專利名稱：一種多路閥門驅(qū)動(dòng)的vmos混膜集成芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于航天推進(jìn)領(lǐng)域，具體涉及驅(qū)動(dòng)多路閥門的混膜集成芯片，以減小器件的體積和重量。
背景技術(shù)：
航天推進(jìn)領(lǐng)域根據(jù)不同的應(yīng)用有多種閥門，可分為推進(jìn)劑的流量控制閥門和管路的壓力控制閥門，各種閥門和不同推力的推力器組合，用于航天器的姿態(tài)控制和軌道調(diào)整，是航天器推進(jìn)系統(tǒng)的重要組件。所有閥門的開關(guān)均通過推進(jìn)分系統(tǒng)控制線路盒內(nèi)的驅(qū)動(dòng)功率管來實(shí)現(xiàn)。為了滿足可靠性要求，驅(qū)動(dòng)閥門的功率管采用并聯(lián)或串聯(lián)的冗余方式。閥門的路數(shù)越多，需要的功率管數(shù)量越大，而功率驅(qū)動(dòng)管本身體積非常大，限制了單板中控制電路的數(shù)量，導(dǎo)致最終的產(chǎn)品體積龐大、重量重。然而，航天領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的重量與體積都有著苛刻的要求，為了解決超大超重的問題，能驅(qū)動(dòng)多路閥門的混膜集成芯片應(yīng)運(yùn)而生。此前未見國(guó)內(nèi)外有類似或相關(guān)的報(bào)告。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于采用混合集成技術(shù)，將多個(gè)現(xiàn)有分立的功率驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)核做成串并聯(lián)模式的專用芯片，驅(qū)動(dòng)多路負(fù)載，從而減小驅(qū)動(dòng)印刷線路板的體積及重量，增加單板可容納的控制回路總數(shù)，減小航天器的體積和重量。本發(fā)明提供的方案是用VMOS芯片的內(nèi)核串并聯(lián)作為一路負(fù)載(閥門)的輸出，一個(gè)混膜集成芯片可驅(qū)動(dòng)4路負(fù)載，根據(jù)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的功率大小不同，集成了兩款不同的芯片，其中，VMOS為具有垂直溝道的絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種多路閥門驅(qū)動(dòng)的VMOS混膜集成芯片，其包括多組功率開關(guān)，每一組功率開關(guān)作為一路閥門的輸出，其中:所述功率開關(guān)包括第一功率MOS管V1、第二功率MOS管V2、第三功率MOS管V3、第四功率MOS管V4，所述第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2串聯(lián)而成的左橋臂作為第一上下橋臂驅(qū)動(dòng)端，所述第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4串聯(lián)而成的右橋臂作為第二上下橋臂驅(qū)動(dòng)端，所述左橋臂與右橋臂并聯(lián)。優(yōu)選地，當(dāng)?shù)谝还β蔒OS管Vl的端口 A01、第二功率MOS管V2的端口 A02為高電平，而第三功率MOS管V3的端口 A03、第四功率MOS管V4的端口 A04為低電平時(shí)，第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2導(dǎo)通，第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4截止，即該組功率開關(guān)的左橋臂導(dǎo)通；當(dāng)?shù)谌β蔒OS管V3的端口 A03、第四功率MOS管V4的端口 A04為高電平，而第一功率MOS管Vl的端口 AOl、第二功率MOS管V2的端口 A02為低電平時(shí)，第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2截止，第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4導(dǎo)通，即該組功率開關(guān)的右橋臂導(dǎo)通；第一功率MOS管Vl的端口 A01、第二功率MOS管V2的端口 A02、第三功率MOS管V3的端口 A03和第四功率MOS管V4的端口 A04全為高電平時(shí)，該組功率開關(guān)的左橋臂、右橋臂均導(dǎo)通。優(yōu)選地，其外殼采用10#鋼。優(yōu)選地，單路最大工作電流為4.5A。優(yōu)選地，其外殼采用可伐鉻金。優(yōu)選地，單路最大工作電流為3A。優(yōu)選地，二次電源電壓為+5V、+12V，功率電源電壓為+28V。優(yōu)選地，功率開關(guān)的組數(shù)為4組，分別驅(qū)動(dòng)4路負(fù)載。比如推進(jìn)線路盒中，單塊模塊設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng)7路電磁閥和4路自鎖閥，尺寸234mmX 234mm,固封后單模塊重量1.015kg。而同樣尺寸234mm*234mm的板子，可以放9個(gè)HG9401A,或者24個(gè)HG9401B。其中HG9401B驅(qū)動(dòng)自鎖閥，而自鎖閥的開關(guān)分別控制，故一個(gè)HG9401B控制2個(gè)自鎖閥的狀態(tài)。就是說該板子可以驅(qū)動(dòng)9路電磁閥和12路自鎖閥，明顯減少了板子的用量。上文中提到的7個(gè)電磁閥和4個(gè)自鎖閥只需用2片HG9401A和2片HG9401B即可實(shí)現(xiàn)。從以上分析可知，使用混膜集成芯片方案大大縮減了分立元器件的使用個(gè)數(shù)，精簡(jiǎn)了 PCB板的尺寸和整體器件的重量，非常符合航天產(chǎn)業(yè)的要求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:首先，實(shí)現(xiàn)了單芯片的多路閥門驅(qū)動(dòng)；其次，實(shí)現(xiàn)了整器的減重減小體積的要求；再次，減少了板極線的內(nèi)部互連，精簡(jiǎn)了板級(jí)布線設(shè)計(jì)；最后，芯片內(nèi)部的電路是成熟電路，使得該芯片簡(jiǎn)潔可靠，該芯片將在航天領(lǐng)域具有重大的意義。


通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:圖1為單路閥門驅(qū)動(dòng)示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的集成芯片的俯視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的集成芯片的俯視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的集成芯片管腳分布圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的集成芯片管腳分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。根據(jù)以往分立元器件的經(jīng)驗(yàn)，選用IR公司的軍品器件die作為功率器件，TI的⑶40109 die為電平轉(zhuǎn)換芯片。導(dǎo)電采用Au漿料和PdAg漿料，用Φ25 μ m金絲和鋁絲鍵合內(nèi)引線，用Φ25μπι金絲和鍍銀銅絲鍵合外引線，最大電流在19Α以上。集成芯片以陶瓷作為基板，保證良好的絕緣、導(dǎo)熱和散熱，而且耐高溫。線路上的電阻也是用導(dǎo)電漿料，并采用激光調(diào)阻，可以達(dá)到較準(zhǔn)確的阻值。片內(nèi)的16個(gè)功率器件是最主要的發(fā)熱源，要均勻分布不至于局部過熱。每路閥門控制都有獨(dú)立的電源、地、使能。參見圖4和圖5的管腳分布圖。通過對(duì)HG9401A和HG9401B兩種芯片的特性分析，HG9401A的邏輯控制比較復(fù)雜，整個(gè)電路的功耗大。因此，四路邏輯控制電平的有序性、準(zhǔn)確性和電路的熱設(shè)計(jì)將成為整個(gè)電路的關(guān)鍵設(shè)計(jì)特性。在優(yōu)選例中，選用便于散熱安裝的代雙側(cè)安裝孔的功率金屬管殼UPP6737 — 24 ；采用混合厚膜工藝對(duì)該電路進(jìn)行二次集成，即使用通用的厚膜成膜，金絲和鋁絲健合等常規(guī)厚膜工藝。為使整個(gè)電路散熱均勻，版圖設(shè)計(jì)時(shí)使功率芯片分開均勻布置，以防止熱集中；為使功率芯片產(chǎn)生的熱量快速傳遞至基片、使基片熱量快速傳遞至金屬外殼，功率芯片與基片、基片與外殼之間均采用錫焊工藝。在封裝方面，該電路采用了金屬外殼充氮全氣密性平行縫焊封裝，以確保電路封裝的高可靠性。電路通過工藝摸底試驗(yàn)驗(yàn)證了其工藝可行性。HG9401B的邏輯控制也較復(fù)雜，但由于用于脈沖式控制自鎖閥的開、關(guān)工作，電路的整個(gè)功率較小，屬于小功率電路，采用雙列直插式32引線晉書外殼全氣密性封裝結(jié)構(gòu)形式，能夠滿足電路的散熱要求。在EMC設(shè)計(jì)方面，兩種模塊均設(shè)置了管殼屏蔽地(GNDS)，能有效地保護(hù)電路遭受外部電磁環(huán)境的影響。同時(shí)，電路內(nèi)部的功率地與二次電源地獨(dú)立布線，防止電源間的相互影響及強(qiáng)電流對(duì)控制信號(hào)的影響。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種多路閥門驅(qū)動(dòng)的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，其包括多組功率開關(guān)，每一組功率開關(guān)作為一路閥門的輸出，其中:所述功率開關(guān)包括第一功率MOS管V1、第二功率MOS管V2、第三功率MOS管V3、第四功率MOS管V4，所述第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2串聯(lián)而成的左橋臂作為第一上下橋臂驅(qū)動(dòng)端，所述第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4串聯(lián)而成的右橋臂作為第二上下橋臂驅(qū)動(dòng)端，所述左橋臂與右橋臂并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路閥門驅(qū)動(dòng)的VMOS混膜集成芯片，其特征在于， 當(dāng)?shù)谝还β蔒OS管Vl的端口 AOl、第二功率MOS管V2的端口 A02為高電平，而第三功率MOS管V3的端口 A03、第四功率MOS管V4的端口 A04為低電平時(shí)，第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2導(dǎo)通，第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4截止，即該組功率開關(guān)的左橋臂導(dǎo)通； 當(dāng)?shù)谌β蔒OS管V3的端口 A03、第四功率MOS管V4的端口 A04為高電平，而第一功率MOS管Vl的端口 AOl、第二功率MOS管V2的端口 A02為低電平時(shí)，第一功率MOS管Vl和第二功率MOS管V2截止，第三功率MOS管V3和第四功率MOS管V4導(dǎo)通，即該組功率開關(guān)的右橋臂導(dǎo)通； 第一功率MOS管Vl的端口 AOl、第二功率MOS管V2的端口 A02、第三功率MOS管V3的端口 A03和第四功率MOS管V4的端口 A04全為高電平時(shí)，該組功率開關(guān)的左橋臂、右橋臂均導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多路閥門驅(qū)動(dòng)的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，其外殼采用10#鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多路閥門驅(qū)動(dòng)的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，單路最大工作電流為4.5A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多路閥門驅(qū)動(dòng)的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，其外殼米用可伐鉻金。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多路閥門驅(qū)動(dòng)的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，單路最大工作電流為3A。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多路閥門驅(qū)動(dòng)的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，二次電源電壓為+5V、+12V，功率電源電壓為+28V。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多路閥門驅(qū)動(dòng)的VMOS混膜集成芯片，其特征在于，功率開關(guān)的組數(shù)為4組，分別驅(qū)動(dòng)4路負(fù)載。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多路閥門驅(qū)動(dòng)的VMOS混膜集成芯片，其包括多組功率開關(guān)，每一組功率開關(guān)作為一路閥門的輸出，所述功率開關(guān)包括第一功率MOS管V1、第二功率MOS管V2、第三功率MOS管V3、第四功率MOS管V4，V1和V2串聯(lián)而成的左橋臂作為第一上下橋臂驅(qū)動(dòng)端，V3和V4串聯(lián)而成的右橋臂作為第二上下橋臂驅(qū)動(dòng)端，所述左橋臂與右橋臂并聯(lián)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了單芯片的多路閥門驅(qū)動(dòng)和整器的減重減小體積的要求求，減少了板極線的內(nèi)部互連，精簡(jiǎn)了板級(jí)布線設(shè)計(jì)并且芯片簡(jiǎn)潔可靠，該芯片將在航天領(lǐng)域具有重大的意義。
文檔編號(hào)H01L25/07GK103151342SQ20131004580
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者黃柳鶯, 范曉琳, 張毅, 李奕輝, 王睿 申請(qǐng)人:上海空間推進(jìn)研究所