[發(fā)明專利]用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的集成功率模塊和智能功率模塊

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710939982.4
• 申請(qǐng)日: 2017-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107742620A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李祥;吳美飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L23/31
• 分類號(hào): H01L23/31;H01L23/498;H01L23/495;H01L25/07;H01L27/02
• 代理公司: 北京成創(chuàng)同維知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11449
• 代理人: 蔡純,范芳茗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的集成功率模塊及智能功率模塊。

背景技術(shù)

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，可以采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路從直流電源產(chǎn)生三相的驅(qū)動(dòng)電壓，用于向三相電機(jī)供電。現(xiàn)有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括控制芯片、多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)芯片、以及由多個(gè)晶體管組成的全橋電路。隨著人們對(duì)于芯片高集成、小型化的需求，已經(jīng)將電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路形成集成功率模塊，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制和功率驅(qū)動(dòng)一體化。

圖1和2分別示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集成功率模塊的示意性電路圖和內(nèi)部透視圖。如圖1所示，現(xiàn)有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括電機(jī)控制專用芯片A1、第一至第三柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1至U3、以及第一至第三高側(cè)晶體管Q11、Q21和Q31、第一至第三低側(cè)晶體管Q12、Q22和Q32。電機(jī)控制專用芯片A1用于產(chǎn)生預(yù)定相位差的邏輯控制信號(hào)。第一柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1用于產(chǎn)生控制信號(hào)，用于控制串聯(lián)連接的第一高側(cè)晶體管Q11和第一低側(cè)晶體管Q12的導(dǎo)通狀態(tài)，在二者的中間節(jié)點(diǎn)U產(chǎn)生隨時(shí)間周期性變化的U相輸出信號(hào)。類似地，在第二高側(cè)晶體管Q21和第二低側(cè)晶體管Q22的中間節(jié)點(diǎn)V產(chǎn)生V相輸出信號(hào)，以及在第三高側(cè)晶體管Q31和第三低側(cè)晶體管Q32的中間節(jié)點(diǎn)W產(chǎn)生W相輸出信號(hào)。

柵極驅(qū)動(dòng)芯片如圖2所示，集成功率模塊100將控制芯片、柵極驅(qū)動(dòng)芯片和晶體管安裝在同一個(gè)引線框上。在集成功率模塊100中，第一至第三高側(cè)晶體管Q11、Q21、Q31和第一至第三低側(cè)晶體管Q12、Q22、Q32沿橫向并列設(shè)置于獨(dú)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(qū)動(dòng)芯片第一至第三柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1至U3和電機(jī)控制專用芯片A1的位置選擇大大占用了縱向空間，進(jìn)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(jìn)一步地，在集成功率模塊100中，第一至第三低側(cè)晶體管Q12、Q22、Q32的源極均連接至同一管腳PGND，在系統(tǒng)應(yīng)用上只能應(yīng)用于單電阻采樣，無(wú)法應(yīng)用擴(kuò)展或升級(jí)。

此外，集成功率模塊100中的芯片數(shù)量多達(dá)4個(gè)。芯片之間采用引線連接，因此，在集成功率模塊100內(nèi)部，引線數(shù)量多、亂、雜、長(zhǎng)，封裝時(shí)容易受到應(yīng)力發(fā)生引線彎曲、短路、塌陷、漏引線、引線斷裂等問(wèn)題，使得模塊生產(chǎn)的不良率增加，生產(chǎn)成本增高。高壓管腳與低壓管腳設(shè)置混亂，增加了外圍PCB走線的復(fù)雜程度。

此外，現(xiàn)有技術(shù)提供的集成功率模塊100中的柵極驅(qū)動(dòng)芯片第一至第三柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1至U3中包括自舉二極管，由于生產(chǎn)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(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)啟動(dòng)不良或變慢，影響系統(tǒng)性能。

進(jìn)一步地，該集成功率模塊100中的柵極驅(qū)動(dòng)芯片第一至第三柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1至U3沒(méi)有集成過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、FO報(bào)警等功能，使得該集成功率模塊100的布局設(shè)計(jì)無(wú)法用來(lái)重復(fù)封裝成不內(nèi)置電機(jī)控制專用芯片A1的集成功率模塊，如額外增加低壓柵極驅(qū)動(dòng)模塊，其管腳引線又會(huì)非常困難。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種集成功率模塊，其可在實(shí)現(xiàn)小體積封裝模塊的低成本、多管腳布局的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)大功率以及可擴(kuò)展功能的智能功率模塊。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的集成功率模塊，其特征在于，包括：引線框架，所述引線框架具有多個(gè)管芯墊和多個(gè)管腳；以及固定在所述多個(gè)管芯墊上的多個(gè)高側(cè)晶體管和多個(gè)低側(cè)晶體管、第一柵極驅(qū)動(dòng)芯片、第二柵極驅(qū)動(dòng)芯片和輔助模塊；其中，所述第一柵極驅(qū)動(dòng)芯片用于為所述多個(gè)高側(cè)晶體管提供柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述第二柵極驅(qū)動(dòng)芯片用于為所述多個(gè)低側(cè)晶體管提供柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且包括電機(jī)控制專用芯片的功能并且包括電機(jī)控制專用芯片的功能，所述輔助模塊布置在所述第一柵極驅(qū)動(dòng)芯片和所述第二柵極驅(qū)動(dòng)芯片之間。

優(yōu)選地，所述第二柵極驅(qū)動(dòng)芯片包括電機(jī)控制專用模塊和低壓柵極驅(qū)動(dòng)模塊，所述第二柵極驅(qū)動(dòng)芯片包括第一至第三組管腳，第一組管腳用于提供低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第二組管腳用于提供高側(cè)柵極控制信號(hào)、模擬信號(hào)和I/O信號(hào)，第三組管腳用于接收霍爾信號(hào)。

優(yōu)選地，所述電機(jī)控制專用模塊及經(jīng)由所述第二組管腳和所述第二柵極驅(qū)動(dòng)芯片外部的引線向所述第一柵極驅(qū)動(dòng)芯片提供高側(cè)柵極控制信號(hào)，經(jīng)由所述第三組管腳和所述第二柵極驅(qū)動(dòng)芯片外部的引線從所述集成功率模塊的外部獲取霍爾信號(hào)，以經(jīng)由所述第二柵極驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部的布線向所述低壓柵極驅(qū)動(dòng)模塊提供低側(cè)柵極控制信號(hào)。