CN210837741U - 智能功率组件、智能功率模块及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供的智能功率组件、智能功率模块及设备，所述智能功率组件，包括一个金属基板和高压驱动电路，高压驱动电路设置在金属基板上，高压驱动电路与金属基板直接接触。通过高压驱动电路与金属基板直接接触。解决现有技术中高压驱动电路布置在电路布线层而导致高压驱动电路容易受到干扰的缺陷，实现消除高压驱动电路受到的干扰的有益效果。

Description

智能功率组件、智能功率模块及设备

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种智能功率组件、智能功率模块及设备。

背景技术

智能功率模块，即IPM(Intelligent Power Module)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。智能功率模块把功率开关器件和高压驱动电路等电子元件集成在一起，与传统分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合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。

现有技术将高压驱动电路布置在电路布线层上，由于电路布线层与金属基板之间具有较大的分布电容，在功率模块工作时，该分布电容两端电压会出现较大幅度的波动，导致高压驱动电路容易受到干扰而发生误动作。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种智能功率组件、智能功率模块及设备，用以解决现有技术中高压驱动电路布置在电路布线层而导致高压驱动电路容易受到干扰的缺陷，实现消除高压驱动电路受到的干扰的有益效果。

本实用新型实施例提供一种智能功率组件，包括一个金属基板和高压驱动电路，高压驱动电路设置在金属基板上，高压驱动电路与金属基板直接接触。

进一步，智能功率组件还包括绝缘层、电路布线层及功率元件；

所述绝缘层设于所述金属基板上；

所述电路布线层形成于所述绝缘层的表面，所述电路布线层具有安装位；

所述功率元件和所述高压驱动电路，分别通过金属线与所述电路布线层上对应的安装位电连接。

进一步，智能功率组件还包括引脚，所述引脚设置于所述电路布线层上；所述引脚通过金属线与所述功率元件和所述高压驱动电路电连接。

进一步，所述高压驱动电路为高压栅极驱动器HVIC；所述功率元件为绝缘栅双极型晶体管或快恢复二极管。

本实用新型实施例提供一种智能功率模块，其特征在于，包括至少两个上述任一所述智能功率组件：

任意两个智能功率组件的金属基板设置在不同平面内；

各智能功率组件被封装成一个整体，且各所述金属基板设置有高压驱动电路的一面被密封。

进一步，任意两个智能功率组件的金属基板互不接触。

进一步，各所述金属基板没有设置高压驱动电路的一面与空气接触。

进一步，包括两个智能功率组件；两个智能功率组件的金属基板平行，且各金属基板设置有高压驱动电路的一面相对设置。

进一步，一个智能功率组件为压缩机IPM，另一个智能功率组件为风机IPM。

本实用新型实施例提供一种电器设备，包括上述任一项所述的智能功率组件，或上述任一项所述的智能功率模块。

本实用新型实施例提供的智能功率组件、智能功率模块及设备，通过高压驱动电路与金属基板直接接触，解决现有技术中高压驱动电路布置在电路布线层而导致高压驱动电路容易受到干扰的缺陷，实现消除高压驱动电路受到的干扰的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型智能功率组件的一实施例结构示意图；

图2为现有技术中智能功率模块的结构示意图；

图3为本实用新型智能功率模块的一实施例结构示意图；

图4为本实用新型智能功率模块的又一实施例结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

现有智能功率模块技术中存在高压驱动电路容易受到干扰而发生误动作的技术问题。为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种智能功率组件。如图1，示出本实用新型实施例提供一种智能功率组件的整体结构示意图，整体上，包括一个金属基板A11和高压驱动电路A14，高压驱动电路A14设置在金属基板A11上，高压驱动电路A14与金属基板A11直接接触。

其中，本具体实施例中金属基板A11是由铝或其他金属材料构成的矩形板材，本具体实施例在此不作具体限定。

进一步，金属基板A11上除高压驱动电路A14外，通常设置有各功率组件功率元件，还包括绝缘层、电路布线层及电子元件；所述电路布线层形成于所述绝缘层的表面，所述电路布线层具有安装位；所述功率元件设置于所述电路布线层的相应的安装位上。

现有技术中的智能功率组件如图2所示，金属基板A11上还设置有绝缘层A12，绝缘层上还设置有布线层A13，高压驱动电路A14设置在布线层上。由于布线层A13与金属基板A11之间具有较大的分布电容，在功率模块工作时，该分布电容两端电压会出现较大幅度的波动，导致高压驱动电路A14容易受到干扰而发生误动作。本实用新型实施例将高压驱动电路A14直接布置在金属基板A11上，消除了高压驱动电路A14与金属基板A11之间的分布电容，消除了高压驱动电路A14受到的干扰。

本实用新型实施例提供一种智能功率组件，包括一个金属基板A11和高压驱动电路A14，高压驱动电路A14设置在金属基板A11上，高压驱动电路A14与金属基板A11直接接触。消除了高压驱动电路A14与金属基板A11之间的分布电容，消除了高压驱动电路A14受到的干扰。

在本实用新型上述实施例的基础上，提供一种智能功率组件，智能功率组件还包括绝缘层A12、电路布线层A13及功率元件；

所述绝缘层A12设于所述金属基板A11上；

所述电路布线层A13形成于所述绝缘层A12的表面，所述电路布线层A13具有安装位；

所述功率元件和所述高压驱动电路A14，分别通过金属线与所述电路布线层A13上对应的安装位电连接。

所述智能功率模块还包括设于所述基板上的绝缘层A12，所述电路布线层A13形成于所述绝缘层A12的表面。

本实施例中，功率元件可以是氮化镓(GaN)功率元件、Si基功率元件或SiC基功率元件，本实施例优选采用氮化镓(GaN)功率元件。多个功率元件，一般为六个，组成功率逆变桥电路，用于驱动电机、压缩机等负载工作。功率元件设置在低热阻绝缘层上，将热量传导至基板上，通过金属基板进行散热。金属基板可以采用引线框架、金属、纸板、半玻纤板、玻纤板等材料所制成的基板实现，本实施例优选采用金属来实现。金属基板A11的形状可以根据电路布线层A13、高压驱动电路A14，以及智能功率模块中其他电子元件的具体位置及大小确定，可以为方形，但不限于方形。

电路布线层A13根据智能功率模块的电路设计，在金属基板A11上形成对应的线路以及对应供各高压驱动电路A14和功率元件安装的安装位，即焊盘，具体地，在电路基板设置好绝缘层后，将铜箔铺设在绝缘层上，并按照预设的电路设计蚀刻所述铜箔，从而形成电路布线层A13。

阻焊层是指印刷电路板子上要上绿油的部分。实际上这阻焊层使用的是负片输出，所以在阻焊层的形状映射到板子上以后，并不是上了绿油阻焊，反而是露出了铜皮。

本实用新型实施例提供的智能功率组件，通过将高压驱动电路A14设置在金属基板A11上，高压驱动电路A14与金属基板A11直接接触。消除了高压驱动电路A14与金属基板A11之间的分布电容，消除了高压驱动电路A14受到的干扰。

在本实用新型任一上述实施例的基础上，提供一种智能功率组件，智能功率组件还包括引脚，所述引脚设置于所述电路布线层A13上；所述引脚通过金属线与所述功率元件和所述高压驱动电路A14电连接。

本实施例中，金属线可以是铝线或者金线，高压驱动电路A14与功率元件通过金属线及电路布线层A13实现电气连接，使得高压驱动电路A14输出的控制信号能够传输至各功率元件，从而控制对应的功率元件导通/截止。可以理解的是，本实施例中，各功率元件与高压驱动电路A14能够呈水平设置，从而降低了金属线的精度要求，并降低了智能功率模块的制造工艺难度，提高了智能功率模块的生产合格率，同时还降低了智能功率模块的生产成本。金属线通过锡膏与各功率元件和所述高压驱动电路A14相固定。锡膏英文名solderpaste，灰色膏体。焊锡膏是伴随着SMT应运而生的一种新型焊接材料，是由焊锡粉、助焊剂以及其它的表面活性剂、触变剂等加以混合，形成的膏状混合物。主要用于SMT行业PCB表面电阻、电容、IC等电子元器件的焊接。

在本实用新型任一上述实施例的基础上，提供一种智能功率组件，所述高压驱动电路A14为高压栅极驱动器HVIC；所述功率元件为绝缘栅双极型晶体管或快恢复二极管。

如图3，示出本实用新型具体实施例智能功率模块的结构示意图。整体上，包括至少两个功率组件A1：

各功率组件A1包括金属基板A11；

任意两个功率组件A1的金属基板A11设置在不同平面内；

各智能功率组件A1被封装成一个整体，且各所述基板A11设置有高压驱动电路A14的一面被密封。

其中，本具体实施例中金属基板A11是由铝或其他金属材料构成的矩形板材，本具体实施例在此不作具体限定。

进一步，金属基板A11上通常设置有高压驱动电路A14和功率原件，还包括绝缘层A12、电路布线层A13及电子元件；所述电路布线层A13形成于所述绝缘层A12的表面，所述电路布线层A13具有安装位；所述功率元件和所述高压驱动电路A14，分别通过金属线与所述电路布线层A13上对应的安装位电连接。

本具体实施例对于各功率组件的金属基板A11设置位置关系需要特殊限定。各功率组件的金属基板A11设置在不同的平面内，可以相互之间平行设置、成一定角度设置。本实用新型实施例能够起到在封装相同数量的功率元件情况下，具有更小的长度，能有效降低模块的弯曲和翘曲，同时，由于两个技术基板不接触，也有助于减少设置于基板上各功率组件相互间的干扰。

再进一步，各功率组件基于现有技术中的绝缘封装材料封装成一个整体，且各所述金属基板A11设置有高压驱动电路A14的一面被密封。

本实用新型实施例提供一种智能功率模块，将金属基板A11分开设置并进行封装，与现有功率模块相比，需要封装多个数量的功率组件情况下，具有更小的长度，能有效降低模块的弯曲和翘曲。

在本实用新型任一上述具体实施例的基础上，提供一种智能功率模块，任意两个功率组件的金属基板A11互不接触。

其中，该实施例智能功率模块为了防止各电子元器件相互短路或产生一定的电磁干扰，保证各金属基板A11相互不接触。

在本实用新型任一上述具体实施例的基础上，提供一种智能功率模块，各所述金属基板A11没有设置电子元件的一面与空气接触。

其中，本实施例功率组件的金属基板A11包含两个面，一面设置有高压驱动电路A14，还包括绝缘层A12、电路布线层A13及功率元件，而另一面与空气接触，利于智能功率模块进行散热。

在本实用新型任一上述具体实施例的基础上，提供一种智能功率模块，包括两个功率组件；两个功率组件的金属基板A11平行，且各金属基板A11设置有电子元件的一面相对设置。

其中，本实施例功率组件的金属基板A11在平行，且设置有电子元件的一面相对设置的情况下最能减少智能功率模块的面积，且同时能够起到减少各元件间干扰、利于散热的有益效果。

在本实用新型任一上述具体实施例的基础上，如图3所示，提供一种智能功率模块，各功率组件之间设置有密封件，所述密封件为树脂密封件。

在本实用新型任一上述具体实施例的基础上，提供一种智能功率模块，如图4所示，空调集成电路中将压缩机IPM和风机IPM进行集成设置的具体实施例。

其中，智能功率模块100内包括两个功率组件为空调IPM和风机IPM，压缩机IPM包括铝基板103，风机IPM包括铝基板203，铝基板103和铝基板203平行，且两块铝基板设置有电子元件的一面相对设置。

压缩机IPM的铝基板103上设置有绝缘层104,绝缘层104上设置有电路布线层105，电路布线层105具有安装位，压缩机IPM的HVIC 108直接布置在铝基板103上，消除了压缩机IPM的HVIC 108与铝基板103之间的分布电容，消除了HVIC 108受到的干扰；压缩机IPM的IGBT 109和FRD 110设置在电路布线层105的相应安装位上，压缩机IPM的HVIC 108、IGBT109和FRD 110相互间通过金属线111和锡膏107连接，锡膏107上设置有阻焊层106。

风机IPM的铝基板203上设置有绝缘层204,绝缘层204上设置有电路布线层205，电路布线层205具有安装位，风机IPM的HVIC 208直接布置在铝基板203上，消除了风机IPM的HVIC 208与铝基板203之间的分布电容，消除了HVIC 208受到的干扰；风机IPM的IGBT 209和FRD 210设置在电路布线层205的相应安装位上，风机IPM的HVIC 208、IGBT 209和FRD210相互间通过金属线和锡膏连接，锡膏上设置有阻焊层。

本实施例智能功率模块还包括引脚101，所述引脚设置于各所述电路布线层上，且通过金属线与压缩机IPM和风机IPM的各电子元件电连接。

两个功率组件的铝基板103和铝基板203平行设置，且各铝基板设置有电子元件的一面相对设置。两铝基板间的电子元件被密封树脂102密封。

该实施例智能功率模块将压缩机IPM和风机IPM的功率元件分别分布于功率模块的两块金属基板上，且两块金属基板平行，且金属基板设置有电子元件的一面相对设置，两金属基板间的电子元件被密封树脂密封。该实施例有利于减小压缩机IPM和风机IPM之间的干扰，压缩机IPM和风机IPM分别从位于功率模块两面的两个金属基板散热，提高了模块的整体散热性能，增强可靠性。

在本实用新型任一上述具体实施例的基础上，提供一种设备，包括上述任一具体实施例所述的智能功率组件和/或智能功率模块。

其中，所述设备的种类并不作特殊限定，只要能够适用本实用新型各实施例中的智能功率组件和/或智能功率模块即可。智能功率组件和智能功率模块适用于驱动电机的变频器及各种逆变电源中，以实现变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动等功能。尤其适用于驱动空调、冰箱等压缩机的电机工作。在应用于变频空调中时，由于变频驱动大多数情况下其算法基本已经固化，为了节省体积、提高抗干扰能力、减轻外围电控版设计工作量，会将主控制器集成到一线路板上，形成智能功率模块。

相比于现有技术中的智能功率模块，本实用新型上述实施例的主要优点体现在如下几点。

首先，本实用新型实施例提出的高集成智能功率模块将高压驱动电路A14直接布置在金属基板A11上，消除了高压驱动电路A14与金属基板A11之间的分布电容，消除了高压驱动电路A14受到的干扰。

本实用新型实施例提出的高集成智能功率模块能够将压缩机IPM和风机IPM的功率元件分别分布于功率模块的两面，根据实验测试结果可最高降低30％热阻，从而能够减小功率元件温升。

本实用新型提实施例提出的功率模块有效降低压缩机IPM和风机IPM封装于一体后的信号干扰。

本实用新型实施例提出的智能功率模块与现有功率模块相比，对于需要封装相同数量的功率元件情况下，具有更小的长度，能有效降低模块的弯曲和翘曲。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种智能功率组件，其特征在于，包括一个金属基板和高压驱动电路，高压驱动电路设置在金属基板上，高压驱动电路与金属基板直接接触。

2.根据权利要求1所述的智能功率组件，其特征在于，智能功率组件还包括绝缘层、电路布线层及功率元件；

所述绝缘层设于所述金属基板上；

所述电路布线层形成于所述绝缘层的表面，所述电路布线层具有安装位；

所述功率元件和所述高压驱动电路，分别通过金属线与所述电路布线层上对应的安装位电连接。

3.根据权利要求2所述的智能功率组件，其特征在于，智能功率组件还包括引脚，所述引脚设置于所述电路布线层上；所述引脚通过金属线与所述功率元件和所述高压驱动电路电连接。

4.根据权利要求2或3所述的智能功率组件，其特征在于，所述高压驱动电路为高压栅极驱动器HVIC；所述功率元件为绝缘栅双极型晶体管或快恢复二极管。

5.一种智能功率模块，其特征在于，包括至少两个根据权利要求1-4任一所述智能功率组件：

任意两个智能功率组件的金属基板设置在不同平面内；

各智能功率组件被封装成一个整体，且各所述金属基板设置有高压驱动电路的一面被密封。

6.根据权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，任意两个智能功率组件的金属基板互不接触。

7.根据权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，各所述金属基板没有设置高压驱动电路的一面与空气接触。

8.根据权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，包括两个智能功率组件；两个智能功率组件的金属基板平行，且各金属基板设置有高压驱动电路的一面相对设置。

9.根据权利要求8所述的智能功率模块，其特征在于，一个智能功率组件为压缩机IPM，另一个智能功率组件为风机IPM。

10.一种电气设备，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的智能功率组件，或如权利5-9任一项所述的智能功率模块。

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