CN109546871B - 用于空调器的功率集成模块及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于空调器的功率集成模块及其制造方法，所述功率集成模块包括：基板；设置在基板之上的多个凸起结构；设置在凸起结构之上的绝缘层；设置在绝缘层之上的第一至第三上桥臂开关管和第一至第三下桥臂开关管；设置在绝缘层之上的，用于驱动第一至第三上桥臂开关管的第一至第三高压驱动管；设置在绝缘层之上的，用于驱动第一至第三下桥臂开关管的第一至第三低压驱动管。该功率集成模块由独立的高、低压驱动管配置在对应开关管上，从而可以使得高、低压驱动管到相应的开关管栅极的走线做到一致，进而可有效保证开关管动态特性的一致性，而且可大量节省电路布线的面积，从而使智能功率模块的电路基板的面积大幅减小，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及空调器技术领域，特别涉及一种用于空调器的功率集成模块和一种功率集成模块的制造方法。
背景技术
功率集成模块，即IPM(Intelligent Power Module)，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品。功率集成模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动、变频家电的一种理想电力电子器件。
目前，功率集成模块100一般采用如图1A所示的电路结构，主要包括：第一至第七IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)121-127、第一至第七FRD(Fast Recovery Diode，快恢复二极管)111-117、大电流二极管118和HVIC(HighVoltage Integrated Circuit，高压集成电路)管101，其中，HVIC管101各端口与各元器件的连接方式可参照图1A所示，此处不再赘述。HVIC管101的作用是：将输入端HIN1、HIN2、HIN3、LIN1、LIN2、LIN3、PFCIN的0～5V的逻辑信号分别传到输出端HO1、HO2、HO3、LO1、LO2、LO3、POUT，其中HO1、HO2、HO3是VS～VS+15V的逻辑信号，LO1、LO2、LO3、POUT是0～15V的逻辑信号。
图1B是相关技术中功率集成模块的取出封装树脂后的俯视图。其中，201为引脚，205为金属线、207为绝缘层。从图1B可以看出，现行的变频空调用智能功率模块由1枚HVIC管控制第一至第七IGBT121-127，虽然PFC电路的加入满足了能效的要求，但是控制IC(即HVIC管101)到IGBT的走线很长，线路间容易造成干扰，使得工作频率很难提高，导致外置电感的电感量一般要设计得很大，进而导致装配困难，也提高了成本。并且，由于从HVIC管到6枚U、V、W相的IGBT管的距离不一致，导致6枚IGBT管的信号传输一致性难以控制，而HVIC管101控制第七IGBT管127的线距较长，也导致第七IGBT管127高速切换时的延迟和上升沿、下降沿都较缓。此外，因为基板上的电路布线过多势必增加基板的面积，导致现行智能功率模块的面积加大，增加了智能功率模块的制造成本，影响了智能功率模块在低端领域的普及，另外，由于需要留出电路布线面积，导致元器件间距离较大，通过金属线使元器件间产生连接的邦线较长，影响了邦线的可靠性，生产下线率很高。
发明内容
本发明旨在至少从一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于空调器的功率集成模块，该功率集成模块由独立的高、低压驱动管配置在对应开关管上，从而可以使得高、低压驱动管到相应的开关管栅极的走线做到一致，进而可有效保证开关管动态特性的一致性，而且可大量节省电路布线的面积，从而使智能功率模块的电路基板的面积大幅减小，在降低成本的同时可以提高产品生产的良率。
本发明的另一个目的在于提出一种功率集成模块的制造方法。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种用于空调器的功率集成模块，包括：基板；设置在所述基板之上的多个凸起结构；设置在所述凸起结构之上的绝缘层，所述凸起结构承托所述绝缘层；设置在所述绝缘层之上的第一上桥臂开关管、第二上桥臂开关管、第三上桥臂开关管；设置在所述绝缘层之上的第一下桥臂开关管、第二下桥臂开关管、第三下桥臂开关管；设置在所述绝缘层之上的，用于分别驱动所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管的第一高压驱动管、第二高压驱动管、第三高压驱动管；设置在所述绝缘层之上的，用于分别驱动所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管、所述第三下桥臂开关管的第一低压驱动管、第二低压驱动管、第三低压驱动管。
根据本发明实施例的用于空调器的功率集成模块，由独立的高、低压驱动管配置在对应开关管上，从而可以使得高、低压驱动管到相应的开关管栅极的走线做到一致，进而可有效保证开关管动态特性的一致性，而且可大量节省电路布线的面积，从而使智能功率模块的电路基板的面积大幅减小，在降低成本的同时可以提高产品生产的良率。
另外，根据本发明上述实施例提出的用于空调器的功率集成模块还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，上述的用于空调器的功率集成模块还包括：设置在所述基板之上的功率因数校正PFC单元；设置在所述基板之上的，用于驱动所述PFC单元的第四低压驱动管，其中，所述第一低压驱动管、第二低压驱动管、第三低压驱动管通过第二电压的BCD(Bipolar CMOS DMOS，双极—互补金属氧化物半导体—双重扩散金属氧化物半导体，一种可以将双极、CMOS、DMOS器件同时集成到单芯片上的集成电路技术)工艺或Bipolar(一种双极型集成电路技术)工艺实现。
根据本发明的一个实施例，所述基板为金属基板。
根据本发明的一个实施例，所述基板的厚度为0.5mm-1.0mm，所述凸起结构的高度为0.5mm-1.0mm，所述凸起结构的直径为0.8mm-1.2mm。
根据本发明的一个实施例，所述凸起结构为5-6个。
根据本发明的一个实施例，上述的用于空调器的功率集成模块还包括：设置在所述基板之下的散热器。
根据本发明的一个实施例，所述第一高压驱动管、所述第二高压驱动管、所述第三高压驱动管分别设置在所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管之上。
根据本发明的一个实施例，所述第一低压驱动管、所述第二低压驱动管、所述第三低压驱动管分别设置在所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管、所述第三下桥臂开关管之上。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种功率集成模块的制造方法，包括：提供基板；在所述基板上形成多个凸起结构；在所述凸起结构上形成绝缘层；在所述绝缘层之上形成第一上桥臂开关管、第二上桥臂开关管、第三上桥臂开关管和第一下桥臂开关管、第二下桥臂开关管、第三下桥臂开关管；以及在所述绝缘层之上形成分别驱动所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管的第一高压驱动管、第二高压驱动管、第三高压驱动管，以及分别驱动所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管、所述第三下桥臂开关管的第一低压驱动管、第二低压驱动管、第三低压驱动管。
根据本发明实施例的功率集成模块的制造方法，将独立的高、低压驱动管配置在对应开关管上，从而可以使得高、低压驱动管到相应的开关管栅极的走线做到一致，进而可有效保证开关管动态特性的一致性，而且可大量节省电路布线的面积，从而使智能功率模块的电路基板的面积大幅减小，在降低成本的同时可以提高产品生产的良率。
另外，根据本发明上述实施例提出的功率集成模块的制造方法还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述第一高压驱动管、所述第二高压驱动管、所述第三高压驱动管分别设置在所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管之上。
根据本发明的一个实施例，第一低压驱动管、所述第二低压驱动管、所述第三低压驱动管分别设置在所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管、所述第三下桥臂开关管之上。
附图说明
图1A是相关技术中功率集成模块的电路结构图；
图1B是相关技术中功率集成模块的俯视图；
图2A是根据本发明一个实施例的功率集成模块的电路图；
图2B是根据本发明第一个实施例的功率集成模块的结构图；
图2C是根据本发明一个实施例的功率集成模块的取出封装树脂后俯视图；
图2D是图2B的延X-X’线剖面图；
图3是根据本发明一个实施例的功率集成模块的制造方法的流程图；
图4A是根据本发明第一个实施例的功率集成模块的俯视图；
图4B是根据本发明第一个实施例的功率集成模块的侧视图；
图5A是根据本发明二个实施例的功率集成模块的俯视图；
图5B是根据本发明第二个实施例的功率集成模块的侧视图；
图6A是根据本发明三个实施例的功率集成模块的俯视图；
图6B是根据本发明第三个实施例的功率集成模块的侧视图；
图7A是根据本发明四个实施例的功率集成模块的俯视图；
图7B是根据本发明第四个实施例的功率集成模块的侧视图；
图8是根据本发明第五个实施例的功率集成模块的侧视图；
图9A是根据本发明二个实施例的功率集成模块的结构图；
图9B是图B的延X-X’线剖面图；
图10是根据本发明二个实施例的功率集成模块的制造方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的用于空调器的功率集成模块和功率集成模块的制造方法。
如图2A-2D所示，根据本发明的功率集成模块10包括：基板306、凸起结构309、绝缘层307、第一上桥臂开关管21、第二上桥臂开关管22、第三上桥臂开关管23、第一下桥臂开关管24、第二下桥臂开关管25、第三下桥臂开关管26、第一高压驱动管41、第二高压驱动管42、第三高压驱动管43、第一低压驱动管44、第二低压驱动管45、第三低压驱动管46。
其中，如图2A-2D所示，多个凸起结构309设置在基板306之上；绝缘层307设置在多个凸起结构309之上，凸起结构309承托绝缘层307。第一上桥臂开关管21、第二上桥臂开关管22、第三上桥臂开关管23设置在绝缘层307上，第一下桥臂开关管24、第二下桥臂开关管25、第三下桥臂开关管26设置在绝缘层307上，第一高压驱动管41、第二高压驱动管42、第三高压驱动管43设置在绝缘层307之上的，用于分别驱动第一上桥臂开关管21、第二上桥臂开关管22、第三上桥臂开关管23，第一低压驱动管44、第二低压驱动管45、第三低压驱动管46设置在绝缘层307之上，用于分别驱动第一下桥臂开关管24、第二下桥臂开关管25、第三下桥臂开关管266。第一至第三高压驱动管41-43通过第一电压的双极-互补金属氧化物半导体-双重扩散金属氧化物半导体BCD工艺或SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)工艺实现，第一至第三低压驱动管44-46通过第二电压的双极-互补金属氧化物半导体-双重扩散金属氧化物半导体BCD工艺或双极Bipolar工艺实现，其中，第一电压高于第二电压，例如第一电压可以为650V，第二电压可以为20V。
第一至第三上桥臂开关管21-23、第一至第三下桥臂开关管24-26可以为IGBT，第一至第三高压驱动管41-43可以为HVIC管，第一至第三低压驱动管44-46可以为LVIC管。
具体地，如图2A所示，U相第一高压驱动管41、V相第二高压驱动管42、W相第三高压驱动管43是3枚驱动上桥臂IGBT管(即第一至第三上桥臂开关管21-23)的单臂HVIC管，他们的构完全相同，作用是将输入端HIN的0～5V的逻辑信号传到输出端HO，其中HO是VS～VS+15V的逻辑信号；由于VS的会在0～300V之间变化，所以第一高压驱动管41、第二高压驱动管42、第三高压驱动管43需要耐高压的流片工艺实现，为了降低成本，可以使用650V的BCD工艺，为了降低耐压结构设计难度，可以使用650V的SOI工艺。
U相第一低压驱动管44、V相第二低压驱动管45、W相第三低压驱动管46是3枚驱动下桥臂IGBT管(第一至第三下桥臂开关管24-26)的单臂LVIC管，他们的构完全相同，作用是将输入端LIN的0～5V的逻辑信号传到输出端LO，其中LO是0～15V的逻辑信号。由于第一低压驱动管44、第二低压驱动管45、第三低压驱动管46不需要耐高压的流片工艺实现，为了降低成本，使用20V的Bipolar工艺，为了提高一致性，可以使用20V的BCD工艺。
根据本发明实施例的功率集成模块由独立的高、低压驱动管配置在对应开关管上，从而可以使得高、低压驱动管到相应的开关管栅极的走线做到一致，进而可有效保证开关管动态特性的一致性，而且可大量节省电路布线的面积，从而使智能功率模块的电路基板的面积大幅减小，在降低成本的同时可以提高产品生产的良率。
如图1A所示，本发明的用于空调器的功率集成模块还包括：第一至第六碳化硅SBD(Schottky Barrier Diode，肖特基二极管)管11-16，第一至第六碳化硅SBD管11-16与第一至第三上桥臂开关管21-23和第一至第三下桥臂开关管24-26对应连接。与传统硅材料相比，碳化硅SBD不但速度快，而且没有反向恢复电流，对整体电路的地线不产生电流噪声，对电路布线要求低，降低了开发成本，可以将线路布线得非常密，提高集成电路的集成度，进一步降低模块成本和体积。
根据本发明的一个实施例，如图2A所示，本发明的用于空调器的功率集成模块还包括：设置在基板306之上的功率因数校正PFC单元、设置在基板306之上的第四低压驱动管47。其中，第四低压驱动管47用于驱动PFC单元，第四低压驱动管47通过第二电压的BCD或Bipolar工艺实现。
具体地，功率因数校正PFC单元可以包括高速IGBT管27、小功率碳化硅SBD管17和高功率碳化硅SBD管18。第四低压驱动管47是驱动高速IGBT管27的单臂LVIC，为了节省成本，可以使用20V的Bipolar工艺进行流片，出于降低功耗考虑，也可以采用20V的BCD工艺。功率因数校正PFC单元采用碳化硅SBD管，不但速度快，而且没有反向恢复时间，即便工作在极高的频率下也不会造成EMI(Electro Magnetic Interference，电磁干扰)困扰，使提高功率因素校正电路的频率成为可能。
如图2A所示，U相第一高压驱动管41、所述U相第一低压驱动管44的VCC、第二高压驱动管42、V相第二低压驱动管45的VCC、W相第三高压驱动管43、W相第三低压驱动管44、第四低压驱动管47的VCC相连，并作为功率集成模块10的VDD端，VDD是功率集成模块10的低压区供电电源，VDD一般为15V。
U相第一高压驱动管41的HIN端作为功率集成模块10的U相上桥臂输入端UHIN；V相第二高压驱动管42的HIN端作为功率集成模块10的V相上桥臂输入端VHIN；W相第三高压驱动管43的HIN端作为功率集成模块10的W相上桥臂输入端WHIN；U相第一低压驱动管44的LIN端作为功率集成模块10的U相下桥臂输入端ULIN；V相下桥臂输出电路45的LIN端作为功率集成模块10的V相下桥臂输入端VLIN；W相第三低压驱动管46的LIN端作为功率集成模块10的W相下桥臂输入端WLIN；第四低压驱动管47的PIN端作为功率集成模块10的PFC电路输入端PFCIN。由此，功率集成模块10的U、V、W三相及功率因数校正PFC单元共七路输入接收0～5V的输入信号。
U相第一高压驱动管41的GND端、V相第二高压驱动管42的GND端、W相第三高压驱动管43的GND端、U相第一低压驱动管44的GND端、V相第二低压驱动管45的GND端、W相第三低压驱动管46的GND端、第四低压驱动管47的GND相连，并作为功率集成模块10的COM端，COM为VDD供电电源的负端。
U相第一高压驱动管41的VB端作为功率集成模块10的U相高压区供电电源正端UVB；V相第二高压驱动管42的VB端作为功率集成模块10的V相高压区供电电源正端VVB；W相第三高压驱动管41的VB端作为功率集成模块10的W相高压区供电电源正端WVB。
U相第一高压驱动管41的HO端与第一上桥臂开关管21的栅极相连，U相第一高压驱动管41的VS端与第一上桥臂开关管的射极、第一碳化硅SBD管11的阳极、第一下桥臂开关管24的集电极、第四碳化硅SBD管14的阴极相连，并作为功率集成模块10的U相高压区供电电源负端UVS。V相第二高压驱动管42的HO端与IGBT管22的栅极相连，所述V相上桥臂输出电路42的VS端与第二上桥臂开关管22的射极、第二碳化硅SBD管12的阳极、第二小乔比开关管25的集电极、第五碳化硅SBD管15的阴极相连，并作为功率集成模块10的V相高压区供电电源负端VVS。W相第三高压驱动管43的HO端与IGBT管23的栅极相连，所述W相上桥臂输出电路43的VS端与第三上桥臂开关管23的射极、第三碳化硅SBD管13的阳极、第三下桥臂开关管26的集电极、第六碳化硅SBD管16的阴极相连，并作为功率集成模块10的W相高压区供电电源负端WVS。
第一上桥臂开关管21的集电极、第一碳化硅SBD管11的阴极、第二上桥臂开关管22的集电极、第二碳化硅SBD管12的阴极、第三上桥臂开关管管23的集电极、第三碳化硅SBD管13的阴极、高功率碳化硅SBD管18的阴极相连，并作为功率集成模块10的高电压输入端P，P一般接300V。U相第一低压驱动管44的LO端与第一下桥臂开关管24的栅极相连，第一下桥臂开关管24的射极与第四碳化硅SBD管14的阳极相连，并作为功率集成模块10的U相低电压参考端UN。V相第二低压驱动管45的LO端与第二下桥臂开关管25的栅极相连，第二下桥臂开关管25的射极与第五碳化硅SBD管15的阳极相连，并作为功率集成模块10的V相低电压参考端VN。W相第三低压驱动管46的LO端与第三下桥臂开关管26的栅极相连，第三下桥臂开关管26的射极与第六碳化硅SBD管16的阳极相连，并作为功率集成模块10的W相低电压参考端WN；
第四第一驱动管47的POUT端与高速IGBT管27的栅极相连，高速IGBT管27的射极与小功率碳化硅SBD管17的阳极相连，高速IGBT管27的集电极与小功率碳化硅SBD管17的阴极、高功率碳化硅SBD管18的阳极相连。
在本发明中，基板可以为金属基板。
如图2B-2D所示，307绝缘层和基板306之间具有间隙，间隙中填充有密封树脂202。基板306的厚度可以为0.5mm-1.0mm，凸起结构309的高度可以为0.5mm-1.0mm，凸起结构309的直径可以为0.8mm-1.2mm。凸起结构309可以为5-6个。
具体地，如图2(B)所示，图2(C)是图2(B)的X-X’线的截面图，图2(D)是去掉密封树脂202后的俯视图。功率集成模块10具有：在表面上有突起结构309承托绝缘层307的基板306，配置在绝缘层307上的电路布线308，配置在电路布线18上的第一至第三上桥臂开关管21-23、第一至第三下桥臂开关管24-26、高速IGBT管27和第一至第六碳化硅SBD管11-17、高功率碳化硅SBD管18，配置在电路布线308的边缘部分的引脚301，用于连使上述各元素间形成电连接的金属线305，和密封该电路且至少完全覆盖绝缘层307上表面的所有元素的密封树脂302，密封树脂302还填充满绝缘层307和基板306之间的空隙。
通过注塑的方式在绝缘层307和基板306之间填充密封树脂来增强电路布线和基板306之间的绝缘，因此基板306是一种很薄的金属片，可以使用铜或铝材质，考虑到更低的成本，则使用铝，考虑到更高的导热性能，则使用铜，厚度可以设计为0.5mm～1.0mm，如果厚度太薄，会较容易造成形变，如果厚度太厚，会影响到成本。在金属片的特定位置，设计有厚度在1.0mm～0.5mm的突起结构309，突起结构309的直径在1mm左右，如果突起结构309的厚度低于0.5mm，有可能造成密封树脂302无法有效将间隙完全填充；突起结构309通常配置在绝缘层307另一面具备电路布线308的位置，突起结构309尽量分布在基板306的四周和中间，并且其总数量控制在5～6个，如果数量太小，无法形成对绝缘层307的有效承托，如果数量太多，不利于密封树脂302进入；基板306和突起结构309的总高度应控制在1.5mm左右。
绝缘层307是在环氧树脂等树脂材料内高浓度填充氧化铝等填料提高热导率，也可以加入二氧化硅、氮化硅、碳化硅等掺杂以达到更高的导热性，在此，掺杂可以是球形或角形。电路布线308由铜等金属构成，形成于绝缘层307上的特定位置，一般来说，可通过热压方式压合，通过蚀刻方式形成图形，根据功率需要，可设计成0.035mm或0.07mm等的厚度。在基板306的边缘，形成有用于配置引脚301的电路布线308。在基板306的两边附近设置多个用于配置引脚301的电路布线308，根据功能需要，也可在基板306的一边、三边、四边附近设置多个用于配置引脚301的电路布线308。
第一至第三上桥臂开关管21-23、第一至第三下桥臂开关管24-26、高速IGBT管27、第一至第六碳化硅SBD管11-16、小功率碳化硅SBD管17和高功率碳化硅SBD管18被固定在电路布线308上构成规定的电路。第一至第三上桥臂开关管21-23、第一至第三下桥臂开关管24-26具有射极和栅极的面朝上、具有集电极的面朝下安装，碳化硅SBD管的具有阳极的面朝上、具有阴极的面朝下安装。
如图2C所示，第一高压驱动管41、第二高压驱动管42、第三高压驱动管43分别设置在第一上桥臂开关管21、第二上桥臂开关管22、第三上桥臂开关管23之上；第一低压驱动管44、所述第二低压驱动管45、第三低压驱动管46分别设置在第一下桥臂开关管24、第二下桥臂开关管25、第三下桥臂开关管26之上。
具体而言，如图2C所示，第一高压驱动管41被固定在第一上桥臂开关管21上，第二高压驱动管42被固定在第二上桥臂开关管22上，第三高压驱动管43被固定在第三上桥臂开关管23上，第一低压驱动管44被固定在第一下桥臂开关管24上，第二低压驱动管管45被固定第二下桥臂开关管25上，第三低压驱动管管46被固定在第三下桥臂开关管26上，第四低压驱动管47被固定在高速IGBT管27上。且，高压驱动管和低压驱动端在开关管上被固定的位置为IGBT管的射极，对于一般的15A和30A的IGBT管，逆变部分的IGBT管(即21～26)，射极的面积不会小于3mm2，PFC部分的IGBT管(即27)，射极的面积不会小于6mm2，对于一般的单臂HVIC管和单臂LVIC管(即41-47)，面积不会大于2mm。由此，将独立的高、低压驱动管配置在对应开关管上，从而可以使得高、低压驱动管到相应的开关管栅极的走线做到一致，进而可有效保证开关管动态特性的一致性，而且可大量节省电路布线的面积，从而使智能功率模块的电路基板的面积大幅减小，在降低成本的同时可以提高产品生产的良率。
金属线305可以是铝线、金线或铜线，通过邦定使各电路元件和电路布线308之间建立电连接关系，有时还用于使引脚301和电路布线308建立电连接关系。引脚301被固定在设于基板306边缘的电路布线308上，其具有例如与外部进行输入、输出的作用。在此，设计成相对两边上设有多条引脚301，引脚301和电路布线308通过焊锡等导电性粘结剂焊接。引脚301一般采用铜等金属制成，铜表面通过化学镀和电镀形成一层镍锡合金层，合金层的厚度一般为5μm，镀层可保护铜不被腐蚀氧化，并可提高可焊接性。
密封树脂302可通过传递模方式使用热硬性树脂模制也可使用注入模方式使用热塑性树脂模制。在此，树脂302完全密封绝缘层307上表面的所有元素和基板306和绝缘层307下表面的间隙，而对于致密性要求高的智能功率模块，一般也可对基板306的整体也进行密封处理，本实施例中，为了提高功率集成模块的散热性，基板306的背面了露出。
在本发明的一个实施例中，如图2D所示，上述的用于空调器的功率集成模块还可以包括：设置在基板306之下的散热器320。
具体地，由于将独立的高、低压驱动管配置在对应开关管上，从而可以减少使得高、低压驱动管到相应的开关管栅极的走线，不容易线路间容易造成干扰，因此可以减小分布电感和电容，从而使功率集成模块的动态功耗大幅降低，又因为碳化硅SBD管的工作结温很高，因此可以使用小型散热器，从而可以是功率集成模块的重量大幅降低，材料成本、运输成本也随之大幅下降，解决了后续的应用部门的装配大散热器的工艺难题，提高了功率集成模块普及的可行性。值得一提的是，如果本发明的功率集成模块使用在10A及以下的场合，可以考虑不使用散热器。
综上，根据本发明实施例的用于空调器的功率集成模块，由独立的高、低压驱动管配置在对应开关管上，从而可以使得高、低压驱动管到相应的开关管栅极的走线做到一致，进而可有效保证开关管动态特性的一致性，而且可大量节省电路布线的面积，从而使智能功率模块的电路基板的面积大幅减小，在降低成本的同时可以提高产品生产的良率。
此外，与上述的功率集成模块相对应，本发明还提出一种功率集成模块的制造方法。如图3所示，根据本发明实施例的功率集成模块的制造方法包括：
S1，提供基板。
S2，在基板上形成多个凸起结构。
S3，在凸起结构上形成绝缘层。
S4，在基板之上形成第一上桥臂开关管、第二上桥臂开关管、第三上桥臂开关管和第一下桥臂开关管、第二下桥臂开关管、第三下桥臂开关管。
S5，在基板之上形成分别驱动第一上桥臂开关管、第二上桥臂开关管、第三上桥臂开关管的第一高压驱动管、第二高压驱动管、第三高压驱动管，以及分别驱动第一下桥臂开关管、第二下桥臂开关管、第三下桥臂开关管的第一低压驱动管、第二低压驱动管、第三低压驱动管。其中，第一至第三高压驱动管通过第一电压的BCD或SOI工艺实现，第一至第三低压驱动管通过第二电压的BCD或Bipolar工艺实现，其中，第一电压高于第二电压。
在本发明的实施例中，第一高压驱动管、第二高压驱动管、第三高压驱动管分别设置在第一上桥臂开关管、第二上桥臂开关管、第三上桥臂开关管之上。第一低压驱动管、第二低压驱动管、第三低压驱动管分别设置在第一下桥臂开关管、第二下桥臂开关管、第三下桥臂开关管之上。
具体地，如图2A所示，U相第一高压驱动管41、V相第二高压驱动管42、W相第三高压驱动管43是3枚驱动上桥臂IGBT管(即第一至第三上桥臂开关管21-23)的单臂HVIC管，他们的构完全相同，作用是将输入端HIN的0～5V的逻辑信号传到输出端HO，其中HO是VS～VS+15V的逻辑信号；由于VS的会在0～300V之间变化，所以第一高压驱动管41、第二高压驱动管42、第三高压驱动管43需要耐高压的流片工艺实现，为了降低成本，可以使用650V的BCD工艺，为了降低耐压结构设计难度，可以使用650V的SOI工艺。
U相第一低压驱动管44、V相第二低压驱动管45、W相第三低压驱动管46是3枚驱动下桥臂IGBT管(第一至第三下桥臂开关管24-26)的单臂LVIC管，他们的构完全相同，作用是将输入端LIN的0～5V的逻辑信号传到输出端LO，其中LO是0～15V的逻辑信号。由于第一低压驱动管44、第二低压驱动管45、第三低压驱动管46不需要耐高压的流片工艺实现，为了降低成本，使用20V的Bipolar工艺，为了提高一致性，可以使用20V的BCD工艺。
根据本发明实施例的功率集成模块的制造方法，将独立的高、低压驱动管配置在对应开关管上，从而可以使得高、低压驱动管到相应的开关管栅极的走线做到一致，进而可有效保证开关管动态特性的一致性，而且可大量节省电路布线的面积，从而使智能功率模块的电路基板的面积大幅减小，在降低成本的同时可以提高产品生产的良率。
下面结合图4-10来进一步描述本发明实施例的功率集成模块的制造方法。
如图10所示，本发明功率集成模块的制造方法可以包括：第一工序：在绝缘层307的表面上形成电路布线308工序(S10)；第二工序：在电路布线308配置IGBT管21～27和碳化硅SBD管18的工序(S20)；第三工序：在IGBT管上配置HVIC管41～43、LVIC管44～46和PFC驱动电路47的工序(S30)；第四工序：用金属线305连接各电路元件和所述电路布线306的工序(S40)；第五工序：在金属材质载体306表面上设置绝缘层307并烘烤、模制的工序；第六工序对引脚301进行成型的工序(S50)；进行功能测试并贴装小型散热器320的工序(S60)。工序图如图10所示。
以下说明的各工序的详细情况。
第一工序：参照图4A-4B，本工序是本发明的特征工序，工序一是形成绝缘层并在绝缘层表面形成电路布线的工序。
首先，参照俯视图4A和侧视图4B，根据需要的电路布局准备大小合适的绝缘层307，对于一般的功率集成模块可选取44mm×20mm的大小，在绝缘层的表面粘贴有作为导电图案的铜箔。然后将该工序制造的铜箔进行蚀刻，局部地除去铜箔，形成电路布线308。
因为绝缘层308的厚度可以设计为110μm以上，从而增加绝缘层308的机械强度，绝缘层308的参杂可使用AlO或AlN。
第二工序：参照图5A-5B，本工序是在电路布线308上安装IGBT管21～27、碳化硅SBD管11～17、SBD管18和引脚301的工序。
参照俯视图5A和侧视图5B，通过锡膏等焊料将IGBT管21～26、碳化硅SBD管11～16和引脚301安装在电路布线308的规定位置。
在此，为了减小锡膏焊接后的空洞率，并且进行成本控制，可以考虑使用具有氮气保护的回流炉进行锡膏固定，如果成本允许，也可以考虑使用真空回流的形式。锡膏的融化温度一般为280℃左右。
第三工序：参考图6A-6B，本工序是本发明专利的特征工序，是在IGBT管21～26的射极位置安装HVIC管41～43、LVIC管44～46和PFC驱动电路47的工序。
首先，参照俯视图6A和侧视图6B，在IGBT管21上安装HVIC管41，在IGBT管22上安装HVIC管42，在IGBT管23上安装HVIC管43，在IGBT管24上安装LVIC管44，在IGBT管25上安装LVIC管45，在IGBT管26上安装LVIC管46，在高速IGBT管27上安装LVIC管47。
如果HVIC管和LVIC管的背面并非GND等电极，可以使用具有导电性的银胶等作为固定材料，如果HVIC管和LVIC管的背面为GND等电极，可以使用非导电性的红胶等作为固定材料。
其次，通过175℃烘烤的形式，将银胶或红胶固化，在此，银胶或红胶的固化温度为170℃左右，固化时间约为2小时。因为烘烤温度远低于锡膏的融化温度，所以在此加热过程中，不会影响到IGBT管、碳化硅SBD管和引脚的焊接效果。
第四工序：参考图7A-7B，本工序是本发明专利的特征工序，通过金属线305在电路元件和电路布线308间形成电连接的工序。
参照俯视图7A和侧视图7B，进行IGBT管21～27、碳化硅SBD管11～18、HVIC管41～43、LVIC管44～46、LVIC管47和电路布线308的邦线连接。
根据通流能力需要，选择适当直径的铝线作为邦定线，对于用于信号控制的部分，如HVIC管和LVIC管，也可考虑使用15μm的金线或38μm的铝线作为邦定线。对功率部分，如IGBT管和碳化硅SBD管、SBD管，邦定使用200μm～400μm的铝线。考虑到邦线机台震动对邦定线的影响，可使用先邦粗线再邦细线的方式；出于防静电考虑，可使用先邦细线再邦粗线的方式。具体根据机台的震动幅度和机台邦头的防静电效果而定。
第五工序：参照图8，本工序是本发明专利的特征工序，参照图8说明由密封树脂302密封金属材质载体306的工序。
将金属材质载体306进行定位，置好引脚301的绝缘层308搬送到模型44及45，放置在突起309之上。通过使引脚301的特定部分与固定装置46接触进行最终定位。
合模时，在形成于模具50内部的模腔中放置金属材质载体306，然后由浇口53注入密封树脂302。进行密封的方法可采用使用热硬性树脂的传递模模制或使用热硬性树脂的注入模模制。而且，对应自浇口53注入的密封树脂302模腔内部的气体通过排气口54排放到外部。对于浇口53位置的选择，应选择不完全具有引脚301的一边，即图7A的上边，对于排气口54的选择，应选择完全具有引脚301的一边，即图7A的下边。
在此，金属材质载体306的背面紧贴在下模45上，但仍会有少量密封树脂302进入到基板306的背面和下模45之间，因此，在脱模后，需要进行激光蚀刻或者研磨，将残留在基板306背面的少量密封树脂302去除，使基板306的背面从密封树脂302露出，并且平整，而基板306的背面以上部分被密封树脂302密封。
第六工序：参照图9A-9B，本发明第六工序是本发明的特征工序，本工序是进行引脚11切筋成型，装配小型散热器并进行模块功能测试的工序，智能功率模块经由此工序作为制品完成。
在前工序即传递模模装工序使除引脚301和基板306背面以外的其他部分都被树脂302密封。本工序根据使用的长度和形状需要，例如，在虚线的位置将外部引脚301切断，如图9A所示，有时还会折弯成一定形状，便于后续装配。然后将模块放入测试设备中，进行常规的电参数测试，一般包括绝缘耐压、静态功耗、迟延时间等测试项目，测试合格者为成品。
使用耐受温度在150℃以上的耐高温胶水，将散热器320粘附在基板306的背面，在此，为了提高散热性，小型散热器320可以完全覆盖基板306的背面从热硬性树脂框13露出的部分，为了降低成本，散热器320可以只完全覆盖上部具有功率元件19的基板306的背面。
利用工序，完成图2A-2D所示的功率集成模块10。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (11)
1.一种用于空调器的功率集成模块，其特征在于，包括：
基板；
设置在所述基板之上的多个凸起结构；
设置在所述凸起结构之上的绝缘层，所述凸起结构承托所述绝缘层；
所述绝缘层和所述基板之间具有间隙，在所述间隙中填充密封树脂，其中，通过注塑的方式在所述间隙中填充密封树脂；
设置在所述绝缘层之上的第一上桥臂开关管、第二上桥臂开关管、第三上桥臂开关管；
设置在所述绝缘层之上的第一下桥臂开关管、第二下桥臂开关管、第三下桥臂开关管；
设置在所述绝缘层之上的，用于分别驱动所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管的第一高压驱动管、第二高压驱动管、第三高压驱动管；
设置在所述绝缘层之上的，用于分别驱动所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管、所述第三下桥臂开关管的第一低压驱动管、第二低压驱动管、第三低压驱动管。
2.如权利要求1所述的用于空调器的功率集成模块，其特征在于，还包括：
设置在所述基板之上的功率因数校正PFC单元；
设置在所述基板之上的，用于驱动所述PFC单元的第四低压驱动管，其中，所述第一低压驱动管、所述第二低压驱动管、所述第三低压驱动管通过第二电压的双极-互补金属氧化物半导体-双重扩散金属氧化物半导体BCD工艺或双极Bipolar工艺实现。
3.如权利要求1所述的用于空调器的功率集成模块，其特征在于，所述基板为金属基板。
4.如权利要求1所述的用于空调器的功率集成模块，其特征在于，所述基板的厚度为0.5mm-1.0mm，所述凸起结构的高度为0.5mm-1.0mm，所述凸起结构的直径为0.8mm-1.2mm。
5.如权利要求1所述的用于空调器的功率集成模块，其特征在于，所述凸起结构为5-6个。
6.如权利要求1所述的用于空调器的功率集成模块，其特征在于，还包括：
设置在所述基板之下的散热器。
7.如权利要求1所述的用于空调器的功率集成模块，其特征在于，所述第一高压驱动管、所述第二高压驱动管、所述第三高压驱动管分别设置在所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管之上。
8.如权利要求1所述的用于空调器的功率集成模块，其特征在于，所述第一低压驱动管、所述第二低压驱动管、所述第三低压驱动管分别设置在所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管、所述第三下桥臂开关管一下桥臂之上。
9.一种功率集成模块的制造方法，其特征在于，包括：
提供基板；
在所述基板上形成多个凸起结构；
在所述凸起结构上形成绝缘层；
所述绝缘层和所述基板之间具有间隙，在所述间隙中填充密封树脂，其中，通过注塑的方式在所述间隙中填充密封树脂；
在所述绝缘层之上形成第一上桥臂开关管、第二上桥臂开关管、第三上桥臂开关管和第一下桥臂开关管、第二下桥臂开关管、第三下桥臂开关管；以及
在所述绝缘层之上形成分别驱动所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管的第一高压驱动管、第二高压驱动管、第三高压驱动管，以及分别驱动所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管、所述第三下桥臂开关管的第一低压驱动管、第二低压驱动管、第三低压驱动管。
10.如权利要求8所述的功率集成模块的制造方法，其特征在于，其中，所述第一高压驱动管、所述第二高压驱动管、所述第三高压驱动管分别设置在所述第一上桥臂开关管、所述第二上桥臂开关管、所述第三上桥臂开关管之上。
11.如权利要求8所述的功率集成模块的制造方法，其特征在于，其中，所述第一低压驱动管、所述第二低压驱动管、所述第三低压驱动管分别设置在所述第一下桥臂开关管、所述第二下桥臂开关管、所述第三下桥臂开关管之上。
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