半导体电路

技术领域

本发明涉及功率半导体领域，特别涉及一种半导体电路。

背景技术

半导体电路是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品，集成了智能控制IC和用于功率输出的IGBT、MOSFET、FRD等大功率器件及一些阻容元件，这些元器件通过锡基焊料焊接在铝基板上。

半导体电路集成了功率因数校正模块，半导体电路的功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，功率因素值越大，代表其电力利用率越高，减少能量的损失。

功率因数校正模块是一种高频动力开关，其发热远远大于同等级的逆变模块，使用时，功率因数校正模块产生的热量较多，导致功率因数校正模块的温升较快，会使得产品发热不均衡，影响功率因数校正模块的正常使用，甚会导致功率因数校正模块直接失效。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种半导体电路，旨在解决现有的半导体电路的功率因数校正模块温升过快的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种半导体电路，该半导体电路包括金属基板、功率因数校正模块、第一散热器和第二散热器，所述第一散热器和所述第二散热器设于所述金属基板上，所述功率因数校正模块包括快恢复二极管、续流二极管和IGBT，所述快恢复二极管设于所述第一散热器上，所述续流二极管和所述IGBT设于所述第二散热器上。

优选地，所述第一散热器和/或所述第二散热器与所述金属基板焊接的一面被分割为网状的多个小单元，并且在所述第一散热器和/或所述第二散热器与所述金属基板焊接的一面形成有若干纵横交错的排气槽。

优选地，所述第一散热器和/或所述第二散热器采用铜材制成。

优选地，所述半导体电路还包括设于所述金属基板上的三相逆变桥，所述三相逆变桥包括U相逆变桥、V相逆变桥和W相逆变桥，所述U相逆变桥、V相逆变桥和W相逆变桥分别用于与电机的三相绕组的引出端电连接。

优选地，所述U相逆变桥包括U相上桥IGBT和U相下桥IGBT，所述V相逆变桥包括V相上桥IGBT和V相下桥IGBT，所述W相逆变桥包括W相上桥IGBT和W相下桥IGBT。

优选地，所述U相逆变桥还包括U相上桥续流二极管和U相下桥续流二极管，所述V相逆变桥还包括V相上桥续流二极管和V相下桥续流二极管，所述W相逆变桥还包括W相上桥续流二极管和W相下桥续流二极管。

优选地，所述半导体电路还包括设于所述金属基板上的驱动芯片。

优选地，所述半导体电路还包括设于所述金属基板上的密封树脂。

优选地，所述半导体电路还包括设于所述金属基板上的引线端子，所述引线端子的一端与所述金属基板电连接，另一端显露于所述密封树脂的外部。

优选地，所述半导体电路还包括设于所述金属基板上的电路布线层。

与现有技术相比，本发明实施例的有益技术效果在于：

本发明所提出的半导体电路，功率因数校正模块的快速恢复二极管通过第一散热器进行散热，续流二极管和IGBT通过第二散热器进行散热，从而能够及时的将功率因数校正模块所产生的热量排出，避免功率因数校正模块局部升温过快，保证功率因数校正模块的可靠性，延长功率因数校正模块的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一实施例中半导体电路的结构示意图；

图2为图1实施例中第二散热器的结构示意图；

图3为本发明一实施例中半导体电路的元器件的布局示意图；

图4为本发明一实施例中第一散热器和/或第二散热器的底部结构示意图。

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，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提到的半导体电路，是一种将功率开关器件和高压驱动电路等集成在一起，并在外表进行密封封装的一种电路模块，在电力电子领域应用广泛，如驱动电机的变频器、各种逆变电压、变频调速、冶金机械、电力牵引、变频家电等领域应用。这里的半导体电路还有多种其他的名称，如模块化智能功率系统(Modular Intelligent Power System，MIPS)、智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)，或者称为混合集成电路、功率半导体模块、功率模块等名称。在本发明的以下实施例中，统一称为模块化智能功率系统(MIPS)。

实施例一

请参见图1-3，本发明实施例提出一种模块化智能功率系统，该模块化智能功率系统包括金属基板10、功率因数校正模块20、第一散热器30和第二散热器40，第一散热器30和第二散热器40设于金属基板10上，功率因数校正模块20包括快恢复二极管、续流二极管和IGBT，快恢复二极管设于第一散热器30上，续流二极管和IGBT设于第二散热器40上。

本实施例中，金属基板10作为模块化智能功率系统的衬底，用于实现各电子元器件之间的电气连接。金属基板10可以采用铝和铜等散热性能较优的材质制成，以保证模块化智能功率系统的散热性能，包括但不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行设计。

其中，功率因数校正模块20所产生的热量便可通过金属基板10进行散发，金属基板10可将热量排出至模块化智能功率系统的外部，也即通过金属基板10可将功率因数校正模块20所产生的热量排至外部空气中，因此，金属基板10的选材需考虑其散热性能。作为优选，本实施例所提出的金属基板10为铝基板，因为铝的散热性能要更优于铜的散热性能，此仅为示例性的，而非限制性的，本领域技术人员可根据实际情况进行设计。

功率因数校正模块20包括有快恢复二极管、续流二极管和IGBT，三个器件在工作时都会产生热量，并且三者所产生的热量较多，会在短时间内快速升温，为避免功率因数校正模块20所产生的热量影响其可靠性，本实施例在金属基板10上设置有两个散热器，分别为第一散热器30和第二散热器40。

其中，第一散热器30用于对快恢复二极管进行辅助散热，以使得快恢复二极管所产生的热量能够及时的散发。快恢复二极管通过锡膏焊接于第一散热器30的上表面，第一散热器30的下表面通过锡膏焊接于金属基板10上，在快恢复二极管与第一散热器30之间形成有第一锡膏层，该第一锡膏层为高温焊锡膏，其熔点为380℃。在第一散热器30与金属基板10之间形成有第二锡膏层，该第二锡膏层为低温焊锡膏，其熔点为260℃。

第二散热器40用于对续流二极管和IGBT进行辅助散热，以使得续流二极管和IGBT所产生的热量能够及时的散发。续流二极管和IGBT通过焊锡膏焊接于第二散热器40的上表面，第二散热器40的下表面通过焊锡膏焊接于金属基板10上，在续流二极管和第二散热器40的上表面以及IGBT和第二散热器40的上表面之间形成有第三锡膏层100，该第三锡膏层100为高温焊锡膏，其熔点为380℃。在第二散热器40的下表面和金属基板10之间形成有第四锡膏层200，该第四锡膏层200为低温焊锡膏，其熔点为260℃。

进一步的，本实施例所提出的模块化智能功率系统还可设置第三散热器，以使得功率因数校正模块20的快恢复二极管、续流二极管和IGBT分别设置在一个散热器上，比如，快恢复二极管设置在第一散热器30的上表面，第一散热器30的下表面通过锡膏焊接于金属基板10上，续流二极管设置在第二散热器40的上表面，第二散热器40的下表面通过锡膏焊接于金属基板10上，IGBT设置在第三散热器的上表面，第三散热器的下表面通过锡膏焊接于金属基板10上。如此，可进一步提高模块化智能功率系统的散热性能，本领域技术人员可根据实际情况进行设计。

更进一步的，本实施例所提出的第一散热器30和第二散热器40的形状可以规则的，比如长方体、正方体等，也可以是不规则的，包括但不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行设计。作为优选，本实施例所提出的第一散热器30和第二散热器40为长方体状。

实施例二

请参见图4，本发明实施例所提出的第一散热器30和/或第二散热器40与金属基板10焊接的一面被分割为网状的多个小单元，并且在第一散热器30和/或第二散热器40与金属基板10焊接的一面形成有若干纵横交错的排气槽。本实施例中，为了控制散热器焊接空洞率的问题，可将散热器的背面(与金属基板10焊接的一面)设计成网状图形，也叫架桥工艺，以保证锡膏焊接分布均衡，使得锡膏不容易出现浮高情况，焊接排气顺畅，热传递效果较佳。对于高速开关的功率器件，空洞有效控制，能够大大提升其使用寿命。

在一些实施例中，第一散热器30与金属基板10焊接的一面被分割为网状的多个小单元，由于每个小单元与金属基板10的接触面积相较于整个散热器与金属基板10的接触面积变小，因此，可使得每个小单元与金属基板10的保持紧密接触，减少第一散热器30与金属基板10之间的空洞，从而降低第一散热器30与金属基板10焊接时的空洞率，进而可提高第一散热器30的散热效果。此外，在第一散热器30与金属基板10焊接的一面形成有若干纵横交错的排气槽，在将第一散热器30与金属基板10进行焊接时，第一散热器30与金属基板10之间的空气将通过排气槽朝周向排出，从而达到降低第一散热器30与金属基板10焊接时的空洞率的目的，进而进一步提高第一散热器30的散热效果。

作为优选，本实施例所提出的小单元为方形，此仅为示例性的，而非限制性的，本领域技术人员可根据实际情况进行设计，也可以是其他形状，包括但不限于此。进一步的，本实施例所提出的排气槽沿水平方向和竖直方向纵横交错，其具体的数量以及该排气槽的形状均可根据实际情况进行设计。

在另一些实施例中，第二散热器40与金属基板10焊接的一面被分割为网状的多个小单元，由于每个小单元与金属基板10的接触面积相较于整个散热器与金属基板10的接触面积变小，因此，可使得每个小单元与金属基板10的保持紧密接触，减少第二散热器40与金属基板10之间的空洞，从而降低第二散热器40与金属基板10焊接时的空洞率，进而可提高第二散热器40的散热效果。此外，在第二散热器40与金属基板10焊接的一面形成有若干纵横交错的排气槽，在将第二散热器40与金属基板10进行焊接时，第二散热器40与金属基板10之间的空气将通过排气槽朝周向排出，从而达到降低第二散热器40与金属基板10焊接时的空洞率的目的，进而进一步提高第二散热器40的散热效果。

在又一些实施例中，第一散热器30与金属基板10焊接的一面被分割为网状的多个小单元，第二散热器40与金属基板10焊接的一面也被分割为网状的多个小单元。由于每个小单元与金属基板10的接触面积相较于整个散热器与金属基板10的接触面积变小，因此，可使得每个小单元与金属基板10的保持紧密接触，减少第一散热器30与金属基板10之间的空洞以及第二散热器40与金属基板10之间的空洞，从而降低第一散热器30与金属基板10焊接时的空洞率以及第二散热器40与金属基板10焊接时的空洞率，进而可提高第一散热器30以及第二散热器40的散热效果。此外，在第一散热器30与金属基板10焊接的一面形成有若干纵横交错的排气槽，同时在第二散热器40与金属基板10焊接的一面也形成有若干纵横交错的排气槽，在将第一散热器30和第二散热器40与金属基板10进行焊接时，第一散热器30和第二散热器40与金属基板10之间的空气将通过排气槽朝周向排出，从而达到降低第一散热器30和第二散热器40与金属基板10焊接时的空洞率的目的，进而进一步提高第一散热器30和第二散热器40的散热效果。

实施例三

本发明实施例所提出的第一散热器30和/或第二散热器40采用铜材制成。本实施例中，考虑到第一散热器30和第二散热器40的形状较小，因此，其不适于通过铣床加工，而适于通过冲床加工。在利用冲床加工散热器时，由于铝材较软，其在冲压加工时容易出现变形，会影响散热的产品质量，进而影响散热器的散热效果。为此，本实施例采用散热性能稍差的铜材加工，虽然铜材的散热性能不及铝材的散热性能，但铜材的硬度要大于铝材的硬度，其在冲压加工时不会发生变形，也不容易产生披锋。作为优选，本实施例所选用的铜材为磷脱氧铜，铜含量≥99.90％，具有良好的导电导热耐蚀和加工性能，可用焊接和钎焊。在利用模具冲压成型后，再将此散热器进行360°上锡和银。其中，散热器表面的锡层厚度为3.5-8.5μm，散热器表面的银层厚度为5-12μm，此仅为示例性的，而非限制性的，本领域技术人员可根据实际情况进行设计。

实施例四

本发明实施例所提出的模块化智能功率系统还包括设于金属基板10上的三相逆变桥，三相逆变桥包括U相逆变桥、V相逆变桥和W相逆变桥，U相逆变桥、V相逆变桥和W相逆变桥分别用于与电机的三相绕组的引出端电连接。本实施例中，模块化智能功率系统还包括三相逆变桥，三相逆变桥设置在金属基板10上，三相逆变桥又包括U相逆变桥、V相逆变桥和W相逆变桥，U相逆变桥、V相逆变桥和W相逆变桥分别用于与电机的三相绕组的引出端电连接。

实施例五

请参见图3，本发明实施例所提出的U相逆变桥包括U相上桥IGBT511和U相下桥IGBT512，V相逆变桥包括V相上桥IGBT521和V相下桥IGBT522，W相逆变桥包括W相上桥IGBT531和W相下桥IGBT532。本实施例中，U相上桥IGBT511和U相下桥IGBT512组成U相逆变桥，V相上桥IGBT521和V相下桥IGBT522组成V相逆变桥，W相上桥IGBT531和W相下桥IGBT532组成W相逆变桥。

实施例六

请参见图3，本发明实施例所提出的U相逆变桥还包括U相上桥续流二极管513和U相下桥续流二极管514，V相逆变桥还包括V相上桥续流二极管523和V相下桥续流二极管524，W相逆变桥还包括W相上桥续流二极管533和W相下桥续流二极管534。本实施例中，U相上桥续流二极管513用于保护U相上桥IGBT511不被电压击穿或烧坏，U相下桥续流二极管514用于保护U相下桥IGBT512不被电压击穿或烧坏；V相上桥续流二极管523用于保护V相上桥IGBT521不被电压击穿或烧坏，V相下桥续流二极管524用于保护V相下桥IGBT522不被电压击穿或烧坏；W相上桥续流二极管533用于保护W相上桥IGBT531不被电压击穿或烧坏，W相下桥续流二极管534用于保护W相下桥IGBT532不被电压击穿或烧坏。

实施例七

请参见图1、3，本发明实施例所提出的模块化智能功率系统还包括设于金属基板10上的驱动芯片60。本实施例中，在金属基板10上还设置有驱动芯片60，驱动芯片60通过锡膏焊接于金属基板10上，用于控制三相逆变桥和功率因数校正模块20等电子元器件。

实施例八

请参见图1，本发明实施例所提出的模块化智能功率系统还包括设于金属基板10上的密封树脂70。本实施例中，密封树脂70可通过传递模方式，使用热硬性树脂模制，也可使用注入模方式，使用热塑性树脂模制。在此，密封树脂70完全密封金属基板10的一面，除了引脚以外的所有元素。对于致密性要求高的模块化智能功率系统，金属基板10的另一面一般也进行密封处理。对于散热性要求高的模块化智能功率系统，也可以利用密封树脂70只密封金属基板10具有元素的一面，另一面露出。

实施例九

请参见图1、3，本发明实施例所提出的模块化智能功率系统还包括设于金属基板10上的引线端子80，引线端子80的一端与金属基板10电连接，另一端显露于密封树脂70的外部。本实施例中，引线端子80可以是铝线、金线或铜线，通过邦定使各电路元件(包括快恢复二极管、续流二极管和IGBT等)之间、各电路布线层之间、电路元件与电路布线层之间建立电连接关系，有时还用于使引脚和电路布线层或电路元件之间建立电连接关系。

实施例十

请参见图1，本发明实施例所提出的模块化智能功率系统还包括设于金属基板10上的电路布线层90。本实施例中，上述所提及的第一散热器30和、第二散热器40、驱动芯片60、引线端子80等电子元器件通过电路布线层90与金属基板10电连接。

以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。