在靠近塑封外壳10端部的区域，使发热量大的斩波PFC电路50工作构成中产生的热量能够更快的散去，对其所在的散热基板20上的驱动功率模块30的工作温度影响保持较低，并且对塑封外壳10内的其它散热板几乎不造成温度影响，使MIPS的整体工作散热性能较佳，工作更稳定可靠。

参照图3，图3是本发明MIPS二实施例中的结构透视示意图。

在本实施例中，设置桥堆电路40的散热基板20上设有驱动功率模块30，即桥堆电路40是设置在设有驱动功率模块30的任一一块散热基板20上。

进一步地，散热基板20设置桥堆电路40的区域邻近塑封外壳10的端部。即桥堆电路40所在的散热基板20不仅设有驱动功率模块30，而且还是靠近塑封外壳10端部的一块散热基板20。桥堆电路40设置在靠近塑封外壳10端部的区域，使发热量大的桥堆电路40工作构成中产生的热量能够更快的散去，对其所在的散热基板20上的驱动功率模块30的工作温度影响保持较低，并且对塑封外壳10内的其它散热板几乎不造成温度影响，使MIPS的整体工作散热性能较佳，工作更稳定可靠。

参照图4，图4是本发明MIPS三实施例中的结构透视示意图。

在本实施例中，斩波PFC电路50和桥堆电路40设置于同一散热基板20上，由于斩波PFC电路50和桥堆电路40加起来的总器件数量相对较少，将两者设置在同一散热基板20上，可减少塑封外壳10中的一个散热基板20的使用，降低工艺难度和成本。由于斩波PFC电路50和桥堆电路40都是MIPS中主要的两个发热源，因此，同时设置斩波PFC电路50和桥堆电路40的散热基板20是靠近塑封外壳10的端部的一块散热基板20，以更有利于该散热基板20的散热，更主要的是，能最大程度的减少对其它散热基板20上的功率驱动模块的工作温度影响，保障MIPS的工作稳定性。并且，通过将MIPS中的主要发热源部分通过独立的散热基板20与设置驱动功率模块30其它散热基板20间隔隔开，使驱动功率模块30保持在较低温度下工作，功率器件的漏电减小，开关损耗降低，降低了电力损耗量，提升了电能利用率。

参照图5，图5是本发明MIPS三实施例中的结构透视示意图。

在本实施例中，设置桥堆电路40的散热基板20上设有驱动功率模块30和斩波PFC斩波电路，即塑封外壳10中散热基板20的数量与驱动功率模块30的数量一致，每一块散热基板20上设置一个驱动功率模块30，并且，其中一块散热基板20上设置桥堆电路40和斩波PFC电路50。

在一些实施例中，多个散热基板20沿塑封外壳10的长度方向依次设置。通过各个散热基板20沿塑封外壳10的长度方向依次排布，使得塑封外壳10的空间分布和利用率较高，减少塑封外壳10的外形体积，进一步降低对主控板的空间占用，并且可以更加方便MIPS的电路引脚的分布设计。

参照图6和图7，图6是本发明MIPS三实施例中的一实施方案的结构透视示意图；图7是本发明MIPS三实施例中的另一实施方案的结构透视示意图。

在本实施例中，桥堆电路40设置在靠近塑封外壳10的一端的散热基板20上，斩波PFC电路50设置在靠近塑封外壳10的另一端的散热基板20上。本实施例通过将MIPS中的两个主要发热源(即斩波PFC电路50和桥堆电路40)分别分布在塑封外壳10的两端处，使得整个MIPS的散热效果最佳，整体工作温度最低，工作更加稳定可靠。

需要说明的是，在上述实施例的各个附图中，均未示出各个散热基板20上焊接的引脚，其引脚实际为分布在塑封外壳10的长度方向上的两相对侧。

在一些实施例中，驱动功率模块30包括驱动控制芯片和三相逆变桥，驱动控制芯片的各个驱动信号输出端对应电连接三相逆变桥的三个上桥臂和三个下桥臂，以驱动控制三个上桥臂和三个下桥臂的通断。其中，驱动控制芯片可以采用六通道驱动的HVIC(高压集成电路)芯片。

斩波PFC电路50可包括控制芯片、功率管和续流二极管，用于MIPS的功率因数调节；其中，控制芯片通过控制功率管的通断以控制斩波PFC电路50的工作；或者，设置有斩波PFC电路50的散热基板20上的驱动功率模块30可采用七通道驱动的驱动控制芯片，以分出一通道来驱动控制斩波PFC电路50的功率管，使斩波PFC电路50无需控制芯片来驱动控制其功率管，从而减少器件。

在一些实施例中，桥堆电路40为由四个整流二极管构成的整流电路，用于将市电交流电转换为直流电供MIPS供电使用。

在一些实施例中，每一散热基板20上均设有一用于检测散热基板20温度的温度检测模块，温度检测模块可以采用通过热敏电阻进行检测的电路。通过各个温度检测模块分别检测各个散热基板20的温度，以使主控板上的MCU能够监测到MIPS中各个散热基板20上的电路部分的工作温度，从而在检测某一散热基板20的温度过高(超过对应的预设温度阈值)时，及时进行保护处理，保证MIPS的安全。

上述实施例的MIPS中，各个散热基板20的面积大小由其设置的电路决定，例如，单独设置驱动功率模块30的散热基板20由于其上设置的器件数量大于，单独设置桥堆或斩波PFC电路50的散热基板20上的器件的数量，因此，单独设置驱动功率模块30的散热基板20的面积会比单独设置桥堆或斩波PFC电路50的散热基板20的面积大；当然，各个散热基板20的面积也并非根据器件的数量决定，还会考虑到器件的工作发热量、器件之间的安全间距等因素。设置有斩波PFC电路50或桥堆电路40的散热基板20与其相邻的散热基板20之间的间距，要稍微大于未设置斩波PFC或桥堆电路40的各个散热基板20之前的间距，当然，各个散热基板20之间的间隔距离在保证两相邻基板之间的热传递量变化不大的前提下，选择尽可能小。

本发明还提出一种MIPS的应用装置，例如，电机驱动主控板、变频电器主控板，或变频电器产品等。该MIPS的应用装置包括MCU和MIPS，该MIPS的具体结构可参照上述实施例。其中，MCU分别电连接各个驱动功率模块和斩波PFC电路，控制各个驱动功率模块的工作和控制斩波PFC模块的工作。由于本发明MIPS的应用装置采用了上述所有的实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种半导体电路，其特征在于，包括塑封外壳、多个散热基板、多个驱动功率模块、一桥堆电路和一斩波PFC电路，所述多个散热基板间隔设置在所述塑封外壳内，所述驱动功率模块设置在所述散热基板上，且任意两个所述驱动功率模块均不在同一散热基板上，所述桥堆电路设置在所述多个散热基板的其中之一上，所述斩波PFC电路设置在所述多个散热基板的其中之一上。

2.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，设置所述斩波PFC电路的散热基板上设有所述驱动功率模块。

3.根据权利要求2所述的半导体电路，其特征在于，所述散热基板设置所述斩波PFC电路的区域邻近所述塑封外壳的端部。

4.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，设置所述桥堆电路的散热基板上设有所述驱动功率模块。

5.根据权利要求4所述的半导体电路，其特征在于，所述散热基板设置所述桥堆电路的区域邻近所述塑封外壳的端部。

6.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述斩波PFC电路和所述桥堆电路设置于同一散热基板上。

7.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述多个散热基板沿所述塑封外壳的长度方向依次设置。

8.根据权利要求7所述的半导体电路，其特征在于，所述桥堆电路设置在靠近所述塑封外壳的一端的散热基板上，所述斩波PFC电路设置在靠近所述塑封外壳的另一端的散热基板上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的半导体电路，其特征在于，所述驱动功率模块包括驱动控制芯片和三相逆变桥，所述驱动控制芯片的各个驱动信号输出端对应电连接所述三相逆变桥的三个上桥臂和三个下桥臂。

10.一种半导体电路的应用装置，其特征在于，包括MCU和权利要求1至9中任意一项所述的半导体电路，所述MCU分别电连接各个所述驱动功率模块和所述斩波PFC电路。

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