专利名称：一种多路阀门驱动的vmos混膜集成芯片的制作方法
技术领域：
本发明用于航天推进领域，具体涉及驱动多路阀门的混膜集成芯片，以减小器件的体积和重量。
背景技术：
航天推进领域根据不同的应用有多种阀门，可分为推进剂的流量控制阀门和管路的压力控制阀门，各种阀门和不同推力的推力器组合，用于航天器的姿态控制和轨道调整，是航天器推进系统的重要组件。所有阀门的开关均通过推进分系统控制线路盒内的驱动功率管来实现。为了满足可靠性要求，驱动阀门的功率管采用并联或串联的冗余方式。阀门的路数越多，需要的功率管数量越大，而功率驱动管本身体积非常大，限制了单板中控制电路的数量，导致最终的产品体积庞大、重量重。然而，航天领域对产品的重量与体积都有着苛刻的要求，为了解决超大超重的问题，能驱动多路阀门的混膜集成芯片应运而生。此前未见国内外有类似或相关的报告。
发明内容
本发明的目的在于采用混合集成技术，将多个现有分立的功率驱动芯片内核做成串并联模式的专用芯片，驱动多路负载，从而减小驱动印刷线路板的体积及重量，增加单板可容纳的控制回路总数，减小航天器的体积和重量。本发明提供的方案是用VMOS芯片的内核串并联作为一路负载(阀门)的输出，一个混膜集成芯片可驱动4路负载，根据驱动负载的功率大小不同，集成了两款不同的芯片，其中，VMOS为具有垂直沟道的绝缘栅型场效应管。根据本发明的一个方面，提供一种多路阀门驱动的VMOS混膜集成芯片，其包括多组功率开关，每一组功率开关作为一路阀门的输出，其中:所述功率开关包括第一功率MOS管V1、第二功率MOS管V2、第三功率MOS管V3、第四功率MOS管V4，所述第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2串联而成的左桥臂作为第一上下桥臂驱动端，所述第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4串联而成的右桥臂作为第二上下桥臂驱动端，所述左桥臂与右桥臂并联。优选地，当第一功率MOS管Vl的端口 A01、第二功率MOS管V2的端口 A02为高电平，而第三功率MOS管V3的端口 A03、第四功率MOS管V4的端口 A04为低电平时，第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2导通，第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4截止，即该组功率开关的左桥臂导通；当第三功率MOS管V3的端口 A03、第四功率MOS管V4的端口 A04为高电平，而第一功率MOS管Vl的端口 AOl、第二功率MOS管V2的端口 A02为低电平时，第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2截止，第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4导通，即该组功率开关的右桥臂导通；第一功率MOS管Vl的端口 A01、第二功率MOS管V2的端口 A02、第三功率MOS管V3的端口 A03和第四功率MOS管V4的端口 A04全为高电平时，该组功率开关的左桥臂、右桥臂均导通。优选地，其外壳采用10#钢。优选地，单路最大工作电流为4.5A。优选地，其外壳采用可伐铬金。优选地，单路最大工作电流为3A。优选地，二次电源电压为+5V、+12V，功率电源电压为+28V。优选地，功率开关的组数为4组，分别驱动4路负载。比如推进线路盒中，单块模块设计为驱动7路电磁阀和4路自锁阀，尺寸234mmX 234mm,固封后单模块重量1.015kg。而同样尺寸234mm*234mm的板子，可以放9个HG9401A,或者24个HG9401B。其中HG9401B驱动自锁阀，而自锁阀的开关分别控制，故一个HG9401B控制2个自锁阀的状态。就是说该板子可以驱动9路电磁阀和12路自锁阀，明显减少了板子的用量。上文中提到的7个电磁阀和4个自锁阀只需用2片HG9401A和2片HG9401B即可实现。从以上分析可知，使用混膜集成芯片方案大大缩减了分立元器件的使用个数，精简了 PCB板的尺寸和整体器件的重量，非常符合航天产业的要求。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果:首先，实现了单芯片的多路阀门驱动；其次，实现了整器的减重减小体积的要求；再次，减少了板极线的内部互连，精简了板级布线设计；最后，芯片内部的电路是成熟电路，使得该芯片简洁可靠，该芯片将在航天领域具有重大的意义。
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1为单路阀门驱动示意图。图2是根据本发明的一个实施例的集成芯片的俯视图。图3是根据本发明的另一个实施例的集成芯片的俯视图。图4是根据本发明的一个实施例的集成芯片管脚分布图。图5是根据本发明的另一个实施例的集成芯片管脚分布图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。根据以往分立元器件的经验，选用IR公司的军品器件die作为功率器件，TI的⑶40109 die为电平转换芯片。导电采用Au浆料和PdAg浆料，用Φ25 μ m金丝和铝丝键合内引线，用Φ25μπι金丝和镀银铜丝键合外引线，最大电流在19Α以上。集成芯片以陶瓷作为基板，保证良好的绝缘、导热和散热，而且耐高温。线路上的电阻也是用导电浆料，并采用激光调阻，可以达到较准确的阻值。片内的16个功率器件是最主要的发热源，要均匀分布不至于局部过热。每路阀门控制都有独立的电源、地、使能。参见图4和图5的管脚分布图。通过对HG9401A和HG9401B两种芯片的特性分析，HG9401A的逻辑控制比较复杂，整个电路的功耗大。因此，四路逻辑控制电平的有序性、准确性和电路的热设计将成为整个电路的关键设计特性。在优选例中，选用便于散热安装的代双侧安装孔的功率金属管壳UPP6737 — 24 ；采用混合厚膜工艺对该电路进行二次集成，即使用通用的厚膜成膜，金丝和铝丝健合等常规厚膜工艺。为使整个电路散热均匀，版图设计时使功率芯片分开均匀布置，以防止热集中；为使功率芯片产生的热量快速传递至基片、使基片热量快速传递至金属外壳，功率芯片与基片、基片与外壳之间均采用锡焊工艺。在封装方面，该电路采用了金属外壳充氮全气密性平行缝焊封装，以确保电路封装的高可靠性。电路通过工艺摸底试验验证了其工艺可行性。HG9401B的逻辑控制也较复杂，但由于用于脉冲式控制自锁阀的开、关工作，电路的整个功率较小，属于小功率电路，采用双列直插式32引线晋书外壳全气密性封装结构形式，能够满足电路的散热要求。在EMC设计方面，两种模块均设置了管壳屏蔽地(GNDS)，能有效地保护电路遭受外部电磁环境的影响。同时，电路内部的功率地与二次电源地独立布线，防止电源间的相互影响及强电流对控制信号的影响。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种多路阀门驱动的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，其包括多组功率开关，每一组功率开关作为一路阀门的输出，其中:所述功率开关包括第一功率MOS管V1、第二功率MOS管V2、第三功率MOS管V3、第四功率MOS管V4，所述第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2串联而成的左桥臂作为第一上下桥臂驱动端，所述第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4串联而成的右桥臂作为第二上下桥臂驱动端，所述左桥臂与右桥臂并联。
2.根据权利要求1所述的多路阀门驱动的VMOS混膜集成芯片，其特征在于， 当第一功率MOS管Vl的端口 AOl、第二功率MOS管V2的端口 A02为高电平，而第三功率MOS管V3的端口 A03、第四功率MOS管V4的端口 A04为低电平时，第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2导通，第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4截止，即该组功率开关的左桥臂导通； 当第三功率MOS管V3的端口 A03、第四功率MOS管V4的端口 A04为高电平，而第一功率MOS管Vl的端口 AOl、第二功率MOS管V2的端口 A02为低电平时，第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2截止，第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4导通，即该组功率开关的右桥臂导通； 第一功率MOS管Vl的端口 AOl、第二功率MOS管V2的端口 A02、第三功率MOS管V3的端口 A03和第四功率MOS管V4的端口 A04全为高电平时，该组功率开关的左桥臂、右桥臂均导通。
3.根据权利要求1或2所述的多路阀门驱动的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，其外壳采用10#钢。
4.根据权利要求3所述的多路阀门驱动的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，单路最大工作电流为4.5A。
5.根据权利要求1或2所述的多路阀门驱动的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，其外壳米用可伐铬金。
6.根据权利要求5所述的多路阀门驱动的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，单路最大工作电流为3A。
7.根据权利要求1或2所述的多路阀门驱动的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，二次电源电压为+5V、+12V，功率电源电压为+28V。
8.根据权利要求1或2所述的多路阀门驱动的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，功率开关的组数为4组，分别驱动4路负载。
全文摘要
本发明提供一种多路阀门驱动的VMOS混膜集成芯片，其包括多组功率开关，每一组功率开关作为一路阀门的输出，所述功率开关包括第一功率MOS管V1、第二功率MOS管V2、第三功率MOS管V3、第四功率MOS管V4，V1和V2串联而成的左桥臂作为第一上下桥臂驱动端，V3和V4串联而成的右桥臂作为第二上下桥臂驱动端，所述左桥臂与右桥臂并联。本发明实现了单芯片的多路阀门驱动和整器的减重减小体积的要求求，减少了板极线的内部互连，精简了板级布线设计并且芯片简洁可靠，该芯片将在航天领域具有重大的意义。
文档编号H01L25/07GK103151342SQ20131004580
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者黄柳莺, 范晓琳, 张毅, 李奕辉, 王睿 申请人:上海空间推进研究所