一种姿控发动机多芯片封装技术的驱动混合集成电路制造技术

本发明专利技术提供了一种姿控发动机多芯片封装技术的驱动混合集成电路，包括数字隔离器、高压驱动器、三相逆变电路和限流保护电路，所述的高压驱动器连接数字隔离器和三相逆变电路，限流保护电路连接三相逆变电路和高压驱动器构成闭环回路；三相逆变电路中同一相两个功率MOS管以对称方式安装在一块高导热基板上，三块高导热基板垂直固连在主基板上。本发明专利技术能够实现大功率高压电机驱动电路的小型化，提高电路模块的电磁兼容性能与散热性能，满足姿控发动机电机伺服控制系统的严苛工作条件要求。动机电机伺服控制系统的严苛工作条件要求。动机电机伺服控制系统的严苛工作条件要求。

【技术实现步骤摘要】
一种姿控发动机多芯片封装技术的驱动混合集成电路


[0001]本专利技术属于姿控发动机伺服控制技术，涉及一种驱动混合集成电路。

技术介绍

[0002]目前的电机驱动电路多为分立器件组装结构，其内部组件均为塑封电路，体积大，可靠性差。通常采用MCM技术的电机驱动模块，均采用2D、2.5D等平铺结构，即将逻辑芯片、栅极驱动芯片、功率MOSFET裸芯、快速二极管裸芯等固联在厚膜载板上，通过键合实现芯片与载板的电气信号互联。
[0003]然而，随着弹上系统对姿控发动机伺服控制系统小型化、轻质化，以及复杂电磁环境中高可靠性的要求越来越高，控制电路的功能、性能技术指标也逐步提高，芯片数量和相应芯片功耗逐步增加，电路板面积却逐步缩小。采用传统的分立器件组装结构或2D、2.5D等平铺结构的MCM技术，为了缩小电路板面积，电路集成度必然大大提高，功率密度增加，电路工作过程中温度会骤然上升，但散热空间缩小，致使裸芯片的结点温度急剧上升，却又没有找到一种行之有效的散热办法将封装结构内部的大部分热量传导出去，进而大大降低了元器件的性能。此外，电机在运行过程中，大电流产生的干扰影响伺服控制系统及其他弹上设备的正常工作，难以保证电路的性能和电子设备的可靠性，在弹上等工况比较复杂的应用场合无法满足使用要求。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种姿控发动机多芯片封装技术的驱动混合集成电路，采用一种主基板与子板垂直电气互联工艺技术，基于传统半导体芯片和MCM技术，能够实现大功率高压电机驱动电路的小型化，提高电路模块的电磁兼容性能与散热性能，满足姿控发动机电机伺服控制系统的严苛工作条件要求。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种姿控发动机多芯片封装技术的驱动混合集成电路，包括数字隔离器、高压驱动器、三相逆变电路和限流保护电路。
[0006]所述的高压驱动器连接数字隔离器和三相逆变电路，限流保护电路连接三相逆变电路和高压驱动器构成闭环回路；三相逆变电路中同一相两个功率MOS管以对称方式安装在一块高导热基板上，三块高导热基板垂直固连在主基板上。
[0007]所述的数字隔离器包括2片多通道数字隔离芯片，外部输入的六路电机驱动逻辑信号经由数字隔离器后输入至高压驱动器的控制输入端口。
[0008]所述的高压驱动器的输出分别驱动三相逆变电路的上桥臂三个MOSFET和下桥臂三个MOSFET，三相逆变电路输出接电机三相绕组以实现电机驱动。
[0009]所述的限流保护电路通过采样电阻将电机母线电流转换为电压信号，经由比较器与限流阈值电压进行比较实现电机过流保护控制，RCIN引脚外接RC网络用于控制高压驱动器关断后的自启动时间，从而实现限流保护。
[0010]所述的高压驱动器、数字隔离器，以及限流保护电路的裸芯片平铺在主基板上，芯
片底部粘接固定在主基板上，引脚通过键合方式与主基板实现电气互联。
[0011]所述的三相逆变电路中同一相两个功率MOS管以对称方式安装在一块高导热基板上，其漏极均通过锡铅焊料焊接在高导热基板的两面，栅极和源极通过粗丝键合工艺实现电气互联，该高导热基板组成三相逆变电路的单相桥臂；每块高导热基板的正反两面均贴装有MOSFET，两侧的MOSFET及其相关的栅极、源极和漏极信号链路均关于高导热基板成镜像对称；三个高导热基板构成电机三相逆变电路。
[0012]所述的高导热基板侧面通过方孔沉积电解铜，并激光切割成型若干个金属化U型焊盘；所述的U型焊盘通过锡铅焊料垂直焊接于主基板，构成电机驱动电路。
[0013]所述的高导热基板内置厚度为200um的金属铝或铜作为导热层，该导热层与所述的U型焊盘互联。
[0014]所述的数字隔离器、高压驱动器、三相逆变电路和限流保护电路均被盖封在金属壳体和主基板构成的腔体内，并在腔体内做密封填充。
[0015]所述的高导热基板与金属外壳通过导热材料连接。
[0016]本专利技术的有益效果是：通过数字隔离器将控制信号和驱动信号进行电气隔离，避免了功率电路对控制电路干扰以致控制电路损失控制精度的现象，保护控制电路不被驱动电路中异常大电流烧毁，限流保护电路克服了多种故障模式下母线电流过大导致的电路损毁问题。
[0017]基于MCM技术和厚膜工艺，在陶瓷基板上漏印烧结形成导线和电阻并集成裸芯片构成驱动电路主基板，在三块高导热基板上通过粗丝键合工艺构成三相逆变电路，通过主基板与子板垂直电气互联技术，构成单通道无刷电机驱动混合集成电路。该电路模块合理利用空间尺寸，提高了电路的集成度，可以将模块占PCB的面积减小35％～50％，进而能够减小整个系统尺寸。与此同时，本专利技术优化了电机驱动混合集成电路的电磁兼容性，减小了对外辐射干扰，优化了伺服控制系统级电磁兼容性；解决了驱动模块散热问题，使得模块工作温度范围达到
‑
55℃～+125℃，提高了电路的可靠性。
附图说明
[0018]图1是隔离型无刷电机驱动电路原理框图；
[0019]图2是电机驱动混合集成模块结构示意图；
[0020]图3是电机驱动混合集成模块结构剖面图；
[0021]图4是驱动模块工作状态下的电磁场分布图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。
[0023]本专利技术提供一种基于混合集成电路的大功率高压隔离型无刷电机驱动电路模块的设计，包括数字隔离器、高压驱动器、三相逆变电路和限流保护电路，能够驱动一路直流无刷电机工作。本专利技术提供的隔离型大功率高压电机驱动电路模块小型化程度高，可靠性高，电磁兼容性好，具备宽工作温度范围，能够有效避免多种故障模式下母线电流过大损坏电路的状况，较好的解决了当前电机驱动电路的小型化、电磁兼容性和散热等问题，满足弹
上载荷等复杂工况条件的使用需求。
[0024]本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0025]一种大功率高压隔离型无刷电机驱动混合集成电路模块，电路部分包括数字隔离器、高压驱动器、三相逆变电路和限流保护电路。高压驱动器连接数字隔离器和三相逆变电路，限流保护电路连接三相逆变电路和高压驱动器以构成闭环回路。
[0026]数字隔离器包括2片多通道数字隔离芯片，外部输入的六路电机驱动逻辑信号经过数字隔离器隔离后输出到高压驱动器的输入端口，实现控制电路与电机驱动电路的信号隔离。隔离器输入控制信号AH、BH、CH、AL、BL、CL为电机驱动模块输入信号，经由数字隔离器后输入至高压驱动器的控制输入端口HIN1、HIN2、HIN3、LIN1、LIN2和LIN3，高压驱动器输入引脚HIN1、HIN2、HIN3经驱动器输出后驱动上桥臂三个MOSFET，高压驱动器输入引脚LIN1、LIN2、LIN3经驱动器输出后驱动下桥臂三个MOSFET，三相逆变电路输出U、V和W接电机三相绕组以实现电机驱动。限流保护电路通过采样电阻将电机母线电流转换为电压信号，经由比较器与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种姿控发动机多芯片封装技术的驱动混合集成电路，包括数字隔离器、高压驱动器、三相逆变电路和限流保护电路，其特征在于，所述的高压驱动器连接数字隔离器和三相逆变电路，限流保护电路连接三相逆变电路和高压驱动器构成闭环回路；三相逆变电路中同一相两个功率MOS管以对称方式安装在一块高导热基板上，三块高导热基板垂直固连在主基板上。2.根据权利要求1所述的姿控发动机多芯片封装技术的驱动混合集成电路，其特征在于，所述的数字隔离器包括2片多通道数字隔离芯片，外部输入的六路电机驱动逻辑信号经由数字隔离器后输入至高压驱动器的控制输入端口。3.根据权利要求1所述的姿控发动机多芯片封装技术的驱动混合集成电路，其特征在于，所述的高压驱动器的输出分别驱动三相逆变电路的上桥臂三个MOSFET和下桥臂三个MOSFET，三相逆变电路输出接电机三相绕组以实现电机驱动。4.根据权利要求1所述的姿控发动机多芯片封装技术的驱动混合集成电路，其特征在于，所述的限流保护电路通过采样电阻将电机母线电流转换为电压信号，经由比较器与限流阈值电压进行比较实现电机过流保护控制，RCIN引脚外接RC网络用于控制高压驱动器关断后的自启动时间，从而实现限流保护。5.根据权利要求1所述的姿控发动机多芯片封装技术的驱动混合集成电路，其特征在于，所述的高压驱动器、数字隔离器，以及限流保护电路的裸芯片平铺在主基板上，芯片底部粘接固定在主基板上，引脚...

【专利技术属性】
技术研发人员：田园，高世清，裴永浩，杨韶琴，田明，石文辉，梁利，王亚东，薛帅，
申请(专利权)人：西安长峰机电研究所，
类型：发明
国别省市：