一种基于氮化铝基板的限频功率模块制造技术

本发明专利技术公开了一种基于氮化铝基板的限频功率模块，包括级联的功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动，级联功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动通过锡焊工艺组装到氮化铝基板，通过同质键合进行电学连接；外部控制信号经栅极驱动，驱动级联功率MOS管导通或截止，级联MOS管导通时，将电池的多余电流进行泄放；级联MOS管截止时，电源通过隔离二极管陈列输出给负载系统。本发明专利技术的限频功率模块的优点是高质量等级、良好散热。具有抗电离辐射能力,抗单粒子，高可靠性，可靠工作寿命达15年。具有使用灵活，通用性强的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于氮化铝基板的限频功率模块
本专利技术涉及一种基于氮化铝基板的限频功率模块，高功率输出，低的热阻，特别是一种满足太空环境长期可靠使用功率驱动模块。
技术介绍
在空间系统中，由于电源的工作电流的需求越来越大，系统的工作时间越来越长，需要的功率模块的功率容量要求大，模块效率、功耗要求高、模块的长期可靠寿命也越来越高，并且要求模块的热阻小，散热快，同时具有抗电离辐射、抗单粒子辐射。 功率模块可以提供120V\10A的连续或脉冲电流给用户系统，并可以根据系统控制将多余电荷泄放至电源地。因此，如何设计高可靠(抗空间恶劣环境、高效散热、长期工作)的限频功率模块，成为本领域技术人员努力的方向。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决同类品热阻高、单路输出功率低、电压低、可靠工作寿命短的缺点，提供一种可靠工作、寿命长、抗空间各种辐射、高电压、高功率输出的功率驱动电路。 实现本专利技术目的的技术解决方案为:本专利技术涉及一种基于氮化铝基板的限频功率模块(高可靠的混合集成电路)，基于氮化铝基板的限频功率模块，其特征在于，包括级联的功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动，级联功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动通过锡焊工艺组装到氮化铝基板，通过同质键合进行电学连接；外部控制信号经栅极驱动，驱动级联功率MOS管导通或截止，级联MOS管导通时，将电池的多余电流进行泄放；级联MOS管截止时，电源通过隔离二极管陈列输出给负载系统。 隔离二极管阵列的结构为:第一组4个二极管并联，第二组4个二极管并联，2组并联结构再进行串联。 同质键合为招招键合或金金键合。 控制信号为频率和占空比变化的信号，低电平为0V，高电平8V,频率为O?10k、占空比O?100%连续可调的方波电压。级联MOS管压降在工作电流IDS=7.2A、VGS=8V时，导通压降不大于IV (环境温度22°C ±5°C下测试)；功率隔离二极管要求第一组4个并联，第二组4个并联，2组并联结构再进行串联使用，要求隔离二极管在工作电流7.2A时导通总压降不大于1.5V (环境温度22°C ±5°C下测试)；模块最大热耗不大于IlW (计算值，环境温度 22°C ±5°C)。 栅极驱动使后级的MOS管的栅极驱动电压始终大于前级的MOS管栅极驱动电压，使后级的MOS管在开关工作中比前级的MOS管提前开启，延迟关断。 将模块中形成的高压区与低压区进行安全隔离，安全隔离间距大于1.5毫米，满足太空环境的安全要求。 外部控制信号为频率和占空比均为变化的信号，经栅极驱动，驱动级联功率MOS管导通，将电池的多余电流进行泄放，以保证输出电压在适当的范围。当控制信号为高电平时，级联MOS管导通，当控制信号为低电平时，级联MOS管截至，电源通过隔离二极管陈列输出给负载系统。 本专利技术采用低沟道电阻的级联MOS管芯片、二极管芯片构成的隔离阵列；芯片电气连接采用同质键合(铝铝键合和金金键合)，芯片共晶焊接的组装，功率输出采用多根键合丝并联结构减少输出内阻，ALN基板分块焊接组装降低热应力的结构设计。 前级驱动信号产生PWM波形控制串联的功率MOS管的断、通，控制主电源与电子系统(与电容阵并联)连接。当PWM波形低电平期间，MOS管关，主电源与电子系统(与电容阵并联)连接，当PWM波形高电平期间，MOS管开通，主电源对地进行泄放。 本专利技术的限频功率模块的优点是高质量等级、良好散热。具有抗电离辐射能力(10kRAD),抗单粒子(75MeV.cm2/mg)，高可靠性，可靠工作寿命达15年。具有使用灵活，通用性强的特点。 【附图说明】 图1是模块原理框图；图2是本专利技术的限频功率原理图；图3是栅极驱动电路图，虚线框内分别是MOS管Q1、Q2的栅极驱动。 【具体实施方式】 如图1所示，本专利技术的基于氮化铝基板的限频功率模块(高可靠的混合集成电路)，由级联功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动和吸收电路等组成，级联功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动和吸收电路元件通过锡焊工艺组装到氮化铝基板，芯片通过金丝键合、硅铝丝键合完成电学连接。 由图2所示，本专利技术的限频功率模块，具体的，包括栅极驱动1、双MOS管Q1、Q2、隔离二极管阵列2、电荷泄放电阻R4。电阻R3为MOS管Ql栅极电荷吸收电阻，电阻R3和R4又为MOS管Ql栅源形成电压降。MOS管Ql的源极与和MOS管Q2的漏极连接形成串联结构，构成功率泄放开关，MOS管Ql的漏极与隔离二极管阵列2的输入端连接，隔离二极管阵列2的输出端与负载连接，实现功率输出。 栅极驱动I包括MOS管Ql的驱动和MOS管Q2的驱动，详见图3。 栅极驱动I实现对MOS管Ql、MOS管Q2的驱动，逻辑控制信号同时来自控制输入端的PWM信号，经电阻Rl对MOS管Q2栅极进行驱动，再通过MOS管Ql栅极串联开关二极管Vl实现MOS管Ql栅极驱动，栅极驱动I实现MOS管Q2的栅极驱动电压比MOS管Ql栅极驱动电压始终高1.1V,使得MOS管Q2在开关工作中比MOS管Ql提前开启，延迟关断。为增加栅极抗干扰，设计电容Cl、C2串联滤波，串联电容结构避免电容短路失效而采取的冗余设计。串联的电容C1、C2两端并联电阻R2，电阻R2为栅极电荷泄放回路，调整开关特性。 模块封装形式采用金属外壳气密性扁平功率外壳封装；功率芯片、粗丝键合用过渡片与基板、基板与外壳以及外引线采用锡焊互连；共晶焊实现衬底与金属外壳底座间的焊接。 本专利技术用于航天器电源分系统，采用可靠设计保证模块长时间经受各种环境应力后，参数仍不会漂移。模块内部器件均进行降额I级设计，抗辐照设计，散热设计，热阻0.6724。。/W。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氮化铝基板的限频功率模块，其特征在于，包括级联的功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动，级联功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动通过锡焊工艺组装到氮化铝基板，通过同质键合进行电学连接；外部控制信号经栅极驱动，驱动级联功率MOS管导通或截止，级联MOS管导通时，将电池的多余电流进行泄放；级联MOS管截止时，电源通过隔离二极管陈列输出给负载系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于氮化铝基板的限频功率模块，其特征在于，包括级联的功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动，级联功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动通过锡焊工艺组装到氮化铝基板，通过同质键合进行电学连接； 外部控制信号经栅极驱动，驱动级联功率MOS管导通或截止， 级联MOS管导通时，将电池的多余电流进行泄放；级联MOS管截止时，电源通过隔离二极管陈列输出给负载系统。2.根据权利要求1所述的基于氮化铝基板的限频功率模块，其特征在于，隔离二极管阵列的结构为:第一组4个二极管并联，第二组4个二极管并联，2组并联结构再进行串联。3.根据权利要求1所述的基于氮化铝基板的限频功...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑，张勇，王晓漫，李寿胜，卢道万，卢剑寒，夏俊生，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32