CN114649319A - 可组合的半导体电路的模组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可组合的半导体电路的模组，包括逆变模块和PFC模块，逆变模块内部设置有驱动电路和逆变电路，逆变模块的引脚设置于逆变模块的两侧，PFC模块内部设置有第一IGBT管、第一FRD和第二FRD，PFC模块的GFC引脚连接第一IGBT管的栅极，PFC模块的P引脚连接第一FRD的阴极，PFC模块的PFC引脚连接第一FRD的阳极，PFC模块的NPFC引脚连接第一IGBT管的发射极，PFC模块的这四个引脚两两设置在PFC模块的两侧，PFC模块可拆卸的上下重叠设置在逆变模块的一侧，且PFC模块的四个引脚分别和逆变模块的四个引脚连接。以此实现PFC模块和逆变模块可拆卸的组合，从而根据具体控制器的需要灵活的选用逆变模块或者二者的组合，以此降低控制器的成本，并有利于控制器的小型化。

Description

可组合的半导体电路的模组

技术领域

本发明涉及一种可组合的半导体电路的模组，属于半导体电路应用技术领域。

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。半导体电路内部集成了6通道的逆变电路和驱动电路，针对一些应用场景还集成了PFC和桥堆等电路，将集成多种电路的半导体电路应用到单一场景中，如集成了PFC和桥堆的半导体电路应用到无需PFC和整流的场景会提升设备的成本。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是解决现有的集成模块的半导体电路应用到单一功能需求的场景中提高成本的问题。

具体地，本发明公开一种可组合的半导体电路的模组，包括：

逆变模块，逆变模块内部设置有驱动电路和逆变电路，逆变模块的引脚设置于逆变模块的两侧；

PFC模块，PFC模块内部设置有第一IGBT管、第一FRD和第二FRD，其中第一FRD的阳极和第一IGBT管的集电极以及第二FRD的阴极共接，第二FRD的阳极连接第一IGBT管的发射极，PFC模块的GFC引脚连接第一IGBT管的栅极，PFC模块的P引脚连接第一FRD的阴极，PFC模块的PFC引脚连接第一FRD的阳极，PFC模块的NPFC引脚连接第一IGBT管的发射极，PFC模块的这四个引脚两两设置在PFC模块的两侧；

其中PFC模块可拆卸的上下重叠设置在逆变模块的一侧，且PFC模块的四个引脚分别和逆变模块的四个引脚连接。

可选地，逆变电路包括上下桥臂的六个IGBT管，驱动电路包括驱动芯片，驱动芯片输出七路驱动信号，其中一路驱动信号通过与逆变模块的一引脚连接的PFC模块的GFC引脚驱动第一IGBT管工作，逆变模的四个引脚中其它三个引脚为空引脚。

可选地，逆变模块的四个引脚与PFC模块连接的四个引脚的间距相同，且逆变模块的引脚的长度大于PFC模块的引脚的长度。

可选地，半导体电路的模组还包括整流模块，整流模块内部设置有桥式整流电路，整流模块可拆卸的上下重叠设置在逆变模块的另一侧，整流模块的四个引脚分别和逆变模块的其他四个引脚上下连接，逆变模块的其他四个引脚为空引脚。

可选地，逆变模块的其他四个引脚与整流模块连接的四个引脚的间距相同，且逆变模块的引脚的长度大于整流模块的引脚的长度。

可选地，逆变模块包括：

电路基板，电路基板的表面设置有电路布线层，电路板布线层上包含多个元件安装位和多个焊盘；

多个电子元件，多个电子元件包括组成驱动电路的驱动芯片和组成逆变电路的六个IGBT管和六个FRD，多个电子元件安装于电路基板；

多个引脚，多个引脚设置在电路基板的两侧，且多个引脚的一端和电路布线层连接；

密封层，密封层至少包覆电路基板的电路布线层的一面，且包覆多个电子元件，多个引脚的另一端从密封层露出。

可选地，六个IGBT管中的三个上桥臂IGBT管和三个下桥臂IGBT管分别设置在电路基板的两侧，六个FRD对应的设置在六个IGBT管之间，驱动芯片远离IGBT管设置。

可选地，电路基板包括彼此连接的散热基板、绝缘层和电路布线层。

可选地，散热基板的厚度大于绝缘层和电路布线层。

可选地，半导体电路还包括多根键合线，键合线连接电路布线层和多个电子元件和多个电子元件之间。

本发明的半导体电路的模组，包括逆变模块和PFC模块，逆变模块内部设置有驱动电路和逆变电路，逆变模块的引脚设置于逆变模块的两侧，PFC模块内部设置有第一IGBT管、第一FRD和第二FRD，其中第一FRD的阳极和第一IGBT管的集电极以及第二FRD的阴极共接，第二FRD的阳极连接第一IGBT管的发射极，PFC模块的GFC引脚连接第一IGBT管的栅极，PFC模块的P引脚连接第一FRD的阴极，PFC模块的PFC引脚连接第一FRD的阳极，PFC模块的NPFC引脚连接第一IGBT管的发射极，PFC模块的这四个引脚两两设置在PFC模块的两侧，PFC模块可拆卸的上下重叠设置在逆变模块的一侧，且PFC模块的四个引脚分别和逆变模块的四个引脚连接。以此实现PFC模块和逆变模块可拆卸的组合，从而根据具体控制器的需要灵活的选用逆变模块或者二者的组合，以此降低控制器的成本，并有利于控制器的小型化。

附图说明

图1为本发明实施例的逆变模块去掉密封层的平面示意图；

图2A和图2B分别为本发明实施例的PFC模块和整流模块去掉密封层的平面示意图；

图3为本发明半导体电路莫中的平面示意图；

图4为本发明半导体电路莫中的侧视图；

图5A至图5C分别为本发明实施例的逆变模块、PFC模块和整流模块的内部电路简图。

附图标记：

逆变模块100，PFC模块200，整流模块300，引脚10，密封层20，IGBT管41，FRD42，第一IGBT管44，第一FRD45，第二FRD46，整流二极管43，驱动芯片50，键合线60，电路基板70。

具体实施方式

需要说明的是，在结构或功能不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面根据实例来详细说明本发明。

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。

本发明提出的可组合的半导体电路模组如图1至图4所示，半导体电路模组包括逆变模块100和PFC模块200。其中逆变模块100内部设置有驱动电路和逆变电路，逆变模块100的引脚10设置于逆变模块100的两侧。驱动电路主要由驱动芯片50组成，其内部设置了驱动逆变电路的开关管工作的驱动单元电路，逆变电路主要由上下桥臂的6个开关管如IGBT管41(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)和FRD42管(FastRecovery Diode，快恢复二极管)组成，驱动电路内部至少设置了6个对应的驱动单元电路，以驱动这6个IGBT管41工作。逆变电路的引脚10中强电和弱电引脚一般分别设置在逆变模块100的两侧，以实现强弱电的最大分离，减少强电引脚对弱电引脚的干扰。其中强电引脚主要为连接逆变电路的三路输出端的引脚、浮动供电电源引脚、母线电源引脚等，弱电引脚主要为连接驱动电路的控制信号输入引脚、低压供电引脚等。PFC模块200内部设置有第一IGBT管44、第一FRD45和第二FRD46，其中第一FRD45的阳极和第一IGBT管44的集电极以及第二FRD46的阴极共接，第二FRD46的阳极连接第一IGBT管44的发射极，PFC模块200的GFC引脚连接第一IGBT管44的栅极，PFC模块200的P引脚连接第一FRD45的阴极，PFC模块200的PFC引脚连接第一FRD45的阳极，PFC模块200的NPFC引脚连接第一IGBT管44的发射极，PFC模块200的这四个引脚两两设置在PFC模块200的两侧。PFC模块200的低电压的两个引脚即GFC引脚和NPFC引脚和强电的两个引脚即P引脚和PFC引脚一般分别设置在PFC模块200的两侧，以实现强电和弱电的尽量分离。

PFC模块200可拆卸的上下重叠设置在逆变模块100的一侧，如图3所示，PFC模块200设置在逆变模块100的最右侧的上方，PFC模块200的四个引脚分别和逆变模块100的四个引脚10连接。以此使得逆变模块100和PFC模块200可实现组合，实现了逆变模块100同时具有PFC功能。可应用在同时需要PFC功能的控制器电路中，而在不需要PFC功能的控制器电路，如小功率的电机驱动电路中，PFC模块200可拆卸下来，单独采用逆变模块100，这样可节省PFC模块200，降低整个控制器的成本。

在本发明的一些实施例中，如图1至图5C所示，逆变电路内部设置有六个IGBT管41，驱动芯片50设置由可输出七通道驱动信号的驱动单元电路，除了驱动六个IGBT管41之外，剩余一路驱动信号通过逆变模块100的一引脚10输出，该引脚10与PFC模块200的GFC引脚连接，以驱动PFC模块200的第一IGBT管44工作，逆变模块100的四个引脚中与PFC模块200连接的其他三个引脚为空引脚。从而直接使用逆变模块100中的驱动信号来驱动PFC模块200工作，无需在应用时在控制器单独再设置驱动电路，以此可以减少控制器的PCB布线，有利于控制器小型化。逆变电路的其他三个引脚为空引脚，通过与PFC模块200连接，这三个空引脚在控制器的PCB板上直接用作PFC模块200的引脚功能，从而实现了在PCB板上占用单个逆变模块100的面积同时实现了逆变和PFC两个功能，以此有效的减少了PCB面积，进一步有利于控制器小型化。

具体地，在本发明的一些实施例中，逆变模块100的四个引脚与PFC模块200连接的四个引脚的间距相同，且逆变模块100的引脚的长度大于PFC模块200的引脚的长度。如图3和图4所示，PFC模块200的引脚的间距完全与逆变模块100的引脚间距相同，从而叠置在逆变模块100上方时，PFC模块200的引脚面与逆变模块100的引脚的表面完全贴合，且由于逆变模块100的引脚伸出的长度大于PFC模块200的引脚伸出的长度，以此方便叠置的引脚进行连接如焊接操作，实现二者可靠的电连接。在具体连接时，PFC模块200的引脚的端部可以进行整形，使得两个模块相互叠置时，其端部一部分完全贴合在逆变模块100引脚的表面，方便二者进行焊接。

在本发明的一些实施例中，半导体电路模组还包括整流模块300，整流模块300内部设置有桥式整流电路，整流模块300可拆卸的上下重叠设置在逆变模块100的另一侧，整流模块300的四个引脚分别和逆变模块100的其他四个引脚上下连接，逆变模块100的其他四个引脚为空引脚。如图2B至图5B所示，整流模块300的四个引脚10分别连接桥式整流电路的四个端口，桥式整流电路由四个整流二极管43组成，整流模块300上下叠置在逆变模块100的另一端时，与之连接的逆变模块100的四个空引脚10在控制器的PCB板上直接用于整流模块300的引脚10功能，从而进一步实现了在PCB板上占用单个逆变模块100的面积增加了整流电路的功能，以此进一步有效的检索PCB面积，有利于控制器的小型化。

为了进一步方便整流模块300和逆变模块100的相互固定和连接，与PFC模块200类似，逆变模块100的其他四个引脚与整流模块300连接的四个引脚的间距相同，且逆变模块100的引脚的长度大于整流模块300的引脚的长度。从而方便整流模块300叠置在逆变模块100的上方时，整流模块300的引脚的端部的表面与逆变模块100的引脚表面完全重叠，方便二者进行焊接以实现可靠的电连接。

在本发明的一些实施例中，如图1、图3所示，逆变模块100具体包括电路基板70、多个电子元件、多个引脚10和密封层20。其中电路基板70的表面设置有电路布线层，电路板布线层上包含多个元件安装位和多个焊盘；多个电子元件包括组成驱动电路的驱动芯片50和组成逆变电路的六个IGBT管41和六个FRD42，多个电子元件安装于电路基板70；多个引脚10设置在电路基板70的两侧，且多个引脚10的一端和电路布线层连接；密封层20至少包覆电路基板70的电路布线层的一面，且包覆多个电子元件，多个引脚10的另一端从密封层20露出。

其中电路基板70一般由彼此连接散热基板、绝缘层和电路布线层组成，其中散热基板可采用金属材料或者其他材料制成，如散热基板可采用1100、5052等材质的铝构成的矩形板材，其厚度相对其它层厚很多，一般为0.8mm至2mm，常用的厚度为1.5mm，绝缘层厚度相对散热基板较薄，一般在50um至150um，常用为110um。绝缘层可由环氧树脂等树脂材料制成，并可在树脂材料内部填充氧化铝和碳化铝等填料，以提高热导率。为了提高热导率，这些填料的形状可采用角形，为了避免填料损坏设置在其表面的电子元件的接触面的风险，填料可采用球形、角形或者角形与球形混合型。电路布线层可由分别设置在绝缘层表面的铜箔蚀刻形成，也可以是膏状导电介质印刷形成，导电介质可以是石墨烯、锡膏、银胶等导电材料。电路布线层的厚度与绝缘层大体相当也较薄，如70um左右。电路布线层的表面设置有多个元件安装位，以安装多个电子元件。

多个电子元件具备包括组成逆变电路和驱动电路的功率器件如IGBT管41和FRD42以及驱动芯片50，还包括电阻电容等无源器件。具体如图1和图5A所示，组成逆变电路的上下桥臂的分别三路开关管和FRD42分别设置在电路基板70的连接引脚10的两侧，FRD42设置与上下两列的IGBT管41之间，与对应的IGBT管41靠近设置，驱动芯片5050远离IGBT管41设置，在图1中，驱动芯片50设置在距离IGBT管41所在逆变电路较远的左侧，逆变电路设置在右侧，二者之间相隔一定的间距，从而使得强电大量流工作的逆变电路尽量的减少到驱动芯片50中低电压区的干扰，有利于提升整个逆变模块100工作的稳定性。

在本发明的一些实施例中，逆变模块100还设置有多跟键合线60，这些键合线60连接在电子元件之间、电子元件和电路布线层之间。具体地，在IGBT管41表面的栅极键合区和电路布线层的焊盘之间连接键合线60，驱动芯片50的驱动键合区和焊盘之间连接键合线60，通过电路布线层的走线实现驱动芯片50的驱动端连接IGBT管41的栅极，FRD42的阳极键合区和IGBT管41的发射极键合区之间连接键合线60，驱动芯片50的控制端键合区和电路布线层的焊盘之间连接键合线60等等，以此最终组成逆变电路的线路连接。

密封层20可由树脂形成，通过传递模方式使用热硬性树脂模制也可使用注入模方式使用热塑性树脂模制。其中密封层20有两种封装结构，一种是密封层20包覆电路基板70的表面和背面，即包覆设置在电路基板70上的电子元件的一面和电路基板70的背面，同时密封层20包覆引脚10连接到电路基板70的一端的部分长度，此种封装为密封层20的全包覆方式；在另一种封装方式中，密封层20包覆电路基板70的上表面，即包覆电路基板70的表面和电子元件，同时密封层20包覆引脚10连接到电路基板70的一端的部分长度，而电路基板70的背面即散热面露出于密封层20，以此形成密封层20的半包覆方式。针对全包覆方式，电路基板70背面可设置纹理，可以有效的加强和密封层20的结合强度，使二者不易分离。而针对半包覆方式，电路基板70的背面可以不设置纹理，在半导体电路使用安装时，其在电路基板70的背面还可以设置散热器(图中未示出)，使得散热器的表面与电路基板70的表面紧密接触，以此通过散热器将功率器件的发热进行更好的散热。

PFC模块200和整流模块300的内部结构和逆变模块100的类似，也包括电路基板，设置在电路基板的功率器件、与电路基板连接的引脚，以及至少包覆电路基板70电子元件一面的密封层。在此不再赘述。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种可组合的半导体电路模组，其特征在于，包括：

逆变模块，所述逆变模块内部设置有驱动电路和逆变电路，所述逆变模块的引脚设置于所述逆变模块的两侧；

PFC模块，所述PFC模块内部设置有第一IGBT管、第一FRD和第二FRD，其中所述第一FRD的阳极和所述第一IGBT管的集电极以及所述第二FRD的阴极共接，所述第二FRD的阳极连接所述第一IGBT管的发射极，所述PFC模块的GFC引脚连接所述第一IGBT管的栅极，所述PFC模块的P引脚连接所述第一FRD的阴极，所述PFC模块的PFC引脚连接所述第一FRD的阳极，所述PFC模块的NPFC引脚连接所述第一IGBT管的发射极，所述PFC模块的这四个引脚两两设置在所述PFC模块的两侧；

其中所述PFC模块可拆卸的上下重叠设置在所述逆变模块的一侧，且所述PFC模块的四个引脚分别和所述逆变模块的四个引脚连接。

2.根据权利要求1所述的半导体电路模组，其特征在于，所述逆变电路包括上下桥臂的六个IGBT管，所述驱动电路包括驱动芯片，所述驱动芯片输出七路驱动信号，其中一路驱动信号通过与所述逆变模块的一引脚连接的所述PFC模块的GFC引脚驱动所述第一IGBT管工作，所述逆变模的四个引脚中其它三个引脚为空引脚。

3.根据权利要求1所述的半导体电路模组，其特征在于，所述逆变模块的四个引脚与所述PFC模块连接的四个引脚的间距相同，且所述逆变模块的引脚的长度大于所述PFC模块的引脚的长度。

4.根据权利要求1所述的半导体电路模组，其特征在于，还包括整流模块，所述整流模块内部设置有桥式整流电路，所述整流模块可拆卸的上下重叠设置在所述逆变模块的另一侧，所述整流模块的四个引脚分别和所述逆变模块的其他四个引脚上下连接，所述逆变模块的其他四个引脚为空引脚。

5.根据权利要求4所述的半导体电路模组，其特征在于，所述逆变模块的其他四个引脚与所述整流模块连接的四个引脚的间距相同，且所述逆变模块的引脚的长度大于所述整流模块的引脚的长度。

6.根据权利要求1所述的半导体电路模组，其特征在于，所述逆变模块包括：

电路基板，所述电路基板的表面设置有电路布线层，所述电路板布线层上包含多个元件安装位和多个焊盘；

多个电子元件，所述多个电子元件包括组成驱动电路的驱动芯片和组成逆变电路的六个IGBT管和六个FRD，所述多个电子元件安装于所述电路基板；

多个引脚，所述多个引脚设置在所述电路基板的两侧，且所述多个引脚的一端和所述电路布线层连接；

密封层，所述密封层至少包覆所述电路基板的所述电路布线层的一面，且包覆所述多个电子元件，所述多个引脚的另一端从所述密封层露出。

7.根据权利要求6所述的半导体电路模组，其特征在于，所述六个IGBT管中的三个上桥臂IGBT管和三个下桥臂IGBT管分别设置在电路基板的两侧，所述六个FRD对应的设置在所述六个IGBT管之间，所述驱动芯片远离所述IGBT管设置。

8.根据权利要求6所述的半导体电路模组，其特征在于，所述电路基板包括彼此连接的散热基板、绝缘层和所述电路布线层。

9.根据权利要求8所述的半导体电路模组，其特征在于，所述散热基板的厚度大于所述绝缘层和所述电路布线层。

10.根据权利要求6所述的半导体电路模组，其特征在于，所述半导体电路还包括多根键合线，所述键合线连接所述电路布线层和所述多个电子元件和所述多个电子元件之间。

Images