[發明專利]用于電機驅動的集成功率模塊和智能功率模塊

在審

• 申請號: 201710920140.4
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107658283A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 吳美飛;程宇;徐暉;李祥
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: H01L23/48
• 分類號: H01L23/48;H01L23/495;H01L25/16
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司11449
• 代理人: 蔡純,張靖琳

技術領域

本發明涉及集成半導體技術領域，更具體地，涉及一種用于電機驅動的集成功率模塊及智能功率模塊。

背景技術

在電機驅動應用中，可以采用電機驅動電路從直流電源產生三相的驅動電壓，用于向三相電機供電。現有的電機驅動電路包括控制芯片、多個柵極驅動芯片、以及由多個晶體管組成的全橋電路。隨著人們對于芯片高集成、小型化的需求，已經將電機驅動電路形成集成功率模塊，以實現電機控制和功率驅動一體化。

圖1和2分別示出根據現有技術的集成功率模塊的示意性電路圖和內部透視圖。如圖1所示，現有的電機驅動電路包括電機控制專用芯片A1、第一至第三柵極驅動芯片U1至U3、以及第一至第三高側晶體管Q11、Q21和Q31、第一至第三低側晶體管Q12、Q22和Q32。電機控制專用芯片A1用于產生預定相位差的邏輯控制信號。第一柵極驅動芯片U1用于產生控制信號，用于控制串聯連接的第一高側晶體管Q11和第一低側晶體管Q12的導通狀態，在二者的中間節點U產生隨時間周期性變化的U相輸出信號。類似地，在第二高側晶體管Q21和第二低側晶體管Q22的中間節點V產生V相輸出信號，以及在第三高側晶體管Q31和第三低側晶體管Q32的中間節點W產生W相輸出信號。

柵極驅動芯片如圖2所示，集成功率模塊100將控制芯片、柵極驅動芯片和晶體管安裝在同一個引線框上。在集成功率模塊100中，第一至第三高側晶體管Q11、Q21、Q31和第一至第三低側晶體管Q12、Q22、Q32沿橫向并列設置于獨立的焊芯墊上。由于焊芯墊之間需要留有安全距離，晶體管橫向上的尺寸受到限制。柵極驅動芯片第一至第三柵極驅動芯片U1至U3和電機控制專用芯片A1的位置選擇大大占用了縱向空間，進一步使得晶體管縱向的尺寸也受到了限制。由于晶體管的尺寸受到限制，因此集成功率模塊100的輸出功率也受到限制。進一步地，在集成功率模塊100中，第一至第三低側晶體管Q12、Q22、Q32的源極均連接至同一管腳PGND，在系統應用上只能應用于單電阻采樣，無法應用擴展或升級。

此外，集成功率模塊100中的芯片數量多達4個。芯片之間采用引線連接，因此，在集成功率模塊100內部，引線數量多、亂、雜、長，封裝時容易受到應力發生引線彎曲、短路、塌陷、漏引線、引線斷裂等問題，使得模塊生產的不良率增加，生產成本增高。高壓管腳與低壓管腳設置混亂，增加了外圍PCB走線的復雜程度。

此外，現有技術提供的集成功率模塊100中的柵極驅動芯片第一至第三柵極驅動芯片U1至U3中包括自舉二極管，由于生產工藝的限制，自舉電阻的阻值在300Ω左右，高于一般模塊十幾倍，可能會導致系統啟動不良或變慢，影響系統性能。

進一步地，該集成功率模塊100中的柵極驅動芯片第一至第三柵極驅動芯片U1至U3沒有集成過流保護、過溫保護、FO報警等功能，使得該集成功率模塊100的布局設計無法用來重復封裝成不內置電機控制專用芯片A1的集成功率模塊，如額外增加低壓柵極驅動模塊，其管腳引線又會非常困難。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的在于提供一種集成功率模塊，其可在實現小體積封裝模塊的低成本、多管腳布局的基礎上實現大功率以及可擴展功能的智能功率模塊。

根據本發明的第一方面，提供一種用于電機驅動的集成功率模塊，包括：引線框架，所述引線框架具有多個管芯墊和多個管腳；以及固定在所述多個管芯墊上的多個高側晶體管和多個低側晶體管、第一柵極驅動芯片、第二柵極驅動芯片和第一輔助模塊；其中，所述第一柵極驅動芯片用于為所述多個高側晶體管提供柵極驅動信號，所述第二柵極驅動芯片用于為所述多個低側晶體管提供柵極驅動信號，所述第一輔助模塊用于橋接所述第二柵極驅動芯片和所述多個低側晶體管中的至少一個晶體管之間的引線。

優選地，所述多個高側晶體管固定在公共的管芯墊上，所述多個低側晶體管分別固定在各自的管芯墊上。

優選地，還包括高壓帶，所述高壓帶接收高側驅動供電電壓，并且圍繞所述多個高側晶體管。

優選地，所述高壓帶將所述多個高側晶體管與所述多個低側晶體管、所述第一柵極驅動芯片、所述第二柵極驅動芯片和所述第一輔助模塊彼此隔開。