CN109427744B - Ipm模块、车辆及ipm模块的制作方法 - Google Patents

Ipm模块、车辆及ipm模块的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了IPM模块及车辆，包括底板、PCB板、DBC板和引线框架，DBC板上设有二极管芯片和功率半导体芯片，PCB板设于底板上，PCB板和底板均设于引线框架中，DBC板镶嵌于PCB板上镂空出的安装槽内，PCB板同时电气连接DBC板和引线框架；还提供了IPM模块的制作方法：在PCB板上镂空出安装槽；将DBC板镶嵌于安装槽内以与PCB板组合成承载板；将驱动IC设于PCB板上；将二极管芯片和功率半导体芯片设于DBC板上；将承载板设于底板上；将PCB板和底板设于引线框架中；电气连接DBC板、PCB板和引线框架。结构紧凑，缩减了整个IPM模块的体积，减少DBC板面积；DBC板经PCB板布线电气连接引线框架，节省绑线工序，减少键合线的绑线数量、长度，增加电气连接可靠性，加工方便，节省工时。

Description

IPM模块、车辆及IPM模块的制作方法
技术领域
本发明属于半导体封装技术领域，更具体地说，是涉及IPM模块、车辆及IPM模块的制作方法。
背景技术
智能功率模块(Intelligent Power Module，简称IPM)主要包括陶瓷覆铜板(Direct Bonding Copper，简称DBC)、二极管芯片、功率半导体芯片和PCB板(PrintedCircuit Board，简称PCB)。
如图1-2所示，现有IPM模块，内部通常用PCB板2′承载驱动IC 5′及整个驱动电路；DBC板3′承载功率半导体芯片7′和二极管芯片6′；引线框架4′固定底板1′及支撑于底板1′上的PCB板2′和DBC板3′；DBC板3′、PCB板2′、引线框架4′三者之间采用键合线8′或者端子压接的方式完成电气连接；此IPM模块具有能充分保护过流、短路和过热等复杂功能，具有高速开关、高耐压、大容量的特性，广泛应用于电机控制等领域，具有体积小、成本低、可靠性高及简易性、轻量性等优点。
在前述现有IPM模块中，DBC板3′上设置二极管芯片6′和功率半导体芯片7′与PCB板2′上设置驱动IC 5′是分两道工序完成的，通过需要两道焊接工序，即将二极管芯片6′和功率半导体芯片7′焊接于DBC板3′上，将驱动IC 5′焊接于PCB板2′上，而且需要使用较大面积的价格远远高于PCB板的DBC板，DBC板一般由三层材料组成，上下层材料为铜，中间层材料主要为铝氮化物或铝氧化物陶瓷；DBC板3′与PCB板2′位于不同高度且距离相隔较远，需绑定键合线8′的长度较长；由于考虑PCB板2′的固定，DBC板3′与引线框架4′之间距离较远，与电极端子(包括正极端子91′、负极端子92′和交流端子93′)导通的键合线8′需越过PCB板2′连接DBC板3′和引线框架4′；二极管芯片6′与功率半导体芯片7′之间以及二极管芯片6′与DBC板3′之间的整体连接工序较多；引线细长、多且复杂，空间及材料浪费较多，既不能保证电气连接的可靠性，又不利于减小IPM模块的体积，又不利于节省成本。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种IPM模块及车辆，以解决现有技术中存在的IPM模块体积大、电气连接不可靠的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种IPM模块，包括底板、PCB板、DBC板和引线框架，所述DBC板上承载有相互电气连接的二极管芯片和功率半导体芯片，所述PCB板设于所述底板上，所述PCB板和所述底板均设于所述引线框架中，所述PCB板上镂空形成有安装槽，所述DBC板镶嵌于所述安装槽内，所述DBC板电气连接所述PCB板，所述PCB板电气连接所述引线框架。
进一步地，还包括键合线，所述DBC板与所述PCB板之间通过键合线电气连接，还包括键合线，所述DBC板与所述PCB板之间通过所述键合线电气连接，所述PCB板与所述引线框架之间通过所述键合线电气连接或通过焊接的方式实现电气连接或通过压接的方式实现电气连接。
进一步地，所述安装槽设为两个，各所述安装槽内嵌有一块所述DBC板。
进一步地，所述键合线包括第一键合分线、第二键合分线、第三键合分线和第四键合分线；各所述DBC板上的所述二极管芯片和所述功率半导体芯片通过所述第一键合分线电气连接；一个所述DBC板上的所述功率半导体芯片通过所述第二键合分线电气连接所述PCB板，且该DBC板通过第三键合分线电气连接另一所述DBC板上的所述二极管芯片，且该另一所述DBC板通过所述第四键合分线电气连接所述PCB板。
进一步地，两块所述DBC板远离所述底板的一侧与所述PCB板远离底板的一侧平齐。
车辆，包括前述IPM模块。
本发明提供的IPM模块及车辆的有益效果在于：与现有技术相比，本发明IPM模块，将DBC板镶嵌于PCB板上的安装槽内，使DBC板与PCB板组合成一体结构，充分利用空间，使结构更紧凑，减少DBC板的面积，缩减了整个IPM模块的体积，节省了DBC板的材料，节约了成本；DBC板电气连接PCB板，再通过PCB板布线电气连接引线框架，利用PCB板布线的优势，减少了键合线的绑线数量、长度，节省了部分绑线工序，增加了电气连接的可靠性，加工方便，节省工时。
本发明的目的之二在于提供IPM模块的制作方法，以解决现有技术中存在的IPM模块体积大、电气连接不可靠的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种IPM模块的制作方法，包括如下步骤：
在PCB板上镂空出安装槽；
将DBC板镶嵌于所述安装槽内，使所述PCB板和所述DBC板组合成承载板；
将驱动IC设于所述PCB板上；
将二极管芯片和功率半导体芯片设于所述DBC板上；
将所述承载板设于底板上；
将所述PCB板和所述底板设于引线框架中；
电气连接所述DBC板和所述PCB板；
电气连接所述PCB板和引线框架。
进一步地，先将所述PCB板和所述DBC板组合成所述承载板，再将所述二极管芯片和所述功率半导体芯片固定于所述DBC板上。
进一步地，先将所述PCB板和所述DBC板组合成所述承载板，再将所述驱动IC、所述二极管芯片和所述功率半导体芯片固定于所述承载板上。
进一步地，先将所述PCB板和所述DBC板组合成所述承载板，再采用键合线电气连接所述DBC板和所述PCB板。
进一步地，电气连接所述PCB板和引线框架的步骤为：在所述PCB板上预设焊盘,将所述PCB板通过焊盘与所述引线框架的电极端子进行焊接。
本发明提供的IPM模块的制作方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明IPM模块的制作方法，将DBC板镶嵌于PCB板上的安装槽内，使DBC板与PCB板组合成承载板，既承载驱动IC及驱动电路，同时也承载功率半导体芯片和二极管芯片，充分利用空间，使结构更紧凑，缩减了整个IPM模块的体积，减少DBC板的面积，节省材料，节约了成本；DBC板电气连接PCB板，再通过PCB板布线电气连接引线框架，利用PCB板布线的优势，减少了键合线的绑线数量、长度，节省了部分绑线工序，增加了电气连接的可靠性，加工方便，节省工时。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有IPM模块的内部平面示意图；
图2为现有IPM模块的剖面示意图；
图3为本发明实施例提供的IPM模块的内部平面示意图；
图4为本发明实施例提供的IPM模块的剖面示意图。
其中，图中各附图标记：
1′-底板；2′-PCB板；3′-DBC板；4′-引线框架；5′-驱动IC；6′-二极管芯片；7′-功率半导体芯片；8′-键合线；91′-正极端子；92′-负极端子；93′-交流端子；
1-底板；2-PCB板；3-DBC板；4-引线框架；5-驱动IC；6-二极管芯片；7-功率半导体芯片；8-键合线；81-第一键合分线；82-第二键合分线；83-第三键合分线；84-第四键合分线；91-正极端子；92-负极端子；93-交流端子；10-焊盘。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件及类似用语，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
请一并参阅图3和图4，现对本发明提供的IPM模块进行说明。IPM模块，包括底板1、PCB板2、DBC板3和引线框架4，DBC板3上承载有二极管芯片6和功率半导体芯片7，PCB板2设于底板1上，PCB板2与底板1通过引线框架4固定，PCB板2上镂空形成有安装槽，DBC板3镶嵌于安装槽内，DBC板3电气连接PCB板2，PCB板2电气连接引线框架4。
本发明提供的IPM模块，与现有技术相比，将DBC板3镶嵌于PCB板2上的安装槽内，而使DBC板3与PCB板2组合成一体结构，充分利用空间，使结构更紧凑，减少DBC板3的面积，缩减了整个IPM模块的体积，节省了DBC板3的材料，节约了成本；DBC板3电气连接PCB板2，再通过PCB板2布线电气连接引线框架4，利用PCB板2布线的优势，减少了键合线8的绑线数量、长度，节省了部分绑线工序，增加了电气连接的可靠性，加工方便，节省工时，结构更为简单。
具体地，由于PCB板2上承载有驱动IC 5和驱动电路，DBC板3上承载有二极管芯片6和功率半导体芯片7，PCB板2和DBC板3分别设置其上的元件需要两道工序，因此优选DBC板3嵌入安装槽内并与PCB板2形成一个整体承载板后，再将驱动IC 5、二极管芯片6和功率半导体芯片7设置到承载板上，驱动IC 5的位置对应PCB板2，二极管芯片6和功率半导体芯片7的位置对应DBC板3，如此减少了一道工序，承载板既承载驱动IC 5及驱动电路，同时也承载功率半导体芯片7和二极管芯片6，DBC板3足以承载二极管芯片6和功率半导体芯片7即可,有利于大幅减少DBC板3的尺寸，节省成本；同时使IPM模块内部结构更为紧凑，减小IPM模块体积；还有利于减少键合线8的长度，取而代之的是PCB板2的走线，提升电气连接的可靠性。
进一步地，请一并参阅图3和图4，作为本发明提供的IPM模块的一种具体实施方式，还包括键合线8，DBC板3与PCB板2之间通过键合线8电气连接，PCB板2与引线框架4之间通过键合线8电气连接或者通过焊接的方式实现电气连接或者通过压接的方式实现电气连接。
DCB板镶嵌于PCB板2的安装槽内，DBC板3通过短键合线8即能电气连接PCB板2，并经PCB板2布线，且通过键合线8、焊接的方式或压接的方式电气连接PCB板2和引线框架4，最终实现IPM模块的线路设置；有利于减少DBC板3与PCB板2之间的键合线8的长度，利用PCB板2布线的优势，避免键合线8越过PCB板2连接DBC板3和引线框架4的端子，减少了键合线8的绑线数量、长度，节省了部分绑线工序，加工方便，节省工时，结构更为简单，电气连接更为可靠。PCB板2与引线框架4之间通过焊接或压接的方式实现电气连接时，能够进一步减少键合线8的使用。
进一步地，请一并参阅图3和图4，作为本发明提供的IPM模块的一种具体实施方式，安装槽设为两个，各安装槽内嵌有一块DBC板3。利用两个安装槽来镶嵌两块DBC板3，使得DBC板3与PCB板2组合成的整体承载板更为稳定，有利于保证电气连接的可靠性。
进一步地，请一并参阅图3和图4，作为本发明提供的IPM模块的一种具体实施方式，键合线8包括第一键合分线81、第二键合分线82、第三键合分线83和第四键合分线84；各DBC板3上的二极管芯片6和功率半导体芯片7通过第一键合分线81电气连接；一个DBC板3上的功率半导体芯片7通过第二键合分线82电气连接PCB板2，且该DBC板3通过第三键合分线83电气连接另一DBC板3上的二极管芯片6，且该另一DBC板3通过第四键合分线84电气连接PCB板2。
如此通过数段短键合分线(即第一键合分线81、第二键合分线82、第三键合分线83和第四键合分线84)来实现两个DBC板3与PCB板2之间的电气连接，再利用PCB板2走线最终实现DBC板3与引线框架4的电气连接，有利于减少绑线数量和绑线长度，且绑线操作更简单，既有利于节省成本，又有利于提升电气连接的可靠性。
进一步地，请一并参阅图3和图4，作为本发明提供的IPM模块的一种具体实施方式，两块DBC板3远离底板1的一侧与PCB板2远离底板1的一侧平齐，实际上使得DBC板3相对于底板1的高度和PCB板2相对于底板1的高度相同，一方面有利于减短键合线8的长度，另一方面有利于增加PCB板2与DBC板3之间电气连接的可靠性。
具体地，驱动IC 5可焊接于PCB板2上，二极管芯片6和功率半导体芯片7可焊接于DBC板3，有利于保证结构的稳固性，提升电气连接的可靠性。
进一步地，请一并参阅图3和图4，作为本发明提供的IPM模块的一种具体实施方式，PCB板2与引线框架4的电极端子之间可通过绑定键合线、焊接或压接的方式实现电气连接。焊接和压接既减少键合线8的使用，又有利于提升电气连接的可靠性；具体地，PCB板2通过焊盘10与引线框架4的电极端子焊接，电极端子包括正极端子91、负极端子92和交流端子93，PCB板2的两端分别对应正极端子91和负极端子92，交流端子93与DBC板3连接，电气连接更为可靠。
其中，二极管芯片优选为FRD芯片(Fast Recovery Diode，即快恢复二极管)简称)
其中，功率半导体芯片优选为IGBT芯片(Insulated Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极型晶体管)。
具体地，前述IPM模块可应用于车辆，作为车辆控制系统的硬件。
现对本发明提供的IPM模块的制作方法进行说明。IPM模块的制作方法，包括如下步骤：
S1：在PCB板2上镂空出安装槽；
S2：将DBC板3镶嵌于安装槽内，使PCB板2和DBC板3组合成承载板；
S3：将驱动IC 5设于PCB板2上；
S4：将二极管芯片6和功率半导体芯片7设于DBC板3上；
S5：将承载板设于底板1上；
S6：利用引线框架4固定PCB板2与底板1；
S7：电气连接DBC板3和PCB板2；
S8：电气连接PCB板2和引线框架4。
可用于制作前述IPM模块。
其中S1至S8，并不表示步骤顺序。
如图3和图4为一个半桥。
本发明提供的IPM模块的制作方法，与现有技术相比，将DBC板3镶嵌于PCB板2上的安装槽内，使DBC板3与PCB板2组合成承载板，既承载驱动IC 5及驱动电路，同时也承载功率半导体芯片7和二极管芯片6，充分利用空间，使结构更紧凑，缩减了整个IPM模块的体积，减少DBC板3的面积，节省材料，节约了成本；DBC板3电气连接PCB板2，再通过PCB板2布线电气连接引线框架4，利用PCB板2布线的优势，减少了键合线8的绑线数量、长度，节省了部分绑线工序，加工方便，节省工时。
具体地，二极管芯片可为FRD芯片(Fast Recovery Diode，即快恢复二极管)简称)
具体地，功率半导体芯片可为IGBT芯片(Insulated Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极型晶体管)。
进一步地，作为本发明提供的IPM模块的制作方法的一种具体实施方式，其中步骤S2和步骤S4的顺序为：先将PCB板2和DBC板3组合成承载板，再将二极管芯片6和功率半导体芯片7固定于DBC板3上。二极管芯片6和功率半导体芯片7具体可通过焊接的方式固定在承载板上。
承载板既承载驱动IC 5及驱动电路，同时也承载功率半导体芯片7和二极管芯片6，DBC板3足以承载二极管芯片6和功率半导体芯片7即可,有利于大幅减少DBC板3的使用面积，能将DBC板3的面积减少约2/3，节省成本；同时使IPM模块内部结构更为紧凑，减小IPM模块体积；还有利于减少键合线8的长度，取而代之的是PCB板2的走线，提升电气连接的可靠性。
进一步地，作为本发明提供的IPM模块的制作方法的一种具体实施方式，其中步骤S2、步骤S3和步骤S4的顺序为：先将DBC板3镶嵌于安装槽内，使PCB板2和DBC板3组合成承载板，再将驱动IC 5、二极管芯片6和功率半导体芯片7固定于承载板上，其中驱动IC 5位于PCB板2上，二极管芯片6和功率半导体芯片7位于DBC板3。驱动IC 5、二极管芯片6和功率半导体芯片7具体可通过焊接的方式固定在承载板上。
相对于现有需要两道工序来分别焊接PCB板2和DBC板3上的元件的方法，本发明仅需要一道工序即可完成驱动IC 5、二极管芯片6和功率半导体芯片7的设置，节省了一道工序；承载板既承载驱动IC 5及驱动电路，同时也承载功率半导体芯片7和二极管芯片6，DBC板3足以承载二极管芯片6和功率半导体芯片7即可,有利于大幅减少DBC板3的使用面积，能将DBC板3的面积减少约2/3，节省成本；同时使IPM模块内部结构更为紧凑，减小IPM模块体积；还有利于减少键合线8的长度，取而代之的是PCB板2的走线，提升电气连接的可靠性。
进一步地，作为本发明提供的IPM模块的制作方法的一种具体实施方式，先将PCB板2和DBC板3组合成承载板，再采用键合线8电气连接DBC板3和PCB板2。如此有利于减少绑线的数量和绑线的长度，简化绑线工序，操作简单，提高IPM板的生产效率，降低成产成本。采用键合线8电气连接DBC板3和PCB板2的具体方式可参考前述IPM模块中利用第一键合分线81、第二键合分线82、第三键合分线83和第四键合分线84的电气连接DBC板3和PCB板2的方案。
进一步地，作为本发明提供的IPM模块的制作方法的一种具体实施方式，步骤S8为：在PCB板2上预设焊盘10,将PCB板2通过焊盘10与引线框架4的电极端子进行焊接。保证PCB板2与引线框架4之间电气连接的可靠性，DBC板3实际上通过PCB板2的布线连接引线框架4，通过PCB板2的走线取代了部分键合线8，减少了键合线8的数量及长度，提升电气连接的可靠性，且操作简单。当然步骤S8也可为通过键合线8或压接的方式实现PCB板2与引线框架4之间的电气连接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.IPM模块，包括底板、PCB板、DBC板和引线框架，所述DBC板上承载有相互电气连接的二极管芯片和功率半导体芯片，所述PCB板设于所述底板上，所述PCB板和所述底板均设于所述引线框架中，其特征在于：所述PCB板上镂空形成有安装槽，所述DBC板镶嵌于所述安装槽内，所述DBC板电气连接所述PCB板，所述PCB板电气连接所述引线框架，所述DBC板通过PCB板布线电气连接引线框架。
2.如权利要求1所述的IPM模块，其特征在于：还包括键合线，所述DBC板与所述PCB板之间通过所述键合线电气连接，所述PCB板与所述引线框架之间通过所述键合线电气连接或通过焊接的方式实现电气连接或通过压接的方式实现电气连接。
3.如权利要求2所述的IPM模块，其特征在于：所述安装槽设为两个，各所述安装槽内嵌有一块所述DBC板。
4.如权利要求3所述的IPM模块，其特征在于：所述键合线包括第一键合分线、第二键合分线、第三键合分线和第四键合分线；各所述DBC板上的所述二极管芯片和所述功率半导体芯片通过所述第一键合分线电气连接；一个所述DBC板上的所述功率半导体芯片通过所述第二键合分线电气连接所述PCB板，且该DBC板通过第三键合分线电气连接另一所述DBC板上的所述二极管芯片，且该另一所述DBC板通过所述第四键合分线电气连接所述PCB板。
5.如权利要求4所述的IPM模块，其特征在于：两块所述DBC板远离所述底板的一侧与所述PCB板远离底板的一侧平齐。
6.一种车辆，其特征在于：包括如权利要求1-5中任一项所述的IPM模块。
7.IPM模块的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
在PCB板上镂空出安装槽；
将DBC板镶嵌于所述安装槽内，使所述PCB板和所述DBC板组合成承载板；
将驱动IC设于所述PCB板上；
将二极管芯片和功率半导体芯片设于所述DBC板上；
将所述承载板设于底板上；
将所述PCB板和所述底板设于引线框架中；
电气连接所述DBC板和所述PCB板；
电气连接所述PCB板和引线框架；所述DBC板通过PCB板布线电气连接引线框架。
8.如权利要求7所述的IPM模块的制作方法，其特征在于：先将所述PCB板和所述DBC板组合成所述承载板，再将所述二极管芯片和所述功率半导体芯片固定于所述DBC板上。
9.如权利要求7所述的IPM模块的制作方法，其特征在于：先将所述PCB板和所述DBC板组合成所述承载板，再将所述驱动IC、所述二极管芯片和所述功率半导体芯片固定于所述承载板上。
10.如权利要求7-9中任一项所述的IPM模块的制作方法，其特征在于：先将所述PCB板和所述DBC板组合成所述承载板，再采用键合线电气连接所述DBC板和所述PCB板。
11.如权利要求7-9中任一项所述的IPM模块的制作方法，其特征在于：电气连接所述PCB板和所述引线框架的步骤为：在所述PCB板上预设焊盘,将所述PCB板通过焊盘与所述引线框架的电极端子进行焊接。
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