CN113141122A - 一种智能功率模块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种智能功率模块，包括上桥逆变桥、下桥逆变桥以及连接所述上桥逆变桥和所述下桥逆变桥的控制器，所述上桥逆变桥及所述下桥逆变桥分别垂直设置在所述控制器的相对的两侧，且所述上桥逆变桥与所述下桥逆变桥对称设置，本发明的智能功率模块为立体结构，减少了模块所占的面积，增加模块的散热效率。同时其类似插片式的散热器的外观结构，既提高了散热效果，又免去了散热器，解决了IPM模块和散热器热粘合不好的问题，同时节约了散热器的成本。本发明提出了上述智能功率模块的制备方法，不仅可以制备DIP封装，还可以制备SOP的封装形式。

Description

一种智能功率模块及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种智能功率模块及其制备方法。
背景技术
随着节能环保的理念越来越普及，变频技术越来越成熟，更多的家电都使用上了变频技术。应用变频技术需要使用IPM或PM模块对电路进行控制。智能功率模块，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。现在市面上的IPM模块都是平面结构，即将HVIC、IGBT、FRD等芯片贴装在同一平面上。平面结构的IPM模块存在体积较大，而且散热效果不够理想的缺陷。
主流的IPM模块都采用铜框架+环氧树脂的封装结构，这样的结构不利于散热。IPM模块在实际使用中一般都需要贴装散热器，不过目前由于风冷散热器与IPM模块结合部分使用的硅胶或者锡膏，使用这些粘结剂在热粘合方面表现差，导致导热效果不好。而IPM模块散热效果会影响产品的寿命或功能的正常使用，若散热效果不好则会导致寿命减少或者功能异常等问题。
平面结构的IPM所占的面积非常多，一般在变频家电中占面积最大的电子器件就是IPM模块，而IPM模块面积越大，使用的散热器也越大，需要的成本也越高。
发明内容
为了解决现有技术中的IPM模块体积大，散热效果不够理想的缺陷，本发明提供了一种立体结构的智能功率模块及其制备方法。
本发明的第一方面提供了一种智能功率模块，包括上桥逆变桥、下桥逆变桥以及连接所述上桥逆变桥和所述下桥逆变桥的控制器，所述上桥逆变桥及所述下桥逆变桥分别垂直设置在所述控制器的相对的两侧，且所述上桥逆变桥与所述下桥逆变桥对称设置。
进一步地，所述上桥逆变桥与所述下桥逆变桥分别设置有若干独立功率芯片，所述上桥逆变桥的功率芯片与所述下桥逆变桥的功率芯片对称设置，所述控制器设置有高压集成电路，所述功率芯片分别通过打线与所述高压集成电路相连。
进一步地，所述上桥逆变桥与所述下桥逆变桥通过焊接与所述控制器固定在一起。
进一步地，所述上桥逆变桥与所述下桥逆变桥的基板为覆铜陶瓷基板，所述控制器包括镀镍铜框架。
进一步地，所述上桥逆变桥与所述下桥逆变桥的基板为铜框架或PCB，所述控制器基板为覆铜陶瓷基板或PCB。
本发明的第二方面提供了一种智能功率模块制备方法，包括以下步骤：
分别制备上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板和控制器框架；
将上述上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板贴装功率芯片，控制器框架贴装高压集成电路，并将所述功率芯片与所述高压集成电路通过打线相连；
将上述完成上芯打线的上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板对称焊接在控制器框架的两侧，其中，上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板分别与控制器框架垂直；
通过成型工艺，得到智能功率模块成品。
进一步地，上述将上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板对称焊接在控制器框架的两侧包括，在上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板与控制器框架接触的部分刷上锡膏，并进行回流焊。
进一步地，所述智能功率模块制备方法还包括，所述控制器框架贴装高压集成电路后，根据高压集成电路的功能，在控制器框架上引出引脚。
进一步地，所述引脚为DIP引脚或SOP引脚。
与现有技术相比，本发明的智能功率模块为立体结构，减少了模块所占的面积，增加模块的散热效率。同时其类似插片式的散热器的外观结构，既提高了散热效果，又免去了散热器，解决了IPM模块和散热器热粘合不好的问题，同时节约了散热器的成本。
上述技术特征可以各种技术上可行的方式组合以产生新的实施方案，只要能够实现本发明的目的。
附图说明
在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了根据本发明的智能功率模块的一个实施例的结构示意图；
图2显示了图1中的上桥逆变桥的结构示意图；
图3显示了图1中的下桥逆变桥的结构示意图；
图4显示了图1中的上桥逆变桥与控制器连接的结构示意图；
图5显示了本发明的智能功率模块的实施例的俯视图；
图6显示了本发明的智能功率模块与常规功率模块的大小对比图；
图7显示了本发明的智能功率模块制备方法的流程示意图。
在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。
图中，附图标记为：
100、智能功率模块；10、上桥逆变桥；101、上桥逆变桥基板；102、功率芯片；103、打线；20、下桥逆变桥；201、下桥逆变桥基板；202、功率芯片；203、打线；30、控制器；301、控制器框架；302、高压集成电路；40、引脚；200、常规功率模块。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
如图1-图5所示，本发明的第一方面提供了一种智能功率模块，该智能功率模块100包括上桥逆变桥10、下桥逆变桥20以及连接上桥逆变桥10和下桥逆变桥20的控制器30，上桥逆变桥10及下桥逆变桥20分别垂直设置在控制器30的相对的两侧，且上桥逆变桥10与下桥逆变桥20对称设置。将功率模块设计为立体结构，减少了模块所占体积。如图6所示，本发明的智能功率模块与常规功率模块(DIP-33IPM)200相比，本发明的功率模块体积要远远小于常规功率模块的体积。
在一些优选地实施例中，上桥逆变桥10与下桥逆变桥20分别设置有若干独立功率芯片102、202，上桥逆变桥10的功率芯片102与下桥逆变桥20的功率芯片202对称设置，控制器30设置有高压集成电路(High-Voltage Integrated Circuit，HVIC)302，功率芯片102、202分别通过打线103、203与高压集成电路302相连。通过采用立体结构贴装芯片，将功率芯片与HVIC分开贴装，减少了功率芯片产生的热量对模块的影响，而上桥逆变桥的功率芯片与下桥逆变桥的功率芯片对称排列设置，减少了模块内部耦合。
在一些优选地实施例中，上桥逆变桥10与下桥逆变桥20通过焊接与控制器30固定在一起。本发明的智能功率模块采用拼接结构，通过拼接和焊接将上桥逆变桥与下桥逆变桥通过焊接与控制器固定在一起，解决了功率模块立体结构无法打线的问题。
在一些优选地实施例中，上桥逆变桥10与下桥逆变桥20的基板为覆铜陶瓷基板，控制器30的框架为镀镍铜框架。上桥逆变桥与下桥逆变桥的基板采用覆铜陶瓷基板((Direct Bonding Copper，DBC)结构，提高了散热效率，结合模块的立体结构，两侧散热互不影响，散热更快效果更好。
在一个可替换的实施例中，可以使用铜框架或PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)代替上桥逆变桥10与下桥逆变桥20的DBC，或者使用DBC或PCB代替控制器的镀镍铜框架。
本发明的第二方面提供了一种智能功率模块制备方法，如图7所示，本发明的智能功率模块制备方法包括以下步骤：
步骤S101.分别制备上桥逆变桥基板101、下桥逆变桥基板201和控制器框架301；
具体地，上桥逆变桥基板101与下桥逆变桥基板201可采用DBC，上桥逆变桥DBC、下桥逆变桥DBC设计要对称，对称的设计可以减少模块内部的耦合。其中，DBC的下面部分不需要留空，铜与陶瓷一样长，这样有利于逆变桥DBC与控制器框架焊接。并且，因为DBC比较小，所以两面的铜要厚一点，且面积差不多，减少受热后DBC发生形变。
而控制器框架301优选为镀镍铜框架，框架上要留有连接上桥发射极到下桥集电极的路径，框架之间要注意电气间隙，避免因为间隙太短导致短路。控制器框架301根据HVIC的功能引出引脚。引脚可以为DIP引脚或SOP引脚。
步骤S102.将上述上桥逆变桥基板101、下桥逆变桥基板201分别贴装功率芯片202、203，控制器框架30贴装高压集成电路302，并将功率芯片202、302与高压集成电路302通过打线相连；
步骤S103.将上述完成上芯打线的上桥逆变桥基板101、下桥逆变桥基板201对称焊接在控制器框架30的两侧，其中，上桥逆变桥基板101、下桥逆变桥基板201分别与控制器框架30垂直；
具体地，在上桥逆变桥基板101、下桥逆变桥基板201与控制器框架301接触的部分刷上锡膏后，进行回流焊，将上桥逆变桥基板101、下桥逆变桥基板201对称焊接在控制器框架30的两侧。因为DBC基板与铜框架组合，全靠焊锡连接固定，刷锡膏时需要注意不能把DBC的引脚连接在一起。锡膏的量过少会导致模块不稳，在结合处产生较高热量，锡膏的量过多则可能会导致短路，还可能会影响后期塑封的外形，因此需要注意所刷的锡膏量。
步骤S104.通过注塑、高温固化、电镀、切筋成型、光刻等工艺，得到功率模块成品。
通过本发明的方法制备出的立体结构的IPM功率模块不仅可以做成DIP封装(DualInline-Pin Package，双列直插式封装)，还可以做成SOP(Small Out-Line Package，小外形封装)的封装形式。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明实时操作，但是，这并非要去或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤或者将一个步骤分成多个步骤执行。在本发明的方法中，步骤S102与步骤S103可以互换，可以先将DBC与控制器框架焊接在一起后再进行上芯和打线操作。
至此，本领域技术人员应该认识到，虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种智能功率模块，包括上桥逆变桥、下桥逆变桥以及连接所述上桥逆变桥和所述下桥逆变桥的控制器，其特征在于，所述上桥逆变桥及所述下桥逆变桥分别垂直设置在所述控制器的相对的两侧，且所述上桥逆变桥与所述下桥逆变桥对称设置。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥逆变桥与所述下桥逆变桥分别设置有若干独立功率芯片，所述上桥逆变桥的功率芯片与所述下桥逆变桥的功率芯片对称设置，所述控制器设置有高压集成电路，所述功率芯片分别通过打线与所述高压集成电路相连。
3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥逆变桥与所述下桥逆变桥通过焊接与所述控制器固定在一起。
4.根据权利要求1-3任一项所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥逆变桥与所述下桥逆变桥的基板为覆铜陶瓷基板，所述控制器框架为铜框架。
5.根据权利要求1-3任一项所述的智能功率模块，其特征在于，所述上桥逆变桥与所述下桥逆变桥的基板为铜框架或PCB，所述控制器基板为覆铜陶瓷基板或PCB。
6.一种智能功率模块制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别制备上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板和控制器框架；
将上述上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板贴装功率芯片，控制器框架贴装高压集成电路，并将所述功率芯片与所述高压集成电路通过打线相连；
将上述完成上芯打线的上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板对称焊接在控制器框架的两侧，其中，上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板分别与控制器框架垂直；
通过成型工艺，得到智能功率模块成品。
7.根据权利要求6所述的智能功率模块制备方法，其特征在于，上述将上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板对称焊接在控制器框架的两侧包括，在上桥逆变桥基板、下桥逆变桥基板与控制器框架接触的部分刷上锡膏，并进行回流焊。
8.根据权利要求7所述的智能功率模块制备方法，其特征在于，所述智能功率模块制备方法还包括，所述控制器框架贴装高压集成电路后，根据高压集成电路的功能，在控制器框架上引出引脚。
9.根据权利要求8所述的智能功率模块制备方法，其特征在于，所述引脚为DIP引脚或SOP引脚。
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