高集成功率模块和电器的制作方法

本发明涉及电器制造领域，具体而言，本发明涉及高集成功率模块和电器。

背景技术：

智能功率模块(ipm，intelligentpowermodule)是一种先进的功率开关器件，本质上是集成了功率器件及其驱动电路芯片的模块；智能功率模块在能源管理领域可起到其他集成电路难以企及的重要作用，器件性能直接影响能源系统的利用效率。智能功率模块以绝缘栅双极型晶体管(igbt)为内核，由高速低功耗管芯、优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。功率模块内的绝缘栅双极型晶体管的管芯一般选用高速型的，而且驱动电路紧靠绝缘栅双极型晶体管，驱动延时小，所以功率模块开关速度快、损耗小。

然而，目前的功率模块及电器仍有待改进。

技术实现要素：

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现提出的：

空调的耗电量约占常用家电总耗电量的60％，如果将定频空调全部换成变频空调，整体效能将提高30％，而ipm是变频空调的核心器件。变频空调室外电控板包括整流桥、功率因数校正器件(pfc开关)、压缩机ipm、风机ipm四种功率器件。

现有技术中，变频空调室外电控的这四种功率器件各自插针式安装在pcb板上，然后用同一块散热器(翅片)进行集中散热。这种分立设置的整流桥、pfc开关、压缩机ipm和风机ipm设计使得室外电控的体积较大，并且成本也较高。然而，如果将整流桥、pfc开关、压缩机ipm和风机ipm集成在同一个模块中，又容易导致模块功率密度过高、发热严重致使模块失效的问题，进而影响模块的长期使用可靠性。

本发明旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中的至少一个。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种高集成功率模块。根据本发明的实施例，该高集成功率模块包括：基板，所述基板沿长度方向从左到右依次包括第一区域、第二区域和第三区域；整流桥、功率因数校正器件和智能功率模块，其中，所述整流桥设置在所述第一区域内，所述功率因数校正器件设置在所述第二区域内，所述智能功率模块设置在所述第三区域内；所述整流桥与所述功率因数校正器件电连接，所述功率因数校正器件与所述智能功率模块电连接。

由此，根据本发明实施例的高集成功率模块将高功耗的功率因数校正器件设置在基板的中间区域，有利于功率因数校正器件将发出的热量均匀地传给散热基板，减小散热基板的温场不均匀性，加快散热基板与外界之间的热交换，进而有利于降低高集成功率模块内部的最高温度，增加模块的可靠性和寿命。与此同时，通过将整流桥和智能功率模块分别设置在功率因数校正器件的两侧，有利于减小功率因数校正器件对整流桥和智能功率模块的温度冲击，进而提高高集成功率模块内部驱动芯片的可靠性和寿命。由此，本发明的高集成功率模块将整流桥、功率因数校正器件和智能功率模块集成设置在一块基板上，并通过优化各构件的布局，有效提高了高集成功率模块的散热性能，确保了模块驱动电路的稳定性，使模块具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

另外，根据本发明上述实施例的高集成功率模块还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述整流桥包括多个二极管，且各个所述二极管在所述第一区域内分散设置。由此，可进一步有利于整流桥内各个二极管的散热，从而提高高集成功率模块的可靠性和稳定性。

在本发明的一些实施例中，所述功率因数校正器件(pfc开关)包括功率因数校正开关管(pfc开关管)和多个二极管，且所述功率因数校正开关管与所述二极管间隔设置。由此，可进一步有利于功率因数校正器件中功率因数校正开关管的散热，从而提高高集成功率模块的可靠性和稳定性。

在本发明的一些实施例中，所述智能功率模块包括压缩机智能功率模块(压缩机ipm)和风机智能功率模块(风机ipm)。

在本发明的一些实施例中，所述压缩机智能功率模块包括多个压缩机智能功率模块开关管、多个二极管和智能功率模块驱动(pfc、压缩机ipm驱动)；所述压缩机智能功率模块包括相连的第一水平段和第二水平段，且所述第一水平段和第二水平段内均设置有所述压缩机智能功率模块开关管和所述二极管。由此，可进一步有利于压缩机智能功率模块中各个构件的散热，从而提高高集成功率模块的可靠性和稳定性。

在本发明的一些实施例中，在所述第一水平段和所述第二水平段内，所述压缩机智能功率模块开关管位于所述二极管的下方。

在本发明的一些实施例中，所述风机智能功率模块包括多个逆导型绝缘栅双极型晶体管(逆导igbt)和风机智能功率模块驱动(风机ipm驱动)。

在本发明的一些实施例中，所述风机智能功率模块驱动与所述智能功率模块驱动邻近设置。由此，可进一步有利于高集成功率模块中布线的简洁，减小干扰，从而提高风机智能功率模块和压缩机智能功率模块的可靠性和稳定。

在本发明的一些实施例中，所述多个逆导型绝缘栅双极型晶体管围绕所述风机智能功率模块驱动设置。由此，可进一步有利于高集成功率模块中布线的简洁，减小干扰，从而提高风机智能功率模块的可靠性和稳定。

在本发明的一些实施例中，所述高集成功率模块进一步包括：外部电感，所述外部电感设置在所述整流桥和所述功率因数校正器件之间；外部电容，所述外部电容设置在所述功率因数校正器件和所述智能功率模块之间。由此，可进一步有利于减小高集成功率模块的体积。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种电器。根据本发明的实施例，该电器包括上述实施例的高集成功率模块。根据本发明实施例的电器通过采用上述实施例的高集成功率模块，可有效减小功率模块的空间占用，且具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

在本发明的一些实施例中，上述电器可以为空调、洗衣机、冰箱或电磁炉。空调、洗衣机、冰箱或电磁炉中通过采用上述实施例的高集成功率模块，可有效减小功率模块的空间占用，且具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的高集成功率模块的结构示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的高集成功率模块的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的高集成功率模块中各器件的分布示意图；

图4是根据本发明一个实施例的高集成功率模块中各器件的电气连接关系图。

附图标记：

100：基板；110：第一区域；120：第二区域；130：第三区域；

10：整流桥；11：二极管；12：二极管；13：二极管；14：二极管；

20：功率因数校正器件(pfc开关)；21：开关管；22：二极管；23：二极管；

30：智能功率模块(ipm)；

300：压缩机智能功率模块(压缩机ipm)；311：开关管；312：开关管；313：开关管；314：开关管；315：开关管；316：开关管；321：二极管；322：二极管；323：二极管；324：二极管；325：二极管；326：二极管；33：智能功率模块驱动(pfc、压缩机ipm驱动)；310：第一水平段；320：第二水平段；

400：风机智能功率模块(风机ipm)；411：逆导型绝缘栅双极型晶体管(逆导igbt)；412：逆导igbt；413：逆导igbt；414：逆导igbt；415：逆导igbt；416：逆导igbt；42：风机智能功率模块驱动(风机ipm驱动)。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

发明人在对电器ipm的研究中发现，变频空调室外电控板包括整流桥、功率因数校正器件(pfc开关)、压缩机ipm、风机ipm四种功率器件。现有技术中，变频空调室外电控的这四种功率器件各自插针式安装在pcb板上，然后用同一块散热器(翅片)进行集中散热。这种分立设置的整流桥、pfc开关、压缩机ipm和风机ipm设计使得室外电控的体积较大，并且成本也较高。而现有技术无法实现将分立的整流桥、pfc开关、压缩机ipm和风机ipm集成在同一个模块中，这主要是由于将这四周功率器件集成后容易导致模块功率密度过高、发热严重致使模块失效的问题，进而影响模块的长期使用可靠性。

鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出一种高集成功率模块。根据本发明的实施例，参考图1，该高集成功率模块包括：基板100、整流桥10、功率因数校正器件20和智能功率模块30。其中，基板100沿长度方向从左到右依次包括第一区域110、第二区域120和第三区域130；整流桥10设置在第一区域110，功率因数校正器件20设置在第二区域120，智能功率30设置在第三区域130；整流桥10与功率因数校正器件20电连接，功率因数校正器件20与智能功率模块30电连接。

由此，根据本发明实施例的高集成功率模块将高功耗的功率因数校正器件设置在基板的中间区域，有利于功率因数校正器件将发出的热量均匀地传给散热基板，减小散热基板的温场不均匀性，加快散热基板与外界之间的热交换，进而有利于降低高集成功率模块内部的最高温度，增加模块的可靠性和寿命。与此同时，通过将整流桥和智能功率模块分别设置在功率因数校正器件的两侧，有利于减小功率因数校正器件对整流桥和智能功率模块的温度冲击，进而提高高集成功率模块内部驱动芯片的可靠性和寿命。由此，本发明的高集成功率模块将整流桥、功率因数校正器件和智能功率模块集成设置在一块基板上，并通过优化各构件的布局，有效提高了高集成功率模块的散热性能，确保了模块驱动电路的稳定性，使模块具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

下面参考图1～4进一步对根据本发明实施例的高集成功率模块进行详细描述：

根据本发明的实施例，基板100具体材料并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本发明的具体示例，为了进一步提高基板100的散热性能，基板100可以采用陶瓷基板或者带有绝缘层的金属基板(例如铝基板或铜基板等)，其中，绝缘层可采用70～150μm厚的常见高热导率材料，从而可以进一步有利于基板上各器件的散热，从而保证模块整体的稳定性和使用寿命。与此同时，基板上的各器件可以采用裸芯片，并通过基板上适配的铜布线、外部金属绑线实现电连接，由此，可以进一步有利于基板上各器件的散热，从而保证模块整体的稳定性和使用寿命。

根据本发明的实施例，整流桥10包括多个二极管，且各个二极管在第一区域内分散设置。如图3所示，整流桥10包括二极管11、二极管12、二极管13和二极管14，且二极管11、二极管12、二极管13和二极管14在基板100的第一区域110内分散设置。整流桥10中各个二极管的设置位置分散，更利于散热，使整流桥中各元件的稳定性更佳，从而提高高集成功率模块整体的可靠性和稳定性。

根据本发明的实施例，功率因数校正器件20包括功率因数校正开关管和多个二极管，且功率因数校正开关管与二极管间隔设置。如图3所示，功率因数校正器件20包括功率因数校正开关管21、二极管22和二极管23，且功率因数校正开关管21设置在二极管22和二极管23之间。由此，可进一步有利于功率因数校正器件中功率因数校正开关管的散热，减小其对散热基板上其他器件的温度冲击，从而提高高集成功率模块整体的可靠性和稳定性。在一些实施例中，功率因数校正开关管21为绝缘栅双极型晶体管(igbt管)，二极管22为快速恢复二极管。

根据本发明的实施例，参考图2，智能功率模块30包括压缩机智能功率模块300和风机智能功率模块400。本发明的高集成智能功率模块在将压缩机智能功率模块300和风机智能功率模块400集成在同一散热基板上以减小占用空间的同时，通过优化各构件布局，显著提高了模块的散热能力，从而保证了模块整体的稳定性和使用寿命。

根据本发明的实施例，压缩机智能功率模块300包括多个压缩机智能功率模块开关管、多个二极管和智能功率模块驱动。如图3所示，压缩机智能功率模块300包括开关管311、开关管312、开关管313、开关管314、开关管315、开关管316、二极管321、二极管322、二极管323、二极管324、二极管325、二极管326和智能功率模块驱动33(智能功率模块驱动33集成了pfc和压缩机ipm驱动)。同时，压缩机智能功率模块300包括相连的第一水平段310和第二水平段320，且第一水平段310和第二水平段320内均设置有压缩机智能功率模块开关管和二极管。由此，压缩机智能功率模块中的各个开关管和二极管分布于相对远离的第一水平段310和第二水平段320，可进一步有利于压缩机智能功率模块中各个构件的散热，从而提高高集成功率模块的可靠性和稳定性。在一些实施例中，开关管311～316为igbt管，二极管321～326为快速恢复二极管。

根据本发明的实施例，如图3所示，在第一水平段310和第二水平段320内，压缩机智能功率模块开关管位于二极管的下方。具体的，在第一水平段310内，开关管311～313位于二极管321～323的下方；在第一水平段320内，开关管314～316位于二极管324～326的下方。由此，可进一步有利于压缩机智能功率模块中各个构件的散热，从而提高高集成功率模块的可靠性和稳定性。

根据本发明的实施例，风机智能功率模块400包括多个逆导型绝缘栅双极型晶体管(逆导igbt)和风机智能功率模块驱动(风机ipm驱动)。如图3所示，风机智能功率模块包括逆导igbt411、逆导igbt412、逆导igbt413、逆导igbt414、逆导igbt415、逆导igbt416和风机ipm驱动42。根据本发明的实施例，风机ipm驱动42与pfc、压缩机ipm驱动33可邻近设置。由于风机ipm和压缩机ipm的强电输入端相连，因此将二者邻近设置，有利于高集成功率模块的强电布线简洁，减小干扰，从而提高模块的稳定性和寿命。

根据本发明的实施例，如图3所示，风机ipm驱动42可与pfc、压缩机ipm驱动33邻近设置。在一些实施例中，风机ipm驱动42与pfc、压缩机ipm驱动33均需要15v供电以及外部输入的pwm信号，因此设置风机ipm驱动42与pfc、压缩机ipm驱动33相邻，有利于弱电布线简洁，减小干扰，从而提高模块的稳定性和寿命。

根据本发明的实施例，如图3所示，多个逆导型绝缘栅双极型晶体管可围绕风机智能功率模块驱动42设置，即逆导igbt411～416围绕风机ipm驱动42分布。由此，可进一步有利于高集成功率模块中布线的简洁，减小干扰，从而提高风机智能功率模块的可靠性和稳定。

根据本发明的实施例，本发明的高集成功率模块电气连接如图4。如图4所示，本发明的高集成功率模块可包括外部电感500和外部电容600。其中，外部电感500设置在整流桥和功率因数校正器件之间；外部电容600设置在功率因数校正器件和智能功率模块之间。由此，可进一步有利于减小高集成功率模块的体积。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种电器。根据本发明的实施例，该电器包括上述实施例的高集成功率模块。根据本发明实施例的电器通过采用上述实施例的高集成功率模块，可有效减小功率模块的空间占用，且具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

在本发明的一些实施例中，上述电器可以为空调、洗衣机、冰箱或电磁炉。空调、洗衣机、冰箱或电磁炉中通过采用上述实施例的高集成功率模块，可有效减小功率模块的空间占用，且具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

需要说明的是，前文针对高集成功率模块所描述的特征和优点同样适用于上述电器，在此不再一一赘述。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例

高集成功率模块内部器件的分布示意图如图3所示、各器件之间的气连接关系如图4所示。高集成功率模块包含制作于同一散热基板上的整流桥、pfc开关、压缩机ipm和风机ipm。其中，整流桥包括二极管11～14。pfc开关包括igbt管21，快速恢复二极管22和二极管23。压缩机ipm包括igbt管311～316，快速恢复二极管321～326，pfc、压缩机ipm驱动33。风机ipm包括逆导igbt411～416，风机ipm驱动42。

本功率模块的pfc开关分布在功率模块的中间区域。由于在功率模块中，pfc开关通过的电流大、发热量高，因此将pfc开关设置在功率模块的中间区域，有利于pfc开关将发出的热量均匀地传给散热基板，减小散热基板的温场不均匀性，加快散热基板与外界之间的热交换，进而有利于降低本功率模块内部的最高温度，增加模块的可靠性和寿命。

本功率模块的整流桥分布在pfc开关的一侧，压缩机ipm分布在pfc开关的另一侧；压缩机ipm的开关管311～316、二极管321～326与pfc开关相邻，pfc、压缩机ipm驱动33与pfc开关之间间隔开关管311～316、二极管321～326。这有利于减小pfc开关对pfc、压缩机ipm驱动33的温度冲击，进而提升功率模块内部驱动芯片的可靠性。

本功率模块的风机ipm与压缩机ipm邻近，具体为风机ipm驱动42与pfc、压缩机ipm驱动33相邻，逆导igbt411～416围绕风机ipm驱动42分布。由于风机ipm、压缩机ipm的强电输入端相连，因此将风机ipm与压缩机ipm邻近设置，有利于功率模块的强电布线简洁，减小干扰。另外，风机ipm驱动42与pfc、压缩机ipm驱动33均需要15v供电，以及外部输入的pwm信号，因此设置风机ipm驱动42与pfc、压缩机ipm驱动33相邻，有利于弱电布线简洁，减小干扰。逆导igbt411～416围绕风机ipm驱动42分布，有利于缩短风机ipm驱动42与逆导igbt411～416的栅极之间的布线，进而提高逆导igbt411～416栅极可靠性。

综上所述，本发明的功率模块设计，有利于提高模块的散热能力，确保模块驱动电路的稳定性，以及简化模块布线、减小电路之间的干扰。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。