CN114666974A - 一种半导体电路及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体电路及其制造方法，包括引线框架、PFC模块、电路板和塑封外壳；所述引线框架与所述PFC模块连接，所述引线框架与所述电路板连接，所述电路板包括弱电控制部和强电控制部，所述弱电控制部位于所述PFC模块的正上方，所述强电控制部位于所述弱电控制部的侧边；所述塑封外壳将所述引线框架的部分结构、所述PFC模块和所述电路板进行包覆，所述PFC模块的底部裸露在所述塑封外壳的外部；本申请旨在提供一种半导体电路及其制造方法，PFC集成在逆变电路+控制驱动电路组合成的IPM模块方案，减少了开发周期，满足客户的需求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体电路及其制造方法。
背景技术
半导体电路即模块化智能功率系统MIPS不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU或DSP作中断处理。MIPS一般使用IGBT作为功率开关元件，并内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。
现有MIPS模块化智能功率系统中，IC驱动控制电路、MIPS采样放大电路以及PFC电流保护电路等低压控制电路，与高压半导体电路组成的逆变电路布局到同一板上，同时现有MIPS模块化智能功率系统都只集成单个MIPS模块，对于多个MIPS模块化智能功率系统集成还没有实现，而面对市场小型化、低成本竞争，对MIPS模块化智能功率系统高集成和高散热技术提出了更高的要求。
目前行业上面用的最多的方案是逆变电路+控制驱动电路组合而成的IPM模块，他们把PFC电路部分独立出来进行单独封装，然后将这两个器件分别安装到电控板上，通过电控板上的电路实现它们的电连接，这样不仅生产成本高，对于电控板来说布线也不灵活。
发明内容
本发明的目的在于提出一种半导体电路及其制造方法，PFC集成在逆变电路与控制驱动电路组合成的IPM模块方案，减少了开发周期，满足客户的需求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种半导体电路，包括引线框架、PFC模块、电路板和塑封外壳；所述引线框架与所述PFC模块连接，所述引线框架与所述电路板连接，所述电路板包括弱电控制部和强电控制部，所述弱电控制部位于所述PFC模块的正上方，所述强电控制部位于所述弱电控制部的侧边；所述塑封外壳将所述引线框架的部分结构、所述PFC模块和所述电路板进行包覆，所述PFC模块的底部裸露在所述塑封外壳的外部。
优选的，所述电路板包括安装基板、驱动芯片、第一快速恢复二极管芯片、晶体管芯片、若干贴片电阻、若干贴片电容和若干金属线；
所述驱动芯片、所述第一快速恢复二极管芯片、所述晶体管芯片、所述贴片电阻和所述贴片电容均设置在所述安装基板；
所述驱动芯片通过金属线与所述引线框架电连接，所述驱动芯片通过金属线与所述第一快速恢复二极管芯片以及所述晶体管芯片电连接；所述贴片电阻用于起到限流作用，所述贴片电容用于滤波、耦合或自举作用。
优选的，所述安装基板包括金属基材、绝缘层和铜箔层，所述金属基材、所述绝缘层和所述铜箔层由所述PFC模块的一侧至所述电路板的一侧依序层叠设置；所述铜箔层用于蚀刻形成电路的布线结构。
优选的，所述安装基板的两侧设置有安装槽，所述安装槽用于与PFC模块的引脚连接。
优选的，所述PFC模块包括第二快速恢复二极管芯片、IGBT芯片和反向并联二极管芯片；所述第二快速恢复二极管芯片与所述反向并联二极管芯片电连接，所述反向并联二极管芯片与所述IGBT芯片电连接，所述IGBT芯片和所述反向并联二极管芯片均与所述引线框架电连接，所述第二快速恢复二极管芯片与所述引线框架电连接。
优选的，所述引线框架设置有第一跳线位和第二跳线位，所述第一跳线位与所述电路板电连接，所述第二跳线位与所述PFC模块电连接。
优选的，所述PFC模块的裸露的一侧设置有散热器。
一种半导体电路的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：
以金属基层为载体，在金属基层的表面设置铜箔层，在铜箔上通过蚀刻形成电路布线；
在电路布线的表面形成绿油层，在绿油层未被覆盖的预留形状的金属基层的铜材表面进行形成镀层处理，制成金属连接器；
在预留形状的金属基层的铜材表面进行形成镀层处理，制成引脚；
在电路布线的预留位置涂装粘接材料，在粘接材料上放置电路元件，使粘接材料固化；
通过金属线完成电路元件与电路布线之间的电连接；
通过塑封将金属基层及引脚密封成塑封外壳，使电路布线的PFC模块所对应的位置未被覆盖。
优选的，还包括在塑封工序之前，通过喷淋、超声等清洗方式，清除残留在金属基层上的助焊剂和铝屑等污染物。
本发明的一个技术方案的有益效果：将PFC集成在逆变电路+控制驱动电路组合成的IPM模块方案，采用叠加集成的方式使得最终的产品面积和引线框架方案与现有IPM模块方案保持不变，使客户可以在原有电控方案改动较小或者不改变的情况下，将集成PFC电路的IPM模块直接应用到原有电控方案上进行相关测试或验证，这样不仅大大节约了开发成本还减少了开发周期，可以很好的满足客户的需求。
在引线框架集成PFC模块，通过这种集成方法可以在不增加面积的前提下实现PFC电路的集成；内部电路采用新的布局结构，通过这种布局使得强电发热部分全部露出在封装体表面，且通过外加散热器与散热器表面直接接触，可以实现更好的散热；将PFC模块集成到引线框架的方案，能够减少软焊料固晶机设备的数量，降低设备成本；采用集成PFC模块的方法，根据客户的需求，可以在单个控制驱动+逆变电路组成的IPM；或者控制驱动+逆变电路IPM+PFC组成的集成电路之间进行灵活切换。
附图说明
图1是本发明一个实施例的立体结构示意图；
图2是本发明一个实施例的电路板结构示意图；
图3是本发明一个实施例的引线框架和PFC模块结构示意图；
图4是本发明一个实施例的引线框架、电路板和PFC模块结构示意图；
图5是本发明一个实施例的部分剖视结构示意图；
图6是本发明一个实施例安装散热器的结构示意图。
其中：引线框架1；
PFC模块2、第二快速恢复二极管芯片201、IGBT芯片202、反向并联二极管芯片203、第一跳线位204、第二跳线位205；
电路板3、安装基板02、金属基材001、绝缘层002、铜箔层003；驱动芯片03、第一快速恢复二极管芯片04、晶体管芯片05、贴片电阻06、贴片电容07、金属线08；
塑封外壳4、散热器5。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参阅图1至图6所示，一种半导体电路，包括引线框架1、PFC模块2、电路板3和塑封外壳4；所述引线框架1与所述PFC模块2连接，所述引线框架1与所述电路板3连接，所述电路板3包括弱电控制部和强电控制部，所述弱电控制部位于所述PFC模块2的正上方，所述强电控制部位于所述弱电控制部的侧边；所述塑封外壳4将所述引线框架1的部分结构、所述PFC模块2和所述电路板3进行包覆，所述PFC模块2的底部裸露在所述塑封外壳4的外部。
采用上述结构，在引线框架1上集成PFC模块2，节省了产品空间，作为一种新的内部电路布局结构，通过这种结构使得电路板3的强电控制部全部露出在塑封外壳4的表面，能够提高电路结构的散热效果；将PFC模块2设置在弱电控制部的正下方，降低在集成PFC模块2时，对电路设计的散热产生影响。将PFC模块2集成到引线框架1，能够减少三台软焊料固晶机设备，降低设备成本。
本申请的内部电路布局，因为弱电控制部不需要散热所以将弱电控制部布局在PFC模块2的正上方，强电发热逆变电路布局在PFC电路侧方，这种布局更有利于散热，现有技术中，基板对于弱电控制部分布局的位置没有特定要求。
本申请的引线框架1材质采用C194或KFC，通过机械加工对0.5mm铜板材进行冲压加工形成所需形状，再对表面进行先镀镍厚度0.1-0.5um，再镀锡厚度2-5um，并在与PFC模块2连接的工位以及与电路板3连接的工位进行局部镀镍金。
本申请的塑封外壳4由环氧树脂为基体树脂，以高性能酚醛树脂为固化剂，加入硅微粉等为填料，以及添加多种助剂混配而成的粉状模塑料，通过热传递成型法挤压入模腔并将其中的半导体芯片包埋，同时交联固化成型，成为具有一定外型结构器件。
优选的，所述电路板3包括安装基板02、驱动芯片03、第一快速恢复二极管芯片04、晶体管芯片05、若干贴片电阻06、若干贴片电容07和若干金属线08；
所述驱动芯片03、所述第一快速恢复二极管芯片04、所述晶体管芯片05、所述贴片电阻06和所述贴片电容07均设置在所述安装基板02；
所述驱动芯片03通过金属线08与所述引线框架1电连接，所述驱动芯片03通过金属线08与所述第一快速恢复二极管芯片04以及所述晶体管芯片05电连接；所述贴片电阻06用于起到限流作用，所述贴片电容07用于滤波、耦合或自举作用。
采用上述结构，实现集成在引线框架1上面的PFC模块2中的IGBT栅极能够与控制驱动HVIC进行电连接。安装基板02用于支撑半导体电路内部的器件，实现内部器件的电连接，同时对发热功率器件进行散热。驱动芯片03用于接收MCU控制信号并驱动半导体电路按MCU逻辑要求进行工作。第一快速恢复二极管芯片04取代限流作用，防止IGBT芯片202反向击穿。晶体管芯片05用于实现电路的开、关控制；贴片电阻06，在半导体电路里面的IGBT芯片的栅极处接入，通过限流达到限制IGBT芯片202的开关速度；贴片电容07在半导体电路里面起到滤波、耦合、自举作用。
具体地，所述安装基板02包括金属基材001、绝缘层002和铜箔层003，所述金属基材001、所述绝缘层002和所述铜箔层003由所述PFC模块2的一侧至所述电路板3的一侧依序层叠设置；所述铜箔层003用于蚀刻形成电路的布线结构。金属基材001作为半导体电路的整个内部电路的载体，且对整个半导体电路起到散热作用；绝缘层002防止电路布线层与金属基材通电导致内部电路发生短路、漏电风险；铜箔层003通过对铜箔层的蚀刻形成所需电路，制成电路布线结构。
优选的，所述安装基板02的两侧设置有安装槽，所述安装槽用于与PFC模块2的引脚连接。安装基板02的两长边设置安装槽，这种设计是为了方便PFC模块2的引脚部分与安装基板的焊接，现有基板不需要。
本申请中，所述PFC模块2包括第二快速恢复二极管芯片201、IGBT芯片202和反向并联二极管芯片203；所述第二快速恢复二极管芯片201与所述反向并联二极管芯片203电连接，所述反向并联二极管芯片203与所述IGBT芯片202电连接，所述IGBT芯片202和所述反向并联二极管芯片203均与所述引线框架1电连接，所述第二快速恢复二极管芯片201与所述引线框架1电连接。
第二快速恢复二极管芯片201，用于防止充电电容电压发生反向输出，IGBT芯片202和反向并联二极管芯片203配合实现电路的开、关控制，反向并联二极管芯片203起到续流作用，防止IGBT芯片202被反向电流击穿。
具体地，所述引线框架1设置有第一跳线位204和第二跳线位205，所述第一跳线位204与所述电路板3电连接，所述第二跳线位205与所述PFC模块2电连接。
第一跳线位204通过金属线08实现与控制驱动芯片03的PFC控制信号输出端的电连接。
第二跳线位205通过金属线08实现第二跳线位205与IGBT芯片202的栅极的电连接。
优选的，所述PFC模块2的裸露的一侧设置有散热器5。通过外加散热器5，使PFC模块2与散热器5表面直接接触，可以实现更好的散热。PFC模块2和逆变电路基板部分裸露在塑封外壳4的外部，能够保证发热功率器件可以进行很好的散热，而现有产品背面结构是平的，所有的元器件贴装在基板上，不利于散热。
一种半导体电路的制造方法，包括下述步骤：
以金属基层为载体，在金属基层的表面设置铜箔层，在铜箔上通过蚀刻形成电路布线；
在电路布线的表面形成绿油层，在绿油层未被覆盖的预留形状的金属基层的铜材表面进行形成镀层处理，制成金属连接器；
在预留形状的金属基层的铜材表面进行形成镀层处理，制成引脚；
在电路布线的预留位置涂装粘接材料，在粘接材料上放置电路元件，使粘接材料固化；
通过金属线完成电路元件与电路布线之间的电连接；
通过塑封将金属基层及引脚密封成塑封外壳，使电路布线的PFC模块所对应的位置未被覆盖。
将引线框架放入到特制载具，在引线框架的PFC模块的安装工位点锡膏或银胶，通过自动粘晶设备将PFC模块贴装到引线框架上，形成引线框架半成品。通过视觉检查AOI设备对PFC模块贴装质量进行检测，然后通过绑线设备将PFC模块的电路进行电连接，形成引线框架半成品。将已经做好的金属基板成品放入到特制载具，载具可以是铝、合成石、陶瓷、PPS等耐高温200℃以上的材料，在铜箔层的预留的元器件安装工位，通过刷锡膏或点银胶，将电路板通过自动粘晶设备贴装到元器件安装位上，通过自动贴片SMT设备将阻、容件贴装到元器件安装位，通过机械手或人工将引线框架半成品放置到金属基板对应焊接位，然后将整个半成品包括载具一起过回流炉，将所有的元器件焊接到对应安装位上，通过视觉检查AOI设备对元器件焊接质量进行检测。通过喷淋、超声等清洗方式，清除残留在所述绝缘基板上的助焊剂和铝屑等异物。通过绑定线，使所述电路元件和所述电路布线形成电连接，通过封装设备在特定模具里面对上述基板电路进行塑封，经过激光打标对产品进行标记，再通过高温烘箱对产品进行后固化去应力处理，通过切筋成型设备对引脚的连筋和假引脚进行切除并整型所需形状，最后进行电参数测试后形成最终合格产品。
还包括在塑封工序之前，通过喷淋、超声等清洗方式，清除残留在金属基层上的助焊剂和铝屑等污染物。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种半导体电路，其特征在于，包括引线框架、PFC模块、电路板和塑封外壳；所述引线框架与所述PFC模块连接，所述引线框架与所述电路板连接，所述电路板包括弱电控制部和强电控制部，所述弱电控制部位于所述PFC模块的正上方，所述强电控制部位于所述弱电控制部的侧边；所述塑封外壳将所述引线框架的部分结构、所述PFC模块和所述电路板进行包覆，所述PFC模块的底部裸露在所述塑封外壳的外部。
2.根据权利要求1所述的一种半导体电路，其特征在于，所述电路板包括安装基板、驱动芯片、第一快速恢复二极管芯片、晶体管芯片、若干贴片电阻、若干贴片电容和若干金属线；
所述驱动芯片、所述第一快速恢复二极管芯片、所述晶体管芯片、所述贴片电阻和所述贴片电容均设置在所述安装基板；
所述驱动芯片通过金属线与所述引线框架电连接，所述驱动芯片通过金属线与所述第一快速恢复二极管芯片以及所述晶体管芯片电连接；所述贴片电阻用于起到限流作用，所述贴片电容用于滤波、耦合或自举作用。
3.根据权利要求2所述的一种半导体电路，其特征在于，所述安装基板包括金属基材、绝缘层和铜箔层，所述金属基材、所述绝缘层和所述铜箔层由所述PFC模块的一侧至所述电路板的一侧依序层叠设置；
所述铜箔层用于蚀刻形成电路的布线结构。
4.根据权利要求2所述的一种半导体电路，其特征在于，所述安装基板的两侧设置有安装槽，所述安装槽用于与PFC模块的引脚连接。
5.根据权利要求1所述的一种半导体电路，其特征在于，所述PFC模块包括第二快速恢复二极管芯片、IGBT芯片和反向并联二极管芯片；所述第二快速恢复二极管芯片与所述反向并联二极管芯片电连接，所述反向并联二极管芯片与所述IGBT芯片电连接，所述IGBT芯片和所述反向并联二极管芯片均与所述引线框架电连接，所述第二快速恢复二极管芯片与所述引线框架电连接。
6.根据权利要求1所述的一种半导体电路，其特征在于，所述引线框架设置有第一跳线位和第二跳线位，所述第一跳线位与所述电路板电连接，所述第二跳线位与所述PFC模块电连接。
7.根据权利要求1所述的一种半导体电路，其特征在于，所述PFC模块的裸露的一侧设置有散热器。
8.一种半导体电路的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：
以金属基层为载体，在金属基层的表面设置铜箔层，在铜箔上通过蚀刻形成电路布线；
在电路布线的表面形成绿油层，在绿油层未被覆盖的预留形状的金属基层的铜材表面进行形成镀层处理，制成金属连接器；
在预留形状的金属基层的铜材表面进行形成镀层处理，制成引脚；
在电路布线的预留位置涂装粘接材料，在粘接材料上放置电路元件，使粘接材料固化；
通过金属线完成电路元件与电路布线之间的电连接；
通过塑封将金属基层及引脚密封成塑封外壳，使电路布线的PFC模块所对应的位置未被覆盖。
9.根据权利要求8所述的一种半导体电路的制造方法，其特征在于，还包括在塑封工序之前，通过喷淋、超声等清洗方式，清除残留在金属基层上的助焊剂和铝屑等污染物。
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