一种功率模块及电路系统的制作方法

本实用新型涉及电子器件技术领域，特别地涉及一种功率模块及电路系统。

背景技术：

随着半导体器件技术的发展，智能功率模块的集成度越来越高，外围电路也越来越简单。与传统分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种理想电力电子器件。

图1为现有技术的功率模块的结构框图，图2为现有技术的功率模块的电路图。参照图1以及图2，目前现有的智能功率模块一般都是在外围驱动电路中使用一个或者三个采样电阻进行电流采集，普遍存在采样不准确的问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种功率模块，通过将采样电阻集成于功率模块内部，可有效地降低线路寄生参数，因此使得采样更加准确。

本实用新型的提供的功率模块，其内部集成有用于采集母线电流的采样电阻。

在一个实施例中，所述功率模块还包括芯片单元，所述采样电阻与所述芯片单元电连接。

在一个实施例中，所述采样电阻包括晶圆电阻。

在一个实施例中，所述功率模块包括引线框架，所述晶圆电阻设置于所述引线框架上且与所述引线框架电连接，所述引线框架与所述芯片单元电连接。

在一个实施例中，所述晶圆电阻通过锡膏焊接于所述引线框架上。

在一个实施例中，所述引线框架包括用于承载所述晶圆电阻的支撑框架以及用于连接外部电路的引脚，所述支撑框架与所述芯片单元电连接。

在一个实施例中，所述支撑框架通过锡膏、锡线或纳米银与所述芯片单元进行焊接。

在一个实施例中，所述功率模块还包括引出脚，所述晶圆电阻与所述引出脚通过引线相连。

在一个实施例中，所述芯片单元包括igbt芯片，所述采样电阻与所述igbt芯片电连接。

在一个实施例中，所述芯片单元包括三个不同的igbt芯片，每个所述igbt芯片发射极输出端分别电连接有与之相匹配的所述采样电阻。

本实用新型还提供了一种电路系统，所述电路系统包括上述的功率模块。

本实用新型提供的功率模块，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

本实用新型提供的功率模块，通过将采样电阻集成于功率模块内部，简化外围电路，减小电路面积，使其构成集成度更高的模块，有效地减小导线长度，使得电路寄生参数更小，采样精度更高；同时，减小外部走线引起的杂散电感或者其他参数，影响采样准确性，减小外部其他信号的干扰。

本实用新型提供的电路系统，由于包括上述的功率模块，因此也具备有上述的有益效果。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。

图1为现有技术的功率模块的结构框图；

图2为现有技术的功率模块的电路图；

图3为本申请提供的功率模块的结构框图；

图4为本申请提供的功率模块的电路图；

图5为本申请提供的功率模块的采样电阻内部集成侧视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

附图标记：

10-功率模块；100-绝缘部；110-圆弧槽；

210-驱动芯片；213-lvic下桥驱动芯片；215-hvic上桥驱动芯片；

230-功率芯片；231-igbt芯片；233-frd芯片；

235-键合线；310-采样电阻；320-引线框架；

322-支撑框架；324-引脚；400-引出脚。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

图3为本申请提供的功率模块的结构框图，图4为本申请提供的功率模块的电路图，图5为本申请提供的功率模块的采样电阻内部集成侧视图。请参照图3至图5，本实用新型的功率模块10，其内部集成有用于采集母线电流的采样电阻310。本实用新型提供的功率模块10，通过将采样电阻310集成于功率模块10内部，使其构成集成度更高的模块，有效地减小导线长度，使得电路寄生参数更小，采样精度更高；同时，减小外部走线引起的杂散电感或者其他参数，影响采样准确性，减小外部其他信号的干扰。

在一个例子中，功率模块10包括芯片单元采样电阻310与芯片单元电连接。将采样电阻310与芯片单元电连接，可使得流经芯片单元的电流流过采样电阻310，在采样电阻310两端产生压降，便于外部电路测得采样电阻310上的电压信号，通过监控采样电阻310上的压降即可计算出实际电流大小，进而对ipm的实际情况进行监控和保护。采样电阻310设置于功率模块10内部，简化外围电路，减小电路面积，使其构成集成度更高的模块，有效地减小导线长度，使得电路寄生参数更小，采样精度更高；同时，减小外部走线引起的杂散电感或者其他参数，影响采样准确性，减小外部其他信号的干扰。

需要说明的，智能功率模块10(ipm)是intelligentpowermodule的缩写，智能功率模块10是一种功率开关器件，ipm内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便，不仅减小了系统的体积以及开发时间，也大大增强了系统的可靠性，在电力电子领域得到了越来越广泛的应用。

还需要说明的，线路寄生参数，由于高频条件下，变换器中的各元器件都存在一定的寄生参数，这些参数相互作用，将引起一系列复杂的电路工作模态变化过程，使电路的运行速度变慢，改变频率的响应，这时产生的能量损耗也被称为寄生损耗。降低线路寄生参数，可有效地提高采样精度。经研究，减小导线长度，可有效地降低线路寄生参数；同时，将采样电阻310设置于功率模块10内部，可有效地减小外部走线引起的杂散电感或者其他参数，影响采样准确性，减小外部其他信号的干扰。

在一个例子中，采样电阻310包括晶圆电阻。需要说明的，晶圆电阻的英文全名为metalelectrodeleadlessfaceresistor，简称melfresistor。中文名称也叫做无引脚电阻，或是无脚电阻。需要说明的，这里并不对采样电阻310的具体类型进行限定，可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的实际需求，将采样电阻310设置为其他高精度、低温漂的功率电阻。

功率模块包括引线框架320，晶圆电阻设置于引线框架320上且与引线框架320电连接，引线框架320与芯片单元电连接。即可实现晶圆电阻与芯片单元连接，即可对ipm的实际情况进行监控和保护。

具体地，晶圆电阻通过锡膏焊接于引线框架320上。需要说明的，这里的焊接材料并不限于锡膏，可以理解的，在此也仅只是举例，其并非用以限制本申请，换句话说，本领域技术人员可依据实际需求或应用来进行相关设计。

具体地，引线框架320为铜框架。需要说明的，这里并不对引线框架320的材料进行限定，可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，将引线框架320采用其他材料制成。

在一个例子中，引线框架320包括用于承载晶圆电阻的支撑框架322以及用于连接外部电路的引脚324，支撑框架322与芯片单元电连接。将引线框架320设置为包括支撑框架322以及引脚324，支撑框架322用于承载晶圆电阻，同时支撑框架322连接芯片单元与晶圆电阻，引脚324用于与外部电路连接，电流流过采样电阻310，在采样电阻310两端产生压降，便于外部电路测得采样电阻310上的电压信号，进而测得采样电阻310上的压降，通过监控采样电阻310上的压降即可计算出实际电流大小，进而对ipm的实际情况进行监控和保护。

具体地，支撑框架322通过锡膏、锡线或纳米银与芯片单元进行焊接。需要说明的，这里的焊接材料并不限于锡膏、锡线或纳米银，可以理解的，在此也仅只是举例，其并非用以限制本申请，换句话说，本领域技术人员可依据实际需求或应用来进行相关设计。

在一个例子中，功率模块10包括引出脚400，晶圆电阻与引出脚400通过引线相连。需要说明的，引出脚400为智能功率模块一相下桥的igbt输出端，外部电路中常与地连接。

具体地，本实施例中，芯片单元包括驱动芯片210以及功率芯片230，驱动芯片210包括lvic下桥驱动芯片213以及hvic上桥驱动芯片215。lvic下桥驱动芯片213或hvic上桥驱动芯片215分别与对应的3颗igbt芯片231通过铝线键合连接。

需要说明的，这里并不对驱动芯片210所包括的芯片的具体种类以及芯片的具体数量进行限定，可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，将芯片的具体种类以及数量进行适应性地调整。

功率芯片230包括igbt芯片231和frd芯片233，且igbt芯片231与frd芯片233之间通过导线键合方式电性连接，其中导线包括但不限于粗铝线、铜线等。igbt芯片231的发射极和frd芯片233的阳极通过键合线235实现电性连接。

需要说明的，igbt(insulatedgatebipolartransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。

还需要说明的，frd为快恢复二极管(fastrecoverydiode，简称frd)，frd芯片为功率芯片，用于配合igbt开关动作。

具体地，在本实施例中，功率芯片230为6颗，即包括6颗igbt芯片231和6颗frd芯片233，且每颗igbt芯片231与对应的frd芯片233电性连接，从而形成6组功率芯片230，即上桥和下桥各三组功率芯片230；具体地，上桥由3组igbt芯片231和frd芯片233组成，上桥3个igbt芯片231分别与hvic上桥驱动芯片215键合连接，同时每组中igbt芯片231的发射极与frd芯片233通过粗铝线键合的方式电性连接，引出u、v、w三相电极；下桥由3组igbt芯片231和frd芯片233组成，下桥3个igbt芯片231分别与lvic下桥驱动芯片213键合连接，每组中igbt芯片231的集电极与frd芯片233电连接，igbt芯片231的发射极与frd芯片233的通过粗铝线键合的方式电连接，并引出nu、nv、nw三电极；从而该6组功率芯片230组成三相逆变电路。

具体地，芯片单元包括igbt芯片231，采样电阻310与igbt芯片231电连接。将采样电阻310与igbt芯片231电连接，可使得流经igbt芯片231的电流流过采样电阻310，在采样电阻310两端产生压降，便于外部电路测得采样电阻310上的电压信号，通过监控采样电阻310上的压降即可计算出实际电流大小，进而对ipm的实际情况进行监控和保护。采样电阻310设置于功率模块10内部，简化外围电路，减小电路面积，使其构成集成度更高的模块，有效地减小导线长度，使得电路寄生参数更小，采样精度更高；同时，减小外部走线引起的杂散电感或者其他参数，影响采样准确性，减小外部其他信号的干扰。具体地，在本实施例中，采样电阻310分别与frd芯片233电连接。

具体地，在本实施例中，驱动芯片210的lvic下桥驱动芯片213与对应的3颗igbt芯片231通过铝线键合连接，igbt芯片231的发射极和frd芯片233的阳极通过键合线235实现电性连接。frd芯片233与支撑框架322通过锡膏、锡线或纳米银与芯片单元进行焊接，也即frd芯片233与支撑框架322电连接，支撑框架322，支撑框架322用于承载采样电阻310，同时支撑框架322与采样电阻310电连接，引脚324用于与外部电路连接；通过上述的连接可使得流经igbt芯片231的电流流过采样电阻310，在采样电阻310两端产生压降，便于外部电路测得采样电阻310上的电压信号，通过监控采样电阻310上的压降即可计算出实际电流大小，进而对ipm的实际情况进行监控和保护。

具体地，所述芯片单元包括三个不同的igbt芯片231，每个所述igbt芯片231发射极输出端分别电连接有与之相匹配的所述采样电阻310。在本实施例中，将芯片单元设置为包括三个igbt芯片231，需要说明的，这里并不对igbt芯片231的具体个数进行限定，可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，对igbt芯片231的具体个数进行是适应性调整，例如设置为一个或者两个。

还需要说明的，每个igbt芯片231发射极输出端分别电连接与之相匹配的所述采样电阻310，具体适用情况可根据用户实际选取的智能功率模块的额定电流及应用场进行选用与之相匹配的采样电阻310。采用相匹配的采样电阻310可针对性对igbt芯片231进行检测，以使采样精度更高。

具体地，在本实施例中，采样电阻310的数量为三个。使每个采样电阻310分别与每个igbt芯片231对应匹配电连接。需要说明的，这里并不对采样电阻310的个数进行限定，采样电阻310的具体数量是随着igbt芯片231的数量进行适应性调整，可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，将采样电阻310的个数设置为一个或者两个。

具体地，在一个例子中，采样电阻310为功率电阻，其功率取值范围在1w至3w之间，具体适用情况可根据用户实际选取的智能功率模块的额定电流及应用场进行选用。

在一个例子中，功率模块10还包括绝缘部100，绝缘部100包覆于芯片单元以及采样电阻310的外部。使芯片单元以及采样电阻310形成一个整体。设置绝缘部100可保证与外界绝缘，保证使用安全。

在一个例子中，绝缘部100的两侧具有内凹的圆弧槽110，设置圆弧槽110便于螺钉安装，需要说明的，这里并不对在绝缘部100的两侧设置为内凹的圆弧槽110进行限定，可以理解的，在其他具体实施例中，也可以在绝缘部100其他位置设置用于螺钉安装的圆形孔。另外本申请也不限制用于安装螺钉的槽或孔的具体形状，其中多边形等形状也在本申请的保护范围内。

在一个例子中，绝缘部由环氧树脂制成。环氧树脂层是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚a或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，因此它是一种热固性树脂，具有良好的绝缘效果。

进一步地，环氧树脂在熔融状态下将芯片单元及内部结构包裹起来，提供物理和电气保护，防止外部环境的冲击，对内部结构形成有效防护。

本实用新型还提供了一种电路系统，电路系统包括上述的功率模块10。

本实用新型提供的电路系统，由于包括上述的功率模块10，因此也具备有上述的有益效果。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。