智能功率模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型適用于電子器件技術(shù)，提供了一種智能功率模塊，智能功率模塊包括金屬基板，其中一表面覆蓋有絕緣層；電路布線層，形成于所述絕緣層表面；多個(gè)IGBT管，設(shè)置在所述電路布線層上的預(yù)設(shè)位置；柵極驅(qū)動(dòng)管，數(shù)量與所述IGBT管相同，每個(gè)所述柵極驅(qū)動(dòng)管分別作為相應(yīng)的所述IGBT管的驅(qū)動(dòng)電路，且每個(gè)所述柵極驅(qū)動(dòng)管的驅(qū)動(dòng)端與所述IGBT管的柵極電連接的走線長度相同；金屬線，連接于所述電路布線層、IGBT管和柵極驅(qū)動(dòng)管之間以形成預(yù)設(shè)電路。保證從柵極驅(qū)動(dòng)管到IGBT管柵極的走線可以做到相同，使得IGBT管動(dòng)態(tài)特性的相同性，并且也不會(huì)增加智能功率模塊的走線。
【專利說明】智能功率模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電子器件制造工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種智能功率模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]智能功率模塊(Intelligent Power Module, IPM)是一種將電力電子和集成電路技術(shù)結(jié)合的功率驅(qū)動(dòng)類產(chǎn)品。IPM把功率開關(guān)器件和高壓驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，并內(nèi)藏有過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路。IPM—方面接收MCU (Microprogrammed ControlUnit，微程序控制器)的控制信號，驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路工作，另一方面將系統(tǒng)的狀態(tài)檢測信號送回MCU。與傳統(tǒng)分立方案相比，IPM以其高集成度、高可靠性等優(yōu)勢贏得越來越大的市場，尤其適合于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器及各種逆變電源，是變頻調(diào)速，冶金機(jī)械，電力牽引，伺服驅(qū)動(dòng)，變頻家電的一種理想電力電子器件。
[0003]現(xiàn)行智能功率模塊100的電路原理如圖1 (A)所示:
[0004]HVIC (High Voltage Integrated Circuit,高壓集成電路)管 101 的 VCC 端作為智能功率模塊100的低壓區(qū)供電電源正端VDD，VDD —般為15V ；HVIC管101的HIN1端作為智能功率模塊100的U相上橋臂輸入端UHIN ；HVIC管101的HIN2端作為智能功率模塊100的V相上橋臂輸入端VHIN ；HVIC管101的HIN3端作為智能功率模塊100的W相上橋臂輸入端WHIN ；HVIC管101的LIN1端作為智能功率模塊100的U相下橋臂輸入端ULIN ；HVIC管101的LIN2端作為智能功率模塊100的V相下橋臂輸入端VLIN ；HVIC管101的LIN3端作為智能功率模塊100的W相下橋臂輸入端WLIN。在此，智能功率模塊100的U、V、W三相的六路輸入接收0?5V的輸入信號。
[0005]HVIC管101的GND端作為智能功率模塊100的低壓區(qū)供電電源負(fù)端COM ；HVIC管101的VB1端作為智能功率模塊100的U相高壓區(qū)供電電源正端UVB ;HVIC管101的H01端與U相上橋臂IGBT (Insulated Gate Bipolar Translator,絕緣柵門極晶體管)管121的柵極相連;HVIC管101的VS1端與IGBT管121的發(fā)射極、FRD (Fast Recovery Diode，快速恢復(fù)二極管)管111的陽極、U相下橋臂IGBT管124的集電極、FRD管114的陰極相連，并作為智能功率模塊100的U相高壓區(qū)供電電源負(fù)端UVS ；HVIC管101的VB2端作為智能功率模塊100的U相高壓區(qū)供電電源正端VVB ；HVIC管101的H03端與V相上橋臂IGBT管123的柵極相連；HVIC管101的VS2端與IGBT管122的發(fā)射極、FRD管112的陽極、V相下橋臂IGBT管125的集電極、FRD管115的陰極相連，并作為智能功率模塊100的W相高壓區(qū)供電電源負(fù)端WS ；HVIC管101的VB3端作為智能功率模塊100的W相高壓區(qū)供電電源正端WVB ；HVIC管101的H03端與W相上橋臂IGBT管123的柵極相連；HVIC管101的VS3端與IGBT管123的發(fā)射極、FRD管113的陽極、W相下橋臂IGBT管126的集電極、FRD管116的陰極相連，并作為智能功率模塊100的W相高壓區(qū)供電電源負(fù)端WVS ；HVIC管101的L01端與IGBT管124的柵極相連；HVIC管101的L02端與IGBT管125的柵極相連；HVIC管101的L03端與IGBT管126的柵極相連；IGBT管124的發(fā)射極與FRD管114的陽極相連，并作為智能功率模塊100的U相低電壓參考端UN ；IGBT管125的發(fā)射極與FRD管115的陽極相連，并作為智能功率模塊100的V相低電壓參考端VN ；IGBT管126的發(fā)射極與FRD管116的陽極相連，并作為智能功率模塊100的W相低電壓參考端WN。
[0006]IGBT管121的集電極、FRD管111的陰極、IGBT管122的集電極、FRD管112的陰極、IGBT管123的集電極、FRD管113的陰極相連，并作為智能功率模塊100的高電壓輸入端P，P —般接300V。
[0007]HVIC 管 101 的作用是:將輸入端 HIN1、HIN2、HIN3 和 LIN1、LIN2、LIN3 的 0 ?5V的邏輯信號分別傳到輸出端HO1、H02、H03和L01、L02、L03，其中HO1、H02、H03是VS?VS+15V的邏輯信號，L01、L02、L03是0?15V的邏輯信號。
[0008]參照圖1 (B)說明現(xiàn)有智能功率模塊100的結(jié)構(gòu)。圖1 (C)是智能功率模塊100的取出封裝樹脂后的俯視圖，圖1 (D)是圖1 (B)的X-X’線剖面圖。
[0009]智能功率模塊100具有如下結(jié)構(gòu)，其包括:電路基板206 ;設(shè)于電路基板206表面上的絕緣層207上形成的電路布線208 ;被固定在電路布線208上的IGBT管121?126、FRD管111?116、HVIC管101等元器件；連接元器件和電路布線208的金屬線205 ;與電路布線208連接的引腳201 ;電路基板206的至少一面被密封樹脂202密封，為了提高密封性，會(huì)將電路基板206全部密封，為了提高散熱性，會(huì)使鋁基板206的背面露出到外部的狀態(tài)下進(jìn)行密封。
[0010]從圖1 (C)可以看出，現(xiàn)行的智能功率模塊由1枚HVIC管控制6枚IGBT管，導(dǎo)致走線很長，線路間容易造成干擾；并且，由于從HVIC管到6枚IGBT管的距離不相同，導(dǎo)致6枚IGBT管的驅(qū)動(dòng)信號傳輸相同性難以控制；此外，因?yàn)榛迳系碾娐凡季€過多勢必增加基板的面積，導(dǎo)致現(xiàn)行智能功率模塊的面積加大，增加了智能功率模塊的制造成本，影響了智能功率模塊在低端領(lǐng)域的普及；另外，由于需要留出電路布線面積，導(dǎo)致元器件間距離較大，通過金屬線使元器件間產(chǎn)生連接的邦線較長，影響了邦線的可靠性，并且有在模制過程中有引起沖線的風(fēng)險(xiǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0011]本實(shí)用新型旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種保證走線少，功率器件的驅(qū)動(dòng)信號傳輸相同的智能功率模塊，可降低智能功率模塊的面積，保證其驅(qū)動(dòng)信號傳輸相同易于控制，提高可靠性及性能。
[0012]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種智能功率模塊，包括:
[0013]金屬基板，其中一表面覆蓋有絕緣層；
[0014]電路布線層，形成于所述絕緣層表面；
[0015]多個(gè)IGBT管，設(shè)置在所述電路布線層上的預(yù)設(shè)位置；
[0016]柵極驅(qū)動(dòng)管，數(shù)量與所述IGBT管相同，每個(gè)所述柵極驅(qū)動(dòng)管分別作為相應(yīng)的所述IGBT管的驅(qū)動(dòng)電路，且每個(gè)所述柵極驅(qū)動(dòng)管的驅(qū)動(dòng)端與所述IGBT管的柵極電連接的走線長度相同；
[0017]金屬線，連接于所述電路布線層、IGBT管和柵極驅(qū)動(dòng)管之間以形成預(yù)設(shè)電路。
[0018]進(jìn)一步地，多個(gè)所述柵極驅(qū)動(dòng)管分別設(shè)置于多個(gè)所述IGBT管的發(fā)射極上，所述柵極驅(qū)動(dòng)管的驅(qū)動(dòng)端通過所述金屬線與所述IGBT管的柵極連接。
[0019]進(jìn)一步地，所述電路布線層上用于設(shè)置所述IGBT管的預(yù)設(shè)位置呈陣列排布。[0020]進(jìn)一步地，多個(gè)所述柵極驅(qū)動(dòng)管包括數(shù)量相等的HVIC管和LVIC管。
[0021]進(jìn)一步地，所述柵極驅(qū)動(dòng)管為6個(gè)，其中包括3個(gè)HVIC管和3個(gè)LVIC管。
[0022]進(jìn)一步地，還包括數(shù)量與所述IGBT管相同的FRD管，多個(gè)FRD管分別通過所述IGBT管固定于所述電路布線層。
[0023]進(jìn)一步地，所述FRD管的陰極固定于所述IGBT管的集電極、陽極通過所述金屬線與所述IGBT管的發(fā)射極電連接。
[0024]進(jìn)一步地，還包括引腳，所述電路布線層包括靠近所述金屬基板的表面邊緣的引腳焊盤，所述引腳與所述引腳焊盤連接并自所述基板向外延伸。
[0025]進(jìn)一步地，還包括密封層，所述密封層包覆于所述基板中覆蓋有所述絕緣層相對的表面區(qū)域以外的所有表面。
[0026]上述智能功率模塊的有益效果是:由各自獨(dú)立的柵極驅(qū)動(dòng)管配置在對應(yīng)IGBT管上，從柵極驅(qū)動(dòng)管到IGBT管柵極的走線可以做到相同，從而可有效保證IGBT管動(dòng)態(tài)特性的相同性；而且柵極驅(qū)動(dòng)管的走線不再是一個(gè)區(qū)域的集中式走線，設(shè)置多個(gè)各自獨(dú)立的柵極驅(qū)動(dòng)管可以減少走線到柵極驅(qū)動(dòng)管的距離，使得走線大大減少，減少走線過長帶來的不穩(wěn)定性同時(shí)也節(jié)省電路布線層的面積，從而使智能功率模塊的金屬基板的面積大幅減小，使成本進(jìn)一步降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1 (A)為現(xiàn)有的智能功率模塊的電路原理圖；
[0028]圖1 (B)為現(xiàn)有的智能功率模塊的正面圖；
[0029]圖1 (C)為現(xiàn)有的智能功率|吳塊的取出封裝樹脂后的俯視圖結(jié)構(gòu)不意圖；
[0030]圖1 (D)為圖1 (B)的X-X，線剖面圖；
[0031]圖2 (A)為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的智能功率模塊的電路原理圖；
[0032]圖2 (B)為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的智能功率模塊的正面圖；
[0033]圖2 (C)是圖2 (B)的俯視圖結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2 (D)是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中的圖2 (B)中沿X_X’線的剖面圖；
[0035]圖3 (A)為本實(shí)用新型另一實(shí)施例提供的智能功率模塊的電路原理圖；
[0036]圖3 (B)為本實(shí)用新型另一實(shí)施例提供的智能功率|旲塊的俯視圖結(jié)構(gòu)7]^意圖；
[0037]圖3 (C)是本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例中的剖面圖；
[0038]圖4 (A)、4 (B)是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的設(shè)置基板、絕緣層及電路布線層的工序;
[0039]圖5 (A)、5 (B)為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的設(shè)置IGBT管、FRD管、引腳的工序；
[0040]圖6 (A)、6 (B)為本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供的設(shè)置柵極驅(qū)動(dòng)管的工序；
[0041]圖7 (A)、7 (B)為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的進(jìn)行邦線連接及清洗工序；
[0042]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的密封工序；
[0043]圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的進(jìn)行引腳切筋成型并進(jìn)行測試的工序。
【具體實(shí)施方式】
[0044]為了使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0045]結(jié)合圖2 (A)、2 (B)、2 (C)、2 (D)，在一個(gè)實(shí)施例中，智能功率模塊1包括金屬基板306、絕緣層307、電路布線層308、多個(gè)IGBT管20、數(shù)量與IGBT管20相同的FRD管10、數(shù)量與IGBT管20相同的柵極驅(qū)動(dòng)管40和金屬線305。
[0046]金屬基板306其中一表面覆蓋有絕緣層307。電路布線層308形成于絕緣層307的表面。多個(gè)IGBT管20設(shè)置在電路布線層308上的預(yù)設(shè)位置308A ;柵極驅(qū)動(dòng)管40數(shù)量與IGBT管20相同，每個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)管40分別作為相應(yīng)的IGBT管20的驅(qū)動(dòng)電路，且每個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)管40的驅(qū)動(dòng)端(HO、L0)與IGBT管20的柵極電連接的走線長度相同。金屬線305連接于電路布線層308、IGBT管20和柵極驅(qū)動(dòng)管40之間以形成預(yù)設(shè)電路。從柵極驅(qū)動(dòng)管40到IGBT管20柵極的走線可以做到相同，從而可有效保證IGBT管20動(dòng)態(tài)特性的相同性。
[0047]在優(yōu)選的實(shí)施例中，多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)管40分別設(shè)置于多個(gè)IGBT管20的發(fā)射極上，柵極驅(qū)動(dòng)管40的驅(qū)動(dòng)端(如圖2 (A)所示的HO、L0)通過金屬線305與IGBT管20的柵極連接。在其他實(shí)施方式中，柵極驅(qū)動(dòng)管40可以設(shè)置于相應(yīng)的IGBT管20的一側(cè)，也可以保證從柵極驅(qū)動(dòng)管40到IGBT管20柵極的走線可以做到相同，并且也不會(huì)增加智能功率模塊1的走線。
[0048]進(jìn)一步地，智能功率模塊1還包括引腳301，在金屬基板306的邊緣，形成有用于配置引腳301的引腳焊盤308B。電路布線層308包括靠近金屬基板306的表面邊緣的引腳焊盤308B，引腳301與引腳焊盤308B連接并自金屬基板向外延伸。根據(jù)功能需要，也可在金屬基板306的一邊、兩邊、三邊或四邊附近設(shè)置多個(gè)用于配置引腳301的引腳焊盤308B。
[0049]在優(yōu)選的實(shí)施例中，多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)管40包括數(shù)量相等的用于驅(qū)動(dòng)上橋臂的HVIC管和驅(qū)動(dòng)下橋臂的LVIC (Low Voltage Integrated Circuits,低壓集成電路)管。參考3(A)和3 (B)，柵極驅(qū)動(dòng)管40為6個(gè)，分別標(biāo)號為41、42、43、44、45、46，其中包括3個(gè)HVIC管 41、42、43 和 3 個(gè) LVIC 管 44、45、46。
[0050]在優(yōu)選的實(shí)施例中，電路布線層308上用于設(shè)置IGBT管20的預(yù)設(shè)位置308A呈陣列排布。電預(yù)設(shè)位置308A數(shù)量與IGBT管20相同，并用以固定IGBT管20的電路圖案，而且該用于設(shè)置IGBT管20的預(yù)設(shè)位置308A呈陣列排布。具體是，根據(jù)金屬基板306的形狀以及引腳301所設(shè)置的位置，為減少引腳301與IGBT管20、柵極驅(qū)動(dòng)管40的電路布線長度，預(yù)設(shè)位置308A的可以是矩陣排布、圓形陣列排布等。
[0051]如圖2 (A)、2 (C)所示，本實(shí)施例中，智能功率模塊1還包括數(shù)量與IGBT管20相同的FRD管10，多個(gè)FRD管10分別通過IGBT管20固定于電路布線層308。進(jìn)一步地，F(xiàn)RD管10的陰極固定于IGBT管20的集電極、FRD管10的陽極通過金屬線305與IGBT管20的發(fā)射極電連接。
[0052]IGBT管20和FRD管10被固定在電路布線層308上構(gòu)成規(guī)定的電路。在此，6枚IGBT管20的具有發(fā)射極和柵極的面朝上、具有集電極的面朝下安裝，F(xiàn)RD管1的具有陽極的面朝上、具有陰極的面朝下安裝
[0053]電路布線層308由銅等金屬構(gòu)成，電路布線層308根據(jù)預(yù)設(shè)的電路形成于金屬基板306上的特定位；根據(jù)功率需要，可設(shè)計(jì)成0.035mm或0.07mm等的厚度，對于一般的智能功率模塊，優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)成0.07mm，本實(shí)施例中采用0.07mm的厚度。[0054]參考圖3 (A)、3 (B)和3 (C)，以相關(guān)電路原理進(jìn)一步說明智能功率模塊1的【具體實(shí)施方式】。
[0055]HVIC管41被固定IGBT管21上，HVIC管42被固定IGBT管22上，HVIC管43被固定IGBT管23上，LVIC管44被固定IGBT管24上，LVIC管45被固定IGBT管25上，LVIC管46被固定IGBT管26上。在此，HVIC管41、42、43和LVIC管44、45、46在IGBT管上被固定的位置為IGBT管的發(fā)射極，對于一般的額定電流為30A的IGBT管20，發(fā)射極的面積不會(huì)小于6mm2，對于一般的單臂HVIC管41、42、43和單臂LVIC管44、45、46，面積不會(huì)大于
mm2 ο
[0056]U相上橋臂輸出電路41 (HVIC管41)、V相上橋臂輸出電路41 (HVIC管42)、W相上橋臂輸出電路41 (HVIC管43)是3枚驅(qū)動(dòng)上橋臂IGBT管21、22、23的單臂HVIC管，他們的構(gòu)完全相同，作用是將輸入端HIN的0?5V的邏輯信號傳到輸出端(即驅(qū)動(dòng)端)H0，其中H0是VS?VS+15V的邏輯信號；由于VS的會(huì)在0?300V之間變化，所以U相上橋臂輸出電路、V相上橋臂輸出電路、W相上橋臂輸出電路需要耐高壓的流片工藝實(shí)現(xiàn)，有時(shí)為了降低成本，使用650V的工藝，有時(shí)為了降低耐壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，使用650V的SOI工藝。
[0057]U相下橋臂輸出電路(LVIC管44)、V相下橋臂輸出電路(LVIC管45)、W相下橋臂輸出電路(LVIC管46)是3枚驅(qū)動(dòng)下橋臂IGBT管24、25、26的單臂LVIC管，他們的構(gòu)完全相同，作用是將輸入端LIN的0?5V的邏輯信號傳到輸出端(即驅(qū)動(dòng)端)L0，其中L0是0?15V的邏輯信號；由于U相下橋臂輸出電路、V相下橋臂輸出電路、W相下橋臂輸出電路無需耐高壓的流片工藝實(shí)現(xiàn)，為了降低成本，LVIC管可以通過低成本的BIPOLAR或C0MS等低壓工藝實(shí)現(xiàn)。
[0058]U相上橋臂輸出電路41、U相下橋臂輸出電路44的VCC、V相上橋臂輸出電路42、V相下橋輸出電路45的VCC、W相上橋臂輸出電路43、W相下橋臂輸出電路44的VCC相連,并作為智能功率模塊1的VDD端，VDD是智能功率模塊1的低壓區(qū)供電電源，VDD —般為15V。
[0059]U相上橋臂輸出電路41的HIN端作為智能功率模塊1的U相上橋臂輸入端UHIN ；V相上橋臂輸出電路42的HIN端作為智能功率模塊1的V相上橋臂輸入端VHIN ；ff相上橋臂輸出電路43的HIN端作為智能功率模塊1的W相上橋臂輸入端WHIN ；U相下橋臂輸出電路44的LIN端作為智能功率模塊1的U相下橋臂輸入端ULIN ；V相下橋臂輸出電路45的LIN端作為智能功率模塊1的V相下橋臂輸入端VLIN ；ff相下橋臂輸出電路46的LIN端作為智能功率模塊1的W相下橋臂輸入端WLIN ;在此，智能功率模塊1的U、V、W三相的六路輸入接收0?5V的輸入信號。
[0060]U相上橋輸出電路41的GND端、V相上橋輸出電路42的GND端、W相上橋輸出電路43的GND端、U相下橋輸出電路44的GND端、V相下橋輸出電路45的GND端、W相下橋輸出電路46的GND端相連，并作為智能功率模塊1的COM端，COM為VDD供電電源的負(fù)端。
[0061]U相上橋臂輸出電路41的VB端作為智能功率模塊1的U相高壓區(qū)供電電源正端UVB ；V相上橋臂輸出電路42的VB端作為智能功率模塊1的V相高壓區(qū)供電電源正端VVB ；W相上橋臂輸出電路41的VB端作為智能功率模塊1的W相高壓區(qū)供電電源正端WVB ；U相上橋臂輸出電路41的H0端與IGBT管21的柵極相連，U相上橋臂輸出電路41的VS端與IGBT管21的射極、FRD管11的陽極、IGBT管24的集電極、FRD管14的陰極相連，并作為智能功率模塊1的υ相高壓區(qū)供電電源負(fù)端UVS ；V相上橋臂輸出電路42的H0端與IGBT管22的柵極相連，V相上橋臂輸出電路42的VS端與IGBT管22的射極、FRD管12的陽極、IGBT管25的集電極、FRD管15的陰極相連，并作為智能功率模塊1的V相高壓區(qū)供電電源負(fù)端VVS。
[0062]W相上橋臂輸出電路43的H0端與IGBT管23的柵極相連，W相上橋臂輸出電路43的VS端與IGBT管23的射極、FRD管13的陽極、IGBT管26的集電極、FRD管16的陰極相連，并作為智能功率模塊1的W相高壓區(qū)供電電源負(fù)端WVS。
[0063]IGBT管21的集電極、FRD管11的陰極、IGBT管22的集電極、FRD管12的陰極、IGBT管23的集電極、FRD管13的陰極相連，并作為智能功率模塊1的高電壓輸入端P，高電壓輸入端P —般接300V。
[0064]U相下橋臂輸出電路44的L0端與IGBT管24的柵極相連，IGBT管24的射極與FRD管14的陽極相連，并作為智能功率模塊1的U相低電壓參考端UN ;V相下橋臂輸出電路45的L0端與IGBT管25的柵極相連，IGBT管25的射極與FRD管15的陽極相連，并作為智能功率模塊1的V相低電壓參考端VN ；ff相下橋臂輸出電路46的L0端與IGBT管26的柵極相連，IGBT管26的射極與FRD管16的陽極相連，并作為智能功率模塊1的W相低電壓參考端WN。
[0065]參照圖3 (B)、3 (C)，另一實(shí)施例的智能功率模塊1的結(jié)構(gòu)圖。
[0066]本實(shí)用新型的智能功率模塊1具有在表面上形成有由絕緣層307的金屬基板306，配置在絕緣層307上的電路布線層308，配置在電路布線層308上的IGBT管21、IGBT管22、IGBT 管 23、IGBT 管 24、IGBT 管 25、IGBT 管 26 和 FRD 管 11、FRD 管 12、FRD 管 13、FRD管14、FRD管15、FRD管16，配置在電路布線層308的邊緣部分的引腳301，用于連使上述各元素間形成電連接的金屬線305，和密封該電路且至少完全覆蓋金屬基板306上表面所有元素的密封樹脂302。
[0067]以下以一個(gè)實(shí)施例說明智能功率模塊1各構(gòu)成要素。
[0068]金屬基板306是由1100等材質(zhì)的鋁構(gòu)成的矩形板材。為了提高板材的耐腐蝕性，有時(shí)會(huì)對表面進(jìn)行陽極氧化，為了節(jié)約制造成本，在某些對抗腐蝕性要求不高的應(yīng)用場合，也可只對招材表面進(jìn)行拉絲處理。金屬基板306的厚度可選用1.5mm。
[0069]絕緣層307形成于金屬基板306至少一個(gè)表面，并在環(huán)氧樹脂等樹脂材料內(nèi)高濃度填充氧化鋁等填料提高熱導(dǎo)率。
[0070]電路布線層308由銅等金屬構(gòu)成，形成于金屬基板306上的特定位置，根據(jù)功率需要，可設(shè)計(jì)成0.035mm或0.07mm等的厚度，對于一般的智能功率模塊，優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)成
0.07mm，本實(shí)施例中采用0.07mm的厚度。特別地，在金屬基板306的邊緣，形成有用于配置引腳301的電路布線層308。在此，在金屬基板306的兩邊附近設(shè)置多個(gè)用于配置引腳301的電路布線層308，根據(jù)功能需要，也可在金屬基板306的一邊、三邊、四邊附近設(shè)置多個(gè)用于配置引腳301的電路布線層308。
[0071]IGBT管21?26和FRD管11?16被固定在電路布線層308上構(gòu)成規(guī)定的電路。在此，6枚IGBT管21?26的具有射極和柵極的面朝上、具有集電極的面朝下安裝，F(xiàn)RD管11?16的具有陽極的面朝上、具有陰極的面朝下安裝。
[0072]HVIC管41被固定IGBT管21上，HVIC管42被固定IGBT管22上，HVIC管43被固定IGBT管23上，LVIC管44被固定IGBT管24上，LVIC管45被固定IGBT管25上，LVIC管46被固定IGBT管26上。在此，HVIC管21、22、23和LVIC管24、25、26在IGBT管21?26上被固定的位置為IGBT管21?26的發(fā)射極，對于一般的額定電流為30A的IGBT管，發(fā)射極的面積不會(huì)小于6mm2，對于一般的單臂HVIC管21、22、23和單臂LVIC管24、25、26，面積不會(huì)大于2mm2。
[0073]金屬線15可以是鋁線、金線或銅線，通過邦定使各電路元件(如圖2 (C)所示的IGBT管20、FRD管10、柵極驅(qū)動(dòng)管40)和電路布線層308之間建立電連接關(guān)系，有時(shí)還用于使引腳301和電路布線層308建立電連接關(guān)系。
[0074]引腳301被固定在設(shè)于金屬基板306邊緣的電路布線層308上，其具有例如與外部進(jìn)行輸入、輸出的作用。在此，設(shè)計(jì)成相對兩邊上設(shè)有多條引腳301，引腳301和電路布線層308通過焊錫等導(dǎo)電電性粘結(jié)劑焊接。引腳301—般采用銅等金屬制成，銅表面通過化學(xué)鍍和電鍍形成一層鎳錫合金層，合金層的厚度一般為5 μ m,鍍層可保護(hù)銅不被腐蝕氧化，并可提高可焊接性。
[0075]密封層302可通過傳遞模方式使用熱硬性樹脂模制，也可通過注入模方式使用熱塑性樹脂模制。在此，密封層302完全密封金屬基板306上表面上的所有兀素，而對于致密性要求高的智能功率模塊，一般會(huì)對金屬基板306的整體也進(jìn)行密封處理，本實(shí)施例中，為了提高智能功率模塊的散熱性，金屬基板306的背面了露出。
[0076]參考3(C)，上述智能功率模塊1由各自獨(dú)立的柵極驅(qū)動(dòng)管40配置在對應(yīng)IGBT管20上，從柵極驅(qū)動(dòng)管40到IGBT管20柵極的走線長度可以做到相同，從而可有效保證IGBT管20動(dòng)態(tài)特性的相同性，使得IGBT管10的驅(qū)動(dòng)信號傳輸相同性易于控制；柵極驅(qū)動(dòng)管40的走線不再是到一個(gè)區(qū)域的集中式走線，設(shè)置多個(gè)各自獨(dú)立的柵極驅(qū)動(dòng)管40可以減少走線到柵極驅(qū)動(dòng)管40的距離，使得走線大大減少，減少走線過長帶來的不穩(wěn)定性同時(shí)也節(jié)省電路布線層的面積，從而使智能功率模塊1的金屬基板306的面積大幅減小，使成本進(jìn)一步降低。
[0077]結(jié)合圖4至圖9，一種智能功率模塊的制造方法，包括以下步驟:
[0078]步驟S11，制作金屬基板306，并于金屬基板306的其中一表面覆蓋絕緣層307，于絕緣層307表面布設(shè)電路布線層308。
[0079]步驟S12，于電路布線層308上的多個(gè)預(yù)設(shè)位置308A配設(shè)IGBT管20。
[0080]步驟S13，設(shè)置數(shù)量與IGBT管20相同且分別作為相應(yīng)的IGBT管20的驅(qū)動(dòng)電路的柵極驅(qū)動(dòng)管40，其中，每個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)管40的驅(qū)動(dòng)端與IGBT管20的柵極電連接的走線長度相同。
[0081]步驟S14，于電路布線層308、IGBT管20和柵極驅(qū)動(dòng)管40之間連接金屬線305以形成預(yù)設(shè)電路。
[0082]在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟S11具體包括:將多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)管40分別設(shè)置于多個(gè)IGBT管20的發(fā)射極上；將柵極驅(qū)動(dòng)管40的驅(qū)動(dòng)端(HO、L0)通過金屬線305與IGBT管20的柵極連接。在其他實(shí)施方式中，柵極驅(qū)動(dòng)管40可以設(shè)置于相應(yīng)的IGBT管20的一側(cè)，也可以保證從柵極驅(qū)動(dòng)管40到IGBT管20柵極的走線可以做到相同，并且也不會(huì)增加智能功率模塊1的走線。
[0083]在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟S12中，電路布線層308上用于設(shè)置IGBT管20的預(yù)設(shè)位置308A呈陣列排布。電預(yù)設(shè)位置308A數(shù)量與IGBT管20相同，并用以固定IGBT管20的電路圖案，而且該用于設(shè)置IGBT管20的預(yù)設(shè)位置308A呈陣列排布。具體是，根據(jù)金屬基板306的形狀以及引腳301所設(shè)置的位置，為減少引腳301與IGBT管20、柵極驅(qū)動(dòng)管40的電路布線長度，預(yù)設(shè)位置308A的可以是矩陣排布、圓形陣列排布等。
[0084]在優(yōu)選的實(shí)施例中，多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)管40包括數(shù)量相等的HVIC管和LVIC管。參考
3(A)和3 (B)，柵極驅(qū)動(dòng)管40為6個(gè)，分別標(biāo)號為41、42、43、44、45、46，其中包括3個(gè)HVIC管 41、42、43 和 3 個(gè) LVIC 管 44、45、46。
[0085]在優(yōu)選的實(shí)施例中，在步驟S12之后還包括:設(shè)置數(shù)量與IGBT管20相同的FRD管，該多個(gè)FRD管分別通過IGBT管20固定于電路布線層308。
[0086]其中，將FRD管的陰極固定于IGBT管20的集電極、陽極通過金屬線305與IGBT管20的發(fā)射極電連接。
[0087]在另一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型智能功率模塊的制造方法包括:在鋁基板306表面上設(shè)置絕緣層307的工序；在絕緣層307307的表面上形成電路布線層3308工序；在電路布線層308配置多個(gè)IGBT管和FRD管10的工序；在IGBT管20上配置HVIC管41?43和LVIC管44?46的工序；用金屬線305連接各電路元件和電路布線306的工序；烘烤并模制的工序；對引腳301進(jìn)行成型的工序；進(jìn)行功能測試的工序。
[0088]以下說明的各工序的詳細(xì)情況。
[0089]第一工序:參照圖4，本工序是在大小合適的鋁基板上形成絕緣層307并在絕緣層307表面形成電路布線的工序。
[0090]首先，參照俯視圖4 (A)和側(cè)視圖4 (B)，根據(jù)需要的電路布局準(zhǔn)備大小合適的鋁基板306，對于一般的智能功率模塊可選取44mmX 20mm的大小，兩面進(jìn)行防蝕處理。在鋁基板的至少一面的表面上設(shè)有絕緣層307。另外，在絕緣層307的表面粘貼有作為導(dǎo)電圖案的銅箔。然后將該工序制造的銅箔進(jìn)行蝕刻，局部地除去銅箔，形成電路布線層308。
[0091]在此，大小合適的鋁基板的形成可以通過直接對lmXlm的鋁材進(jìn)行沖切等方式形成，也可通過先lmXlm的鋁材形成V槽，然后剪切的方式形成。
[0092]第二工序:參照圖5，本工序是在電路布線層308上安裝IGBT管20、FRD管10和引腳301的工序。
[0093]參照俯視圖5 (A)和側(cè)視圖5 (B)，通過錫膏等焊料將IGBT管20、FRD管10和引腳301安裝在電路布線層308的規(guī)定位置。
[0094]在此，為了減小錫膏焊接后的空洞率，并且進(jìn)行成本控制，可以考慮使用具有氮?dú)獗Ｗo(hù)的回流爐進(jìn)行錫膏固定，如果成本允許，也可以考慮使用真空回流的形式。錫膏的融化溫度一般為280°C左右。
[0095]第三工序:參考圖6，本工序是在IGBT管20的射極位置安裝HVIC管和LVIC管的工序。
[0096]首先，參照俯視圖6(A)和側(cè)視圖6(B)，在IGBT管20上安裝HVIC管，在三個(gè)IGBT管20上安裝HVIC管，在三個(gè)IGBT管20上安裝LVIC管。在此，如果HVIC管和LVIC管的背面并非GND等電極，可以使用具有導(dǎo)電性的銀膠等作為固定材料，如果HVIC管和LVIC管的背面為GND等電極，可以使用非導(dǎo)電性的紅膠等作為固定材料。
[0097]其次，通過175°C烘烤的形式，將銀膠或紅膠固化，在此，銀膠或紅膠的固化溫度為170°C左右，固化時(shí)間約為2小時(shí)。因?yàn)楹婵緶囟冗h(yuǎn)低于錫膏的融化溫度，所以在此加熱過程中，不會(huì)影響到IGBT管20、FRD管10和引腳301的焊接效果。
[0098]第四工序:參考圖7，本工序是通過金屬線305在電路元件和電路布線層308間形成電連接的工序。
[0099]參照俯視圖7(A)和側(cè)視圖7(B)，進(jìn)行IGBT管20、FRD管10、柵極驅(qū)動(dòng)管40(HVIC管和LVIC管)和電路布線層308的邦線(金屬線305)連接。
[0100]根據(jù)通流能力需要，選擇適當(dāng)直徑的鋁線作為邦定線，對于用于信號控制的部分，如HVIC管和LVIC管，也可考慮使用15 μm的金線或38 μm的鋁線作為邦定線。對功率管部分，如IGBT管20和FRD管10，邦定使用200 μ m~400 μ m的鋁線。
[0101]考慮到邦線機(jī)臺震動(dòng)對邦定線的影響，可使用先邦粗線再邦細(xì)線的方式；出于防靜電考慮，可使用先邦細(xì)線再邦粗線的方式。具體根據(jù)機(jī)臺的震動(dòng)幅度和機(jī)臺邦頭的防靜電效果而定。
[0102]第五工序:參照圖8，說明由密封層302密封鋁基板306的工序。
[0103]在無氧環(huán)境中對金屬基板306進(jìn)行烘烤，烘烤時(shí)間不應(yīng)小于2小時(shí)，烘烤溫度和選擇125°C。將配置好引腳301的金屬基板306搬送到模型44及45。通過使引腳301的特定部分與固定裝置46接觸,進(jìn)行金屬基板306的定位。
[0104]合模時(shí)，在形成于模具50內(nèi)部的模腔中放置金屬基板306，然后由澆口 53注入密封樹脂。進(jìn)行密封的方法可采用使用熱硬性樹脂的傳遞模模制或使用熱硬性樹脂的注入模模制。而且，對應(yīng)自澆口 53注入的密封樹脂模腔內(nèi)部的氣體通過排氣口 54排放到外部。對于澆口 53位置的選擇，應(yīng)選擇不完全具有引腳301的一邊，即圖7 (A)的上邊，對于排氣口54的選擇，應(yīng)選擇完全具有引腳301的一邊，即圖7 (A)的下邊。
[0105]在此，金屬基板306的背面緊貼在下模45上，但仍會(huì)有少量密封樹脂進(jìn)入到金屬基板306的背面和下模型45之間，因此，在脫模后，需要進(jìn)行激光蝕刻或者研磨，將殘留在金屬基板306背面的少量密封樹脂去除，使金屬基板306的背面從密封樹脂露出，而金屬基板306的背面以上部分被密封樹脂密封。
[0106]第六工序:參照圖8，本工序是進(jìn)行引腳11切筋成型并進(jìn)行模塊功能測試的工序，上述的智能功率模塊1經(jīng)由此工序后制品完成。
[0107]在前工序即傳遞模模裝工序使除引腳301以外的其他部分都被密封樹脂密封。本工序根據(jù)使用的長度和形狀需要，例如，在虛線的位置將外部引腳301切斷，有時(shí)還會(huì)折彎成一定形狀，便于后續(xù)裝配。
[0108]然后將模塊放入測試設(shè)備中，進(jìn)行常規(guī)的電參數(shù)測試，一般包括絕緣耐壓、靜態(tài)功耗、遲延時(shí)間等測試項(xiàng)目，測試合格者為成品。
[0109]利用上述工序，完成圖2所示的智能功率模塊1。
[0110]以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種智能功率模塊，其特征在于，包括: 金屬基板，其中一表面覆蓋有絕緣層； 電路布線層，形成于所述絕緣層表面； 多個(gè)IGBT管，設(shè)置在所述電路布線層上的預(yù)設(shè)位置； 柵極驅(qū)動(dòng)管，數(shù)量與所述IGBT管相同，每個(gè)所述柵極驅(qū)動(dòng)管分別作為相應(yīng)的所述IGBT管的驅(qū)動(dòng)電路，且每個(gè)所述柵極驅(qū)動(dòng)管的驅(qū)動(dòng)端與所述IGBT管的柵極電連接的走線長度相同； 金屬線，連接于所述電路布線層、IGBT管和柵極驅(qū)動(dòng)管之間以形成預(yù)設(shè)電路。
2.如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，多個(gè)所述柵極驅(qū)動(dòng)管分別設(shè)置于多個(gè)所述IGBT管的發(fā)射極上，所述柵極驅(qū)動(dòng)管的驅(qū)動(dòng)端通過所述金屬線與所述IGBT管的柵極連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的智能功率模塊，其特征在于，所述電路布線層上用于設(shè)置所述IGBT管的預(yù)設(shè)位置呈陣列排布。
4.如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，多個(gè)所述柵極驅(qū)動(dòng)管包括數(shù)量相等的HVIC管和LVIC管。
5.如權(quán)利要求1、2或4所述的智能功率模塊，其特征在于，所述柵極驅(qū)動(dòng)管為6個(gè)，其中包括3個(gè)HVIC管和3個(gè)LVIC管。
6.如權(quán)利要求1、2或4所述的智能功率模塊，其特征在于，還包括數(shù)量與所述IGBT管相同的FRD管，多個(gè)FRD管分別通過所述IGBT管固定于所述電路布線層。
7.如權(quán)利要求6所述的智能功率模塊，其特征在于，所述FRD管的陰極固定于所述IGBT管的集電極、陽極通過所述金屬線與所述IGBT管的發(fā)射極電連接。
8.如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，還包括引腳，所述電路布線層包括靠近所述金屬基板的表面邊緣的引腳焊盤，所述引腳與所述引腳焊盤連接并自所述基板向外延伸。
9.如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，還包括密封層，所述密封層包覆于所述基板中覆蓋有所述絕緣層相對的表面區(qū)域以外的所有表面。
【文檔編號】H01L25/16GK203481230SQ201320587706
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】馮宇翔 申請人:廣東美的制冷設(shè)備有限公司