[实用新型]一种氮化镓芯片的三相全桥电路及智能功率模块

说明书

本实用新型提供一种氮化镓芯片的三相全桥电路及智能功率模块，该智能功率模块IPM内部的三相全桥电路包括6个功率开关器件和提供6个功率开关器件之间三相全桥电路连接走线的PCB板，所述6个功率开关器件采用至少一个氮化镓集成组芯片形成，所述至少一个氮化镓集成组芯片正装在所述PCB板上；每一个氮化镓集成组芯片的所有连接焊盘均位于远离所述PCB板的一面，且采用引线与所述PCB板上对应的焊盘焊接。本实用新型在IPM里使用GaN HEMT取代IGBT或MOS，在保持原有的生产线设备和工艺上，减少IPM的体积，降低IPM在SIP封装时的工艺复杂度，降低成本。

技术领域

本实用新型涉及IPM技术领域，特别是一种氮化镓芯片的三相全桥电路及智能功率模块。

背景技术

如图1A、图1B、图1C所示，智能功率模块(IPM，Intelligent Power Module)是把功率开关器件(主要是IGBT或MOS)和驱动组件、保护组件集成在一起。保护组件一般有过电压，过电流和过热等故障检测及保护组件，并可将检测信号送到MCU。IPM在各种电机驱动、变频器、逆变器、大功率电源等电力电子领域应用广泛。IPM内部一般集成有6 个或7个大功率开关器件，目前的大功率开关器件是IGBT(如图2B所示)或MOS(如图2A所示)。

图2B中示出的大功率开关器件为绝缘栅双极型晶体管(IGBT， Insulated GateBipolar Transistor)，IGBT属于电力电子中常用的一种功率开关器件，其电路符号如图3(a)所示，图3(b)示出了IGBT芯片的电极正面示意图，图3(c)示出了IGBT芯片电极反面示意图，在图3 (b)和图3(c)中示出了基极B、集电极C和发射极E。

图2A中示出的大功率开关器件为金属-氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，简称 MOS/MOS管，是电力电子中常用的功率开关器件。其电路符号如图4(a) 所示，图4(b)示出了MOS芯片的正面，图4(c)示出了MOS芯片的反面，如栅极G、漏极D和源极S。

另外，图2A和图2B中还使用到一个快速反向恢复二极管(FRD， Fast RecoveryDiode)，属于二极管中的一种，反向恢复速度快，广泛应用于功率处理电路。二极管的电路符号如图5(a)所示。每个硅功率开关器件都必须并联一个FRD。在IGBT使用中，在IGBT管的EC之间并联一个FRD是为了保护IGBT管不被较高的反向电压击穿，图5(b)和图5(c)为FRD芯片的正极P及和负极N极。

图6A示出了一种三相全桥的原理示意图，三相全桥又称三相全桥电路或三相全桥逆变或三相桥式逆变电路，即由2个功率开关管两两串联组成半桥，再把3对串联后功率管的部分电极连接在一起的方式。主要用于各种电机驱动、电源等，图2B中的IPM内部也包含此电路。

目前，IPM内部三相全桥电路使用的功率管都是IGBT或MOS管，根据用处的不同，内部集成有6个(组成三相全桥电路)或7个(一个用于PFC电路，6个用于三相全桥电路)功率开关管，同时每个功率开关管并联有快恢复的二极管(FRD)。在图6A和图6B中以MOS管为例，并联FRD的三相全桥电路。其中，MOS或IGBT的D极焊盘直接焊接在 PCB板上，FRD的N极(负极)也是直接焊接在PCB板上，通过PCB 板走线连接，而正面的其余电极焊盘，如MOS或IGBT的G极、S极和 FRD的P极，则通过引线绑定，连接到PCB板对应的焊盘上，从6B中可直接看出，6个MOS或IGBT组成的三相全桥电路的引线绑定数量至少需要18根引线才能完成线路的连接。

现有的IPM的缺陷如下：

IPM中一般都有6个或7个独立的大功率硅芯片作为开关器件，独立的驱动组件和保护组件组成，这样的硅IPM模块通常体积较大，容易产生寄生参数影响，能量转换效率和集成度低下，同时每个硅功率开关器件都必须并联一个FRD来组成IPM内部的三相全桥电路，从而增加 IPM的工艺复杂度和不稳定性。