JP2018509780A - インテリジェントパワーモジュール及びその製造方法 - Google Patents

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    • H01L2224/29338—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/32135—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
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    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/33181—On opposite sides of the body
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    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
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    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
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    • H01L2224/48106—Connecting bonding areas at different heights the connector being orthogonal to a side surface of the semiconductor or solid-state body, e.g. parallel layout
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    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
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    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
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    • H01L2224/4901—Structure
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    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
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    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
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    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/83053—Bonding environment
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Abstract

本発明はインテリジェントパワーモジュール及びその製造方法を開示し、ここで、前記インテリジェントパワーモジュールは、ヒートシンクと、絶縁層と、回路配線と、回路素子と、金属線とを含む。ヒートシンクは、下面の少なく一部が放熱領域であり、放熱領域に放熱ひだが設けられ、絶縁層はヒートシンクの上面に設けられ、回路配線は絶縁層に設けられ、回路素子は回路配線上に設けられて金属線によって前記回路配線に接続されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、電子デバイスの製造プロセス分野に関し、特にインテリジェントパワーモジュール及びその製造方法に関する。
インテリジェントパワーモジュール、即ちＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅr Ｍｏｄｕｌｅ）は、電力電子と集積回路技術とを組み合わせたパワー駆動系製品である。インテリジェントパワーモジュールは、パワースイッチングデバイスと高電圧駆動回路とを集積し、且つ過電圧と、過電流と過熱などの障害の検出回路を内蔵している。インテリジェントパワーモジュールは、ＭＣＵの制御信号を受信して後続回路の作動を駆動しながら、システムの状態検出信号をＭＣＵに返送する。伝統的な分割方法に比べ、インテリジェントパワーモジュールは、その高集積化、高信頼性などの利点で益々大きい市場を勝ち取り、特に、モーターの周波数変換器及び各種のインバータ電源を駆動することに適し、インバータ速度制御、冶金機械、電気牽引、サーボドライブ、インバータ家電理想的な電力電子デバイスである。
通常、インテリジェントパワーモジュールは、高温環境で作動し、且つインテリジェントパワーモジュール内におけるパワーデバイスが作動する際に大量の熱が発生することで、パワーデバイスのジャンクション温度が高くなり、回路基板は放熱機能があるものの、前記絶縁層が存在するので、前記インテリジェントパワーモジュール全体の熱抵抗が高くなる。長時間の高温環境は、インテリジェントパワーモジュールの利用寿命を深刻に減少させ、且つインテリジェントパワーモジュール性能の安定性に影響を及ぼす。特に極端の場合に、インテリジェントパワーモジュールが作動中に内部デバイスの過熱により制御不能になって爆発することになり、人の死傷と財産損失につながる。
インテリジェントパワーモジュールのパワーデバイスが作動する際大量の熱が発生するので、パワーデバイスのジャンクション温度が高くなり、回路基板は放熱機能があるものの、前記絶縁層が存在するので、前記インテリジェントパワーモジュール全体の熱抵抗が高くなる。また、回路基板の熱伝導により、パワーデバイスの熱が他のデバイスに伝達され、他のデバイスの電気的パラメータに無視できない温度ドリフトを発生させる。
高熱伝導絶縁層を選択しヒートシンクを加えることは、従来インテリジェントパワーモジュールの放熱問題を解決する主な方法である。しかしながら、高熱伝導絶縁層は、コストが非常に高い一方、高熱伝導絶縁層に大量の添加物が含まれるので硬度が高くなり、これによりインテリジェントパワーモジュールの製造が困難になる。インテリジェントパワーモジュールの内部にヒートシンクを加えて、その後パワー素子をヒートシンク上に実装する方法を利用すれば、原材料のコストが増加するだけではなく、インテリジェントパワーモジュールのプロセスの難しさも増加する。インテリジェントパワーモジュールの外部にヒートシンクを加えると、ヒートシンクをインテリジェントパワーモジュールの裏面に実装しなければならず、運用コストが増加するだけではなく、取り付けの難しさも増加し、いずれもインテリジェントパワーモジュールの応用や普及が困難になり、インテリジェントパワーモジュールの民生用の普及に不利である。
本発明の目的は、従来技術における少なくとも一つの技術的課題を解決することである。そのため、本発明は、インテリジェントパワーモジュールを提供し、前記インテリジェントパワーモジュールは放熱性が良く、製造しやすい。
本発明は、複数のインテリジェントパワーモジュールの製造方法を更に提供する。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールは、下面の少なくとも一部が放熱領域であり、前記放熱領域に放熱ひだが設けられたヒートシンクと、前記ヒートシンクの上面に設けられた絶縁層と、前記絶縁層に設けられた回路配線と、前記回路配線上に設けられ金属線によって前記回路配線に接続されている回路素子とを含む。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールは、ヒートシンクの下面に放熱ひだを設けることにより、回路素子のほとんどの熱が迅速に放出され、インテリジェントパワーモジュールを常に低温環境で作動させ、これによりインテリジェントパワーモジュールの電気性能及び熱安定性を向上させる。
一部の実施例において、前記ヒートシンクは、湿式炭素複合材を有する機能紙ヒートシンクであるか、又は、前記ヒートシンクは３５０℃以上の温度に耐える絶縁材料で作製した紙質のヒートシンクである。
一部の実施例において、前記放熱ひだは複数であり、複数の前記放熱ひだは間隔をおいて設けられ、又は複数の前記放熱ひだは連続して設けられる。
一部の実施例において、前記放熱ひだの外周縁と前記ヒートシンクの下面の外周縁との間の間隔の距離は１ｍｍより大きい。
一部の実施例において、前記放熱領域は下へ突き出してボスが形成され、前記放熱ひだは前記ボス上に設けられる。
一部の実施例において、前記インテリジェントパワーモジュールは、前記インテリジェントパワーモジュールの外周に嵌められたフレーム構造を更に含み、前記フレーム構造は、前記インテリジェントパワーモジュールの側面を取り囲む環状フレームと、前記環状フレームの底部から垂直に内側へ延伸して形成され前記ヒートシンクノの底部と接触する延伸部とを含み、前記延伸部の厚さは１ｍｍ〜１．５ｍｍである。
一部の実施例において、前記回路配線は離間された複数であり、前記インテリジェントパワーモジュールは、複数のピンを更に含み、複数の前記ピンの一端がそれぞれ複数の前記回路配線に接続され、他端が外部に接続されている。
一部の実施例において、前記絶縁層の少なくとも一方の縁部に複数の溶接パッドが設けられ、複数の前記ピンの他端がそれぞれ複数の前記溶接パッドに接続されている。
一部の実施例において、前記ヒートシンクの上下方向における厚さは１．２ｍｍ〜２．５ｍｍであり、前記放熱ひだの上下方向に延伸するサイズは０．３ｍｍ〜０．７ｍｍである。
一部の実施例において、前記インテリジェントパワーモジュールは、封止樹脂を更に含み、前記封止樹脂は、前記回路配線と前記回路素子とを完全に封止し、前記封止樹脂は、前記ヒートシンクの上面と前記放熱領域以外の領域を覆う。
一部の実施例において、前記回路素子は、パワー素子と非パワー素子とを含み、前記パワー素子と非パワー素子とがいずれも前記回路配線に設けられ、前記パワー素子と非パワー素子とは、それぞれ前記金属線により前記回路配線と電気的に接続され、前記パワー素子が前記放熱領域と対向し、前記パワー素子と前記非パワー素子との間に仕切り部が設けられ、前記仕切り部がヒートシンクの下面の対応する位置に設けられ、前記仕切り部の幅は１ｍｍ〜５ｍｍである。
一部の実施例において、前記パワーデバイスは、ＩＧＢＴチューブと、前記ＩＧＢＴチューブに接続されているＦＲＤチューブとを含み、前記ＦＲＤチューブの底部に支持プレートが設けられ、前記ＦＲＤチューブは反転して前記ＩＧＢＴチューブの所定位置に設けられ、且つ前記ＦＲＤチューブの頂部が前記ＩＧＢＴチューブと接触し、前記支持プレートは前記回路配線によって前記ＩＧＢＴチューブに接続されている。
一部の実施例において、前記支持プレートの前記ＦＲＤチューブが取り付けられた面に平坦部が設けられ、且つ前記支持プレートの前記ＦＲＤチューブが取付けられた面の前記平坦部から遠い方の縁部に、前記回路配線に接続するためのいくつかの突起部が設けられている。
一部の実施例において、前記パワーデバイスは６つであり、それぞれ３つの上部ブリッジアームパワーデバイスと３つの下部ブリッジアームパワーデバイスであり、前記パワー素子は、前記３つの上部ブリッジアームパワーデバイスにそれぞれ対応して接続されているＵ相高電圧駆動集積チューブ、Ｖ相高電圧駆動集積チューブ、Ｗ相高電圧駆動集積チューブと、前記３つの下部ブリッジアームパワーデバイスにそれぞれ対応して接続されているＵ相低電圧駆動集積チューブ、Ｖ相低電圧駆動集積チューブ、Ｗ相低電圧駆動集積チューブとを含む。
前記インテリジェントパワーモジュールは、力率補正回路を更に含み、前記力率補正回路は、ブリッジ整流器、コンプレッサーのインバータ及び力率補正の機能を備えるか、又は、ブリッジ整流器、コンプレッサーのインバータ、力率補正及びファンインバータの機能を備え、前記力率補正回路はそれぞれ前記Ｕ、Ｖ、Ｗ相高電圧駆動集積チューブ及び前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相低電圧駆動集積チューブに接続されている。
一部の実施例において、前記３つの上部ブリッジアームパワーデバイスは、それぞれ第１パワーデバイス、第２パワーデバイス、第３パワーデバイスであり、前記３つの下部ブリッジアームパワーデバイスはそれぞれ第４パワーデバイス、第５パワーデバイス、第６パワーデバイスである。
前記第１パワーデバイスは、第１ＩＧＢＴチューブと第１ＦＲＤチューブとを含み、前記第２パワーデバイスは第２ＩＧＢＴチューブと第２ＦＲＤチューブとを含み、前記第３パワーデバイスは第３ＩＧＢＴチューブと第３ＦＲＤチューブとを含み、前記第４パワーデバイスは第４ＩＧＢＴチューブと第４ＦＲＤチューブとを含み、前記第５パワーデバイスは第５ＩＧＢＴチューブと第５ＦＲＤチューブとを含み、前記第６パワーデバイスは第６ＩＧＢＴチューブと第６ＦＲＤチューブとを含む。
前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相高電圧駆動集積チューブは、電源端と、入力端と、出力端と、高電圧電源のポジティブターミナルと、高電圧電源のネガティブターミナルと接地端とを含み、前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相低電圧駆動集積チューブは、電源端と、入力端と、出力端と接地端とを含む。前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相高電圧駆動チューブの入力端は、それぞれ前記インテリジェントパワーモジュールのＵ、Ｖ、Ｗ三相上部ブリッジアームの入力端となる。前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相低電圧駆動チューブの入力端は、それぞれ前記インテリジェントパワーモジュールのＵ、Ｖ、Ｗ三相下部ブリッジアーム入力端となる。
前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相高電圧駆動チューブは、前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相低電圧駆動集積チューブの電源端に接続されて前記インテリジェントパワーモジュールの低電圧領域給電電源のポジティブターミナルとなり、前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相高電圧駆動チューブは前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相低電圧駆動集積チューブの接地端に接続されて前記インテリジェントパワーモジュールの低電圧領域給電電源のネガティブターミナルとなり、前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相高電圧駆動チューブの高電圧電源のポジティブターミナルはそれぞれ前記インテリジェントパワーモジュールのＵ、Ｖ、Ｗ三相高電圧領域給電電源のポジティブターミナルとなる。
前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブの出力端は前記第１ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブの高電圧電源のネガティブターミナルは、前記第１ＩＧＢＴチューブのエミッタと、前記第１ＦＲＤチューブの陽極と、前記第４ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第４ＦＲＤチューブの陰極とに接続され、前記インテリジェントパワーモジュールのＵ相高電圧領域給電電源のネガティブターミナルとなる。前記Ｖ相高電圧駆動集積チューブの出力端は、前記第２ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記Ｖ相高電圧駆動集積チューブの高電圧電源のネガティブターミナルは前記第２ＩＧＢＴチューブのエミッタと、前記第２ＦＲＤチューブの陽極と、前記第５ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第５ＦＲＤチューブの陰極とに接続され、前記インテリジェントパワーモジュールのＶ相高電圧領域給電電源のネガティブターミナルとなる。前記Ｗ相高電圧駆動集積チューブの出力端は、前記第３ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記Ｗ相高電圧駆動集積チューブの高電圧電源のネガティブターミナルは、前記第３ＩＧＢＴチューブのエミッタと、前記第３ＦＲＤチューブの陽極と、前記第６ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第６ＦＲＤチューブの陰極とに接続され、前記インテリジェントパワーモジュールのＷ相高電圧領域給電電源のネガティブターミナルとなる。
前記第１ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第１ＦＲＤチューブの陰極と、前記第２ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第２ＦＲＤチューブの陰極と、前記第３ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第３ＦＲＤチューブの陰極とが接続され、前記インテリジェントパワーモジュールの高電圧入力端となる。
前記Ｕ相低電圧駆動集積チューブの出力端は第４ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記第４ＩＧＢＴチューブのエミッタは前記第４ＦＲＤチューブの陽極に接続され、前記インテリジェントパワーモジュールのＵ相低電圧参照端となり、前記Ｖ相低電圧駆動集積チューブの出力端は第５ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記第５ＩＧＢＴチューブのエミッタは前記第５ＦＲＤチューブの陽極に接続され、前記インテリジェントパワーモジュールのＶ相低電圧参照端となり、前記Ｗ相低電圧駆動集積チューブの出力端は第６ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記第６ＩＧＢＴチューブのエミッタは前記第６ＦＲＤチューブの陽極に接続され、前記インテリジェントパワーモジュールのＷ相低電圧参照端となる。
一部の実施例において、前記力率補正回路は、高速ＩＧＢＴチューブと、ハイパワーＦＲＤチューブと、ローパワーＦＲＤチューブと第１低電圧駆動集積チューブとを含む。
前記第１低電圧駆動集積チューブは、入力端と、出力端と、電源端と接地端とを含む。
前記第１低電圧駆動集積チューブの入力端は、前記力率補正回路の入力端となる。前記第１低電圧駆動集積チューブの電源端は前記力率補正回路の電源端となり、前記第１低電圧駆動集積チューブの接地端は前記力率補正回路の接地端となる。
前記第１低電圧駆動集積チューブの入力端は前記高速ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記高速ＩＧＢＴチューブのエミッタは前記ローパワーＦＲＤチューブの陽極に接続され、前記高速ＩＧＢＴチューブのコレクターは前記ローパワーＦＲＤチューブの陰極と、前記ハイパワーＦＲＤチューブの陽極とに接続されている。
本発明の実施例のインテリジェントパワーモジュールの製造方法によると、前記インテリジェントパワーモジュールは上記のようなインテリジェントパワーモジュールであり、前記製造方法は以下のようなステップを含む。
Ｓ１０： ヒートシンクを作製し、前記ヒートシンクの下面に放熱ひだを形成し、前記ヒートシンクの上面を絶縁層で覆う。
Ｓ２０： 前記絶縁層の表面に回路配線を設ける。
Ｓ３０： 前記回路配線の相応の位置に回路素子とピンとを配設する。
Ｓ４０： 前記金属線によって前記回路配線と回路素子とを接続する。
Ｓ５０： 前記絶縁層の表面に封止層を被覆して、前記回路配線と、回路素子と金属線を覆う。
Ｓ６０： 前記ヒートシンクの下面に防水処理層を設ける。
Ｓ７０： 前記インテリジェントパワーモジュールに対してモジュール機能検査を行い、前記モジュール機能検査は絶縁耐圧と、静的電力消費と遅延時間検査とを含む。
一部の実施例において、ステップＳ１０において、以下のようなサブステップを含む。
Ｓ１１： 設定された回路レイアウトに基づいて所定のサイズの湿式炭素複合材を選択して紙質のヒートシンクを形成する。
Ｓ１２： 前記回路配線の間の指定された位置に貫通孔を形成し、前記貫通孔は前記絶縁層及び前記ヒートシンクを貫通する。
Ｓ１３： ヒートシンクの正面に、絶縁材料と銅材を利用して熱圧着方法によって、絶縁材料を前記ヒートシンクの表面に前記絶縁層として形成し、銅材を前記絶縁層の表面に銅箔層として形成する。
Ｓ１４： 前記銅箔層の特定位置を腐食させ、残った部分が回路配線及び溶接パッドを形成する。
Ｓ１５： 湿式炭素複合材を利用してひだを形成し、耐高温接着剤によって前記ヒートシンクの裏面に接着する。
一部の実施例において、ステップＳ５０において、以下のようなサブステップを更に含む。
Ｓ５１： 前記絶縁層の表面の周囲に熱硬化性樹脂フレームを設ける。
Ｓ５２： 前記熱硬化性樹脂フレームの範囲内及び前記貫通孔内に熱可塑性樹脂を注ぎ込んで前記回路配線と、回路素子と金属線とを封止する。
Ｓ５３： 前記ピンのトリミング成形を行うとともに、封止樹脂によって前記ヒートシンクの裏面のひだで覆っていない位置を封止する。
一部の実施例において、ステップＳ３０において、前記回路配線の相応の位置に回路素子を配設する前にピンを予め作製し、且つ以下のようなサブステップを含む。
Ｓ３１： 銅基材を選択し、銅基材に対してプレスまたはエッチングの方法で、一列のピンを作製し、ピンの間を補強リブによって接続する。
Ｓ３２： 前記ピンの表面に順番にニッケル層とニッケル - スズ合金層を形成し、メッキ層付きのピンを取得する。
ステップＳ４０において、以下のようなサブステップを更に含む。
Ｓ４１： リフロー溶接によって前記回路素子を前記回路配線に溶接する。
Ｓ４２： 前記絶縁層に残ったフラックスを除去する。
Ｓ４３： 前記金属線によって前記回路配線と回路素子とを接続する。
一部の実施例において、前記ヒートシンクは、紙質のヒートシンクであり、前記ヒートシンクの正面を絶縁層で覆い、絶縁層の表面に回路配線と溶接パッドとを形成するステップは、以下のようなステップを含む。
Ｓ’１０： 設定された回路レイアウトに基づいて所定のサイズの湿式炭素複合材を選択して紙質のヒートシンクを形成する。
Ｓ’２０： ヒートシンクの正面において、絶縁材料と銅材を利用し、熱圧着の方法により、絶縁材料を前記ヒートシンクの表面に前記絶縁層として形成し、銅材を前記絶縁層の表面に銅箔層として形成する。
Ｓ’３０： 前記銅箔層の特定位置を腐食させ、残った部分が回路配線及び溶接パッドを形成する。
Ｓ’４０： 前記ヒートシンクの裏面に仕切り部を形成し、予め作製された放熱ひだを前記ヒートシンクの裏面の前記パワー素子に対応する位置に固定するステップはＳ’４１を含み、前記Ｓ’４１は、切断、引き裂き、腐食などの方法によって、前記紙質のヒートシンクの裏面の特定位置の材料を除去し、仕切り部を形成するステップである。
Ｓ’５０： 湿式炭素複合材を利用してひだを形成し、耐高温接着剤によって前記ヒートシンクの裏面のパワー素子に対応する位置に接着する。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法によると、前記インテリジェントパワーモジュールは、上記のようなインテリジェントパワーモジュールであり、前記製造方法は以下のようなステップを含む。
Ｔ１０： 前記ヒートシンクとピンとを製造し、ヒートシンクの上面を平面に形成する。
Ｔ２０： ヒートシンクの上面に絶縁層を設け、絶縁層の上面に回路配線を形成する。
Ｔ３０： 回路配線にそれぞれ回路素子と外部に接続されるピンとを設け、ヒートシンクの下面に放熱領域を設け、放熱領域に放熱ひだを設ける。
Ｔ４０： 金属線によって回路素子と回路配線とを接続する。
Ｔ５０： 前記ヒートシンクを焼成し封止樹脂をモールドし、ピンを成型して、インテリジェントパワーモジュールを取得する。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法によると、前記インテリジェントパワーモジュールは、上記のようなインテリジェントパワーモジュールであり、前記製造方法は以下のようなステップを含む。
Ｐ１０： ヒートシンクとピンとを製造し、前記ヒートシンクの上面を平面に形成し、前記ヒートシンクの下面に放熱ひだを設ける。
Ｐ２０： 前記ヒートシンクの上面に絶縁層を設け、前記絶縁層の上面に回路配線を設ける。
Ｐ３０： 前記回路配線にそれぞれ回路素子と外部に接続される前記ピンとを設ける。
Ｐ４０： 金属線によって前記回路素子と前記回路配線とを接続する。
Ｐ５０： 前記ヒートシンクを焼成し封止樹脂をモールドし、前記ピンを成型して、インテリジェントパワーモジュールを取得する。
一部の実施例において、前記ステップＰ３０は、前記ヒートシンクを清浄するステップをさらに含む。
前記ステップＰ５０において、無酸素環境で前記ヒートシンクを焼成し、焼成時間は２時間より長く、焼成温度は１１０℃〜１４０℃である。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法は、以下のようなステップを含む。
Ｑ１０： ヒートシンクを形成する。
Ｑ２０： 前記ヒートシンクをパワーモジュール基材とし、前記パワーモジュール基材の一方に絶縁層を形成する。
Ｑ３０： 前記絶縁層の前記ヒートシンクと接触しない側に溶接エリアとピンとを形成する。
Ｑ４０： 前記溶接エリアのパワー溶接エリアに少なくとも一つのパワーデバイスを取り付ける。
Ｑ５０： 封止層を形成して前記インテリジェントパワーモジュールの作製を完成する。
一部の実施例において、前記溶接エリアは非パワー溶接エリアを更に含み、前記非パワー溶接エリアに少なくとも一つの非パワーデバイスを取り付ける。
ステップＱ１０は、ステップＱ１１を含み、前記ステップＱ１１では、湿式炭素複合層を利用してヒートシンクを形成する。
ステップＱ３０は、ステップＱ３１を含み、前記ステップＱ３１では、前記ヒートシンクの前記絶縁層と接触しない側に放熱ひだを形成し、前記放熱ひだは前記少なくとも一つのパワーデバイスが位置する領域に対応する。
ステップＱ４０は、以下のようなステップを含む。
Ｑ４１： 前記パワー溶接エリアに第１ソルダペースト層を塗布する。
Ｑ４２： 前記パワー溶接エリアに前記少なくとも一つのパワーデバイスを取り付けた後、前記第１ソルダペースト層に対してリフロー溶接処理を行って前記第１ソルダペースト層を硬化させる。
Ｑ４３： 前記非パワー溶接エリアに第２ソルダペースト層を塗布する。
Ｑ４４： 前記非パワー溶接エリアに前記少なくとも一つの非パワーデバイスを取り付けた後、前記ソルダペースト層に対してリフロー溶接処理を行い、前記第２ソルダペースト層を硬化させる。
Ｑ４５： 前記ヒートシンクに対して洗浄処理を行い、ここで洗浄処理は、スプレー処理及び/又は超音波洗浄処理を含む。
一部の実施例において、ステップＱ３０は、以下のようなステップを含む。
Ｑ’３１： 前記絶縁層の前記放熱層と接触しない側に金属シード層を形成し、ここで、前記金属シード層の厚さは０.０１〜０.１ミクロンメートルである。
Ｑ’３２： 前記シード層に対して電気メッキ処理を行って回路配線を形成し、ここで、前記回路配線の厚さは１〜５ミクロンメートルである。
Ｑ’３３： 前記回路配線に対してエッチング処理を行って、前記溶接エリアと前記ピンと溶接パッドとを形成する。
Ｑ’３４： 前記溶接エリアと、前記ピンと前記溶接パッドの間に金属線を接続する。
図１は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの平面図である。 図１（ａ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの底面図である。 図２は、図１におけるＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図２（ａ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図２（ｂ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図３は、発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法におけるヒートシンクの工程の側面概略図である。 図４は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法におけるヒートシンクの工程の平面概略図である。 図５は、ヒートシンクに絶縁層３０７と、銅箔層１８Ｂとを形成する工程の概略図である。 図６は、回路配線を作製する工程の概略図である。 図６（ａ）は、ヒートシンクの正面に絶縁層と銅箔層を形成した後、銅箔層に回路配線を形成する概略図である。 図６（ｂ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの回路配線に貫通孔を形成する概略図である。 図６（ｃ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの封止樹脂を除去したの概略図である。 図７は、図３におけるＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図８は、放熱ひだを作製する工程の概略図である。 図９は、ピンのサイズを示す図である。 図１０は、ピンを作製する工程の概略図である。 図１１は、回路配線に回路素子と、ピンとを配置する工程の側面概略図である。 図１２は、回路配線に回路素子と、ピンとを配置する工程の平面概略図である。 図１２（ａ）は、回路配線に回路素子と、ピンとを配置する工程の平面概略図である。 図１３は、金属線を配置する工程の側面概略図である。 図１３（ａ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１４は、金属線を配置する工程の平面概略図である。 図１５は、インテリジェントパワーモジュールの封止工程概略図である。 図１５（ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ａａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ｂ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ｂｂ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ｃ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ｃｃ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ｄ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１６は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 図１７は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１７（ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１７（ｂ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１８は、図１７におけるＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図１８（ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１９は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図２０は、図１９におけるＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図２１は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの平面図であり、但し封止樹脂は除去している。 図２１（ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの平面図であり、但し封止樹脂は除去している。 図２２は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 図２３は、図４におけるヒートシンクに放熱領域を加えた構造概略図である。 図２４は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールのヒートシンクに絶縁層と銅箔層とが設けられた構造概略図である。 図２５は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの放熱ひだの構造概略図である。 図２６は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの放熱ひだを配置した後の構造概略図である。 図２７は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの複数のピンの構造概略図である。 図２８は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールのピンの構造概略図である。 図２８（ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールのピンの構造概略図であり、このピンは弧度を有する。 図２９は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの回路配線取付完了後の構造概略図である。 図３０は、図２９に示された構造の平面図である。 図３１は、図２９に示された構造に対して接続工程を行った後の構造概略図である。 図３２は、図３１に示された構造の平面図である。 図３２（ａ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図３２（ｂ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図３３は、図３１に示された構造に封止樹脂を追加した後の構造概略図である。 図３４は、図３３に示された構造がピンのを切断した構造概略図である。 図３５は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図３６は、図３５においてＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図３７は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 図３８は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの放熱ひだが配置された後の構造概略図である。 図３９は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの回路配線が配置された後の構造概略図である。 図４０は、図３９に示された構造が接続工程を行った後の構造概略図である。 図４１は、図４０に示された構造に封止樹脂を追加した構造概略図である。 図４２は、図４１に示された構造のピン切断後の構造概略図である。 図４３は、独立したフレーム構造の概略図である。 図４４は、図４３におけるＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図４５（Ａ）は、従来のインテリジェントパワーモジュールの回路図である。 図４５（Ｂ）は、従来のインテリジェントパワーモジュールの平面図である。 図４５（Ｃ）は、図４５（Ｂ）の樹脂が除去された後の概略図である。 図４５（Ｄ）は、図４５（Ｂ）のＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図４５（Ｅ）は、従来のインテリジェントパワーモジュールがアルミニウムヒートシンクに取り付けられた概略図である。 図４５（ＢＢ）は、従来のインテリジェントパワーモジュールの平面図である。 図４５（ＣＣ）は、図４５（ＢＢ）の樹脂が除去された後の概略図である。 図４５（ＤＤ）は、図４５（ＢＢ）のＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図４５（ＥＥ）は、従来のインテリジェントパワーモジュールがアルミニウムヒートシンクに取り付けられた概略図である。 図４６（Ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェント機能モジュールの回路図である。 図４６（Ｂ）は、本発明の実施例によるインテリジェント機能モジュールの平面図である。 図４６（Ｃ）は、図４６（Ｂ）のＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図４６（Ｄ）は、本発明の実施例によるインテリジェント機能モジュールの封止樹脂が除去された後の正面の平面図である。 図４６（ＡＡ）は、本発明インテリジェント機能モジュールの好ましい実施例の回路図である。 図４６（ＢＢ）は、本発明インテリジェント機能モジュールの好ましい実施例の平面図である。 図４６（ＣＣ）は、図４６（ＢＢ）のＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図４６（ＤＤ）は、本発明の実施例インテリジェント機能モジュールの封止樹脂が除去された正面の平面図である。 図４７（Ａ）は、本発明の実施例の第１工程において紙質のヒートシンクの正面に絶縁層と銅箔層とを形成した平面図である。 図４７（Ｂ）は、図４７（Ａ）の側面図である。 図４８（Ａ）は、本発明の実施例の第２工程において前記回路配線の表面にＩＧＢＴチューブと、高電圧駆動集積チューブと、低電圧駆動集積チューブと予め作製されたピンとを取り付け、支持プレートにＦＲＤチューブを取り付けた平面図である。 図４８（Ｂ）は、図４８（Ａ）の側面図である。 図４８（ＡＡ）は、本発明の実施例の第２工程において回路配線にＩＧＢＴチューブと、ＦＲＤチューブとピンとを取り付けた平面図である。 図４８（ＢＢ）は、図４８（ＡＡ）の側面図である。 図４８（Ｃ）は、本発明の実施例の第２工程における支持プレートの底面図である。 図４８（Ｄ）は、本発明の実施例の第２工程における支持プレートの正面図である。 図４９（Ａ）は、本発明の実施例の第３工程においてＩＧＢＴチューブのエミッタにＦＲＤチューブを取り付けた平面図である。 図４９（Ｂ）は、図４９（Ａ）の側面図である。 図４９（ＡＡ）は、本発明の実施例の第３工程においてＩＧＢＴチューブのエミッタに高電圧駆動集積チューブと低電圧駆動集積チューブとを取り付けた平面図である。 図４９（ＢＢ）は、図４９（ＡＡ）の側面図である。 図５０（Ａ）は、本発明の実施例の第４工程において、金属線によってＩＧＢＴチューブと、ＦＲＤチューブと、高電圧駆動集積チューブと、低電圧駆動集積チューブと回路配線とを接続させて回路を形成した平面図である。 図５０（Ｂ）は、図５０（Ａ）の側面図である。 図５０（ＡＡ）は、本発明の実施例の第４工程において、金属線によってパワー素子と、非パワー素子と、ヒートシンクと回路配線間とを接続させた平面図である。 図５０（ＢＢ）は、図５０（ＡＡ）の側面図である。 図５１は、本発明の実施例の第５工程において、金型を利用して封止樹脂によって紙質のヒートシンクを封止した断面図である。 図５１（Ａ）は、本発明の実施例の第５工程において、金型を利用して封止樹脂によって紙質のヒートシンクを封止した断面図である。 図５２（Ａ）は、本発明の実施例第６工程において、ピンをトリミング成形した概略図である。 図５２（Ｂ）は、本発明の実施例の第６工程において、放熱ひだを取付けた概略図である。 図５３は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 図５３（Ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 図５４は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール製造方法のフローチャートである。
以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。前記実施例が図面に例示されるが、同一または類似する符号は、常に、相同又は類似の部品、又は、同一又は類似の機能を有する部品を表す。以下に、図面を参照しながら説明される実施例は例示的なものであり、本発明を解釈するためだけに用いられ、本発明を限定するものと理解されてはならない。
以下、図１〜図５４を参照しながら本発明の実施例のインテリジェントパワーモジュール１０を説明する。
図１〜図４２に示すように、本発明の実施例のインテリジェントパワーモジュール１０は、ヒートシンク３０６と、絶縁層３０７と、回路配線３０８と、回路素子と金属線３０５とを含む。
具体的には、ヒートシンク３０６の下面の少なくとも一部に放熱領域１７Ｂが形成され、放熱領域１７Ｂに放熱ひだ１７Ａが設けられ、絶縁層３０７がヒートシンク３０６の上面に設けられる。回路配線３０８が絶縁層３０７に設けられ、回路素子が回路配線３０８に設けられ、回路素子は金属線３０５によって回路配線３０８に接続されている。
本発明の実施例のインテリジェントパワーモジュール１０は、ヒートシンク３０６の下面に放熱ひだ１７Ａが設けられ、回路素子の大部分の熱量を迅速に放出するため、インテリジェントパワーモジュール１０は常に低温環境で作動し、インテリジェントパワーモジュール１０の電気性能及び熱安定性を向上させる。
図１と図２とを結合すると、本発明の実施例のインテリジェントパワーモジュール１０は、ピン３０１と、封止層１２ａと、金属線３０５と、ヒートシンク３０６と、回路配線３０８と、絶縁層３０７と回路素子とを備え、この回路素子はパワー素子１９と非パワー素子１４ａとを含む。ヒートシンク３０６は紙質のヒートシンクであり、ヒートシンク３０６の下面に大量の放熱ひだ１７Ａが形成され、ヒートシンク３０６の上面は絶縁層３０７で覆われている。回路配線３０８は前記絶縁テープ２１の表面に取付けられ、回路配線３０８は前記ヒートシンク３０６の表面縁部の近くに設けられた溶接パッド１８Ａを含む。金属線３０５は回路設計図に基づいて、回路配線３０８の間、回路素子の間及び回路配線３０８と回路素子の間に回路接続を形成する。封止層１２ａは熱硬化性樹脂フレーム１３ａと、熱硬化性樹脂フレーム１３ａの範囲内に注ぎ込んだ熱可塑性樹脂とを含むように形成される。この回路を封止するとともに前記ヒートシンク３０６の上面における全ての要素を完全に覆う。
本実施例において、ヒートシンク３０６は３５０℃以上の高温に耐える絶縁材料で作製する。例えば、湿式炭素複合材機能紙は、粉末状と繊維状の炭素材料を複合してグラファイト質に加工したものを、必要に応じて任意の形状に折り畳むことで、放熱ひだ１７Ａを取得する。耐食性の向上と防水のため、表面に防水処理を施してあり、ヒートシンク３０６の下面は防水層(図示せず)で覆われている。本実施例において、ヒートシンク３０６と放熱ひだ１７Ａとは一体に形成されるが、ここでヒートシンク３０６の形状は平坦であり、前記放熱ひだ１７Ａの形状は不規則である。ヒートシンク３０６と放熱ひだ１７Ａとは異なる厚さの湿式炭素複合材を使用することができ、本実施例では異なる厚さのものを使用した。ここで、機械強度を増加するためにヒートシンク３０６には厚い湿式炭素複合材を利用し、厚さは１.５ｍｍとし、コストダウンとひだの密度を増加するために、放熱ひだ１７Ａには薄い湿式炭素複合材を利用し、厚さは０.５ｍｍとした。ここで、ヒートシンク３０６の放熱ひだ１７Ａを有する面をヒートシンク３０６の裏面(即ち下面)とし、その対向面をヒートシンク３０６の表面(上面)とする。
実際の使用においては、放熱ひだ１７Ａはヒートシンク３０６の裏面を完全に覆ってはならず、ヒートシンク３０６の裏面の縁部には少なくとも２ｍｍの平坦な位置を残す必要があり、ヒートシンク３０６の長方形の短辺は直径が少なくとも１ｍｍである取付穴１６ａを有する。
絶縁層３０７は、通常の絶縁材料を基に、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの添加物を加えて熱伝導性を向上させてもよく、ここで、添加物は球形又は角形であっても良い。熱圧着方式により、ヒートシンク３０６の表面に圧着するとともに、ヒートシンク３０６の取付穴１６ａの位置を露出する。
回路配線３０８は銅などの金属からなり、絶縁層３０７の相応の位置(この位置は回路設計図により設計する)形成され、必要なパワーに応じて、０.０３５ｍｍ又は０.０７ｍｍなどの厚さにすることができる。通常のインテリジェントパワーモジュールでは、０.０７ｍｍにしても良く、本実施例において０.０７ｍｍの厚さを採用する。また、絶縁層３０７の縁部に、回路配線３０８からなる溶接パッド１８Ａを形成する。ここで、絶縁層３０７の一辺の付近に複数の位置合わせして配列された溶接パッド１８Ａが設けらる。必要な機能に応じて、絶縁層３０７の複数の辺の付近に複数の位置合わせして配列された溶接パッド１８Ａが設けられても良い。
パワー素子１９と非パワー素子１４ａは回路配線３０８上に固定され所定の回路を構成する。ここで、パワー素子１９はＩＧＢＴチューブ、高電圧ＭＯＳFＥＴチューブ、高電圧ＦＲＤチューブ等の素子を利用し、パワー素子１９は金属線３０５によって回路配線３０８などに接続されている。非パワー素子１４ａは集積回路、トランジスタまたはダイオードなどの能動素子、或いはコンデンサー又は抵抗器等の受動素子を利用し、上を向いて取り付けられた能動素子等は金属線３０５によって回路配線３０８に接続されている。
金属線３０５はアルミニウム線、金線又は銅線であっても良く、バインディングにより各パワー素子１９の間、各非パワー素子１４ａの間、各回路配線３０８の間に電気的な接続関係を築く。また、ピン３０１と回路配線３０８又はパワー素子１９、非パワー素子１４ａの間に電気的な接続関係を築くのに利用されることもある。
ピン３０１は、回路ヒートシンク３０６の一つ又は複数の縁部に設けられた溶接パッド１８Ａに固定され、例えば、外部との入力、出力を行う機能を備える。ここでは、一つの辺に複数のピン３０１を設け、ピン３０１と溶接パッド１８Ａとがはんだ等の導電性接着剤によって溶接し、ピン３０１を前記溶接パッド１８Ａに接続するとともにヒートシンク３０６から外へ延伸させる。通常、ピン３０１は銅等の金属で作製し、銅の表面は化学めっきと電気メッキによって一層のニッケル - スズ合金層を形成してもよい。一般的に、合金層の厚さは５μｍであり、メッキ層は銅が腐食し酸化されないように保護し、溶接性を向上させる。
インバータエアコン等の特定な使用場面では、高熱伝導絶縁層とヒートシンクを加えてインテリジェントパワーモジュールの放熱問題を解決することができるが、高熱伝導絶縁層放熱を選択すると、コストが非常に高くなるだけではなく、高熱伝導絶縁層に大量の添加物を入れるためインテリジェントパワーモジュールの硬度が高くなり、これによりインテリジェントパワーモジュールの製造難度を増加すると考えられる。インテリジェントパワーモジュールの内部にヒートシンクを加えてパワー素子をヒートシンク上に貼り付ると、原材料のコストアップをするだけではなく、インテリジェントパワーモジュールの製造プロセスの難易度が高まる。インテリジェントパワーモジュールの外部にヒートシンクを加えて、ヒートシンクをインテリジェントパワーモジュールの裏面に貼り付け、インテリジェントパワーモジュールと結合される応用回路にまた他の発熱素子があるから、若し、全ての発熱素子のために同一のヒートシンクを取り付けると、ヒートシンク面積が増加し、応用コストをアップさせる一方、全ての発熱素子それぞれにヒートシンクを取付ければ、取付難度が高くなる。よって、高熱伝導絶縁層を選択すること及びヒートシンクを加えることはいずれもインテリジェントパワーモジュールの使用の普及に困難を生じ、インテリジェントパワーモジュールのインバータエアコン等民生用の普及に不利である。
上記のような考えに基づいて、本発明の実施例は紙質のヒートシンクを導入することにより、紙質のヒートシンクの裏面に仕切り部が形成されパワー素子に対応する位置に放熱ひだが設けられ、紙質のヒートシンクの正面に絶縁層と、回路配線と、パワー素子と、非パワー素子等の要素とが形成され、順番に加工を完成し、紙質のヒートシンクは軽量であるから、加工する際に利用されるキャリアに対する要求が低く、位置決めしやすく、これにより製造コストを下げ、プロセス合格率を高める。パワー素子を内部ヒートシンクに貼り付ける工程を省き、設備投資費用を削減する。また、紙質のヒートシンクの裏面に放熱ひだを設けるため、放熱面積が極めて増え、且つ異なる機能を持つ前記パワー素子群は仕切り部の存在により熱クロストークを大幅に減少させ、各発熱部分の発熱は互いに異なっているが互いにほとんど伝導せず、前記ひだにより放熱し、普通の絶縁層を利用した前提で、インテリジェントパワーモジュール及び応用プラットフォームの発熱部品は良い放熱効果を取得し、各発熱源間の熱干渉がかなり少なく、インテリジェントパワーモジュールの性能を安定させ、インテリジェントパワーモジュールの信頼性を向上させる。その他、紙質のヒートシンクは運搬に便利である。
ヒートシンク３０６の裏面に仕切り部２０２ａが設けられ、仕切り部２０２ａはヒートシンク裏面の特定の位置の放熱材料が除去されることにより形成されるものであり、一部を除去してても良いし、全部除去して絶縁層３０７を露出させてもよい。本実施例はより良い放熱效果を取得するために、全部除去することにする。
ここで、パワー素子１９の下方にひだ１７Ａを備え、前記仕切り部２０２ａの上方にパワー素子１９を備えない。前記放熱ひだ１７Ａは前記パワー素子１９の裏面に位置して前記仕切り部２０２ａに囲まれ、前記紙質のヒートシンク３０６の裏面の短辺縁部からの距離は少なくとも２ｍｍとし、前記スルーホール１６を遮蔽しないようにする。
前記仕切り部２０２ａは前記紙質のヒートシンク３０６をくり抜いて形成された透かし彫りであり、前記仕切り部は各機能回路の発熱パワー素子群の間に位置し、熱量が高熱伝導の前記紙質のヒートシンク３０６によって伝導することがないようにする。前記仕切り部２０２ａの幅は前記発熱パワー素子群の間の距離によって決められる。一般的に、断熱部の効果を取得するために、前記仕切り部２０２ａの幅は１ｍｍより小さくてはならず、前記紙質のヒートシンク３０６の機械強度を高めるために、前記仕切り部２０２ａの幅は５ｍｍより大きくてはならない。また前記仕切り部２０２ａは前記紙質のヒートシンク３０６を完全に除去して、前記絶縁層３０７を露出させてもよいし、また前記紙質のヒートシンク３０６のほとんどを除去して前記絶縁層３０７と結合した極めて薄い一層だけを残してもよい。一部の実施例において、完全に除去する方法を利用する。
ブリッジ整流器、コンプレッサーのインバータの駆動部分、力率補正の駆動部分、ファンのインバータの駆動部分は、他の制御部分（非パワー素子１４ａ等）との間を仕切り部２０２ａに隔離され、各発熱部分の熱干渉を低くさせるだけではなく、ほとんどの熱はひだ１７Ａによって放出され、制御部分の温度を低い状態に保ち、制御部分の温度ドリフトによるインテリジェントパワーモジュール１０の性能低下を防止する。なお、好ましくは、前記仕切り部２０２ａの上方に前記金属線３０５のバインディング点を設けない。
図４３〜図４４に示すように、インテリジェントパワーモジュール１０は前記インテリジェントパワーモジュール１０外周に嵌められたフレーム構造１３をさらに含み、前記フレーム構造１３は熱硬化性樹脂フレームであり且つ前記インテリジェントパワーモジュールの側面を取り囲む環状フレームと、前記環状フレームの底部から垂直に内側へ延伸して形成され前記ヒートシンクの底部に接触する延伸部とを含み、前記延伸部の厚さは１ｍｍ〜１.５ｍｍである。
熱硬化性樹脂フレーム１３ａはトランスファー成形法によって成形されて形成し、熱硬化性樹脂フレーム１３ａの外縁部の大きさはヒートシンク３０６と一致又はヒートシンク３０６よりやや小さい。応用において、熱硬化性樹脂フレーム１３ａの内縁部と外縁部の距離は１.５ｍｍ以上であり、且つ熱硬化性樹脂フレーム１３ａの長方形の短辺のところに、インテリジェントパワーモジュール１０を取り付けるように、位置も直径もヒートシンク３０６のスルーホールの位置、直径と一致する取付穴１６ａが存在する。
封止層１２ａは熱可塑性樹脂射出成形によって成形する。ここで、封止層１２ａは完全に熱硬化性樹脂フレーム１３ａ内に位置してヒートシンク３０６上面における全ての要素を封止する。絶縁層３０７の表面を覆うとともに、回路配線３０８と、回路素子と金属線３０５とを覆う。
インテリジェントパワーモジュール１０の裏面に放熱ひだ１７Ａを備えるから、放熱面積は大幅に増加し、絶縁層３０７に高熱伝導材料を利用することなくパワー素子の放熱要求を満足することができる。放熱構造は紙質材料であり、重量が軽く、インテリジェントパワーモジュール１０の総重量が下げられ、長距離の輸送及び作業員の組立取り付け作業を便利にする。モジュール自体がヒートシンクを備えるから、応用過程において、外部にさらにヒートシンクを接続する必要はなく、応用難度と応用コストが下げられ、組立品質が向上する。よって、本発明のインテリジェントパワーモジュール１０はコストダウンすると共に、信頼性を高め、従来のインテリジェントパワーモジュール機能及びピンの定義と互換性があるように設計でき、インテリジェントパワーモジュールの普及に役立つ。
この実施例において、便利に放熱させるために、図３２(ｂ)に示すように、ヒートシンク３０６に貫通孔２２ａを更に設け、前記貫通孔２２ａは前記ヒートシンク３０６と絶縁層３０７とを貫通する。
この貫通孔２２ａはヒートシンク３０６の特定の位置に設けられ、具体的には、貫通孔２２ａは発熱源を構成するデバイス及び回路と、発熱源を構成しないデバイス及び回路との間に位置し、パワー素子１９の各発熱源の間の熱干渉を少なくさせ、且つパワー素子１９のほとんどの熱量は迅速に放出されて非パワー素子１４ａに伝導しないようにし、インテリジェントパワーモジュール１０の性能を安定させ、インテリジェントパワーモジュール１０の信頼性が向上する。
貫通孔２２ａの加工誤差を防止するために、回路配線３０８の縁部と前記貫通孔２２ａの縁部の間、及び、前記絶縁層３０７の縁部と前記貫通孔２２ａの縁部の間に予め設定された距離（後文で詳しく説明する）を有する。
ここで、前記ブリッジ整流器、前記コンプレッサーのインバータの駆動部分、前記力率補正の駆動部分、前記ファンのインバータの駆動部分は、他の制御部分との間を前記貫通孔２２ａによって隔離される。
また、前記インテリジェントパワーモジュール１０はさらに、前記パワーモジュール縁部に設けられ、前記回路配線３０８に接続されて外へ延伸して入出力を行うピン３０１を有する。
ここで、インテリジェントパワーモジュール１０内部の回路レイアウト及び周囲のアプリケーションの必要に応じ、前記ピン３０１はインテリジェントパワーモジュール１０の１辺の縁部、２辺の縁部、３辺の縁部又は４辺の縁部に設けられる。
本実施例において、前記回路配線３０８と、前記パワー素子１９と非パワー素子１４ａと、金属線３０５と、前記ピン３０１と回路配線３０８の接続部分とは封止樹脂１２によってパッケージングされる。前記樹脂１２は前記貫通孔２２ａを充填する。
図１７（ａ）と図２１（ａ）に示すように、回路ユニット１００１はブリッジ整流器機能を実現し、回路ユニット１００２はコンプレッサーのインバータ機能を実現し、回路ユニット１００３は力率補正機能を実現し、回路ユニット１００４はファンのインバータ機能を実現する。
ここで、前記ブリッジ整流器、前記コンプレッサーのインバータの駆動部分、前記力率補正の駆動部分、前記ファンのインバータの駆動部分は、他の制御部分との間を前記貫通孔２２ａで隔離される。
前記貫通孔２２ａは前記回路配線３０８の間に位置し、且つ前記絶縁層３０７および回路配線３０８と１ｍｍ以上の距離を持ち、前記貫通孔２２ａは前記絶縁層３０７と前記紙質のヒートシンク３０６を貫通し、前記インテリジェントパワーモジュール１０が封止樹脂１２にパッケージングされた後、前記貫通孔２２ａは封止樹脂１２に完全に充填される。前記貫通孔２２ａは発熱源を構成するデバイスと回路と、発熱源を構成しないデバイスと回路の間に位置し、封止樹脂１２の熱伝導性は紙質のヒートシンク３０６の熱伝導性よりかなり低いから、各発熱源間の断熱と、発熱源と非発熱源の間の横方向の断熱とを形成し、且つ、発熱源の底部はひだ１７Ａを備えるため、各発熱源の縦方向の熱伝導効率をかなり増加し、貫通孔２２ａはインテリジェントパワーモジュール１０を断熱させる。
また、断熱の効果を増加するために、第１種の設計方法として、各貫通孔２２ａの長さをできる限り長くする。第２種の設計方法として、紙質のヒートシンク３０６の硬度を向上させるために、貫通孔２２ａの長さを５ｍｍ〜６ｍｍにし、第２種の設計方法に対して、各貫通孔２２ａの間の距離を０.５〜１ｍｍにし、断熱効果を向上させるために、各貫通孔２２ａの横方向の幅を、３ｍｍ〜３.５ｍｍとしてもよいし、インテリジェントパワーモジュール１０の体積を減少するために、各貫通孔２２ａの横方向の幅を１ｍｍ〜２．５ｍｍにしてもよい。
金属線３０５はピン３０１と回路配線３０８又はパワー素子１９、非パワー素子１４ａの間に電気的な接続関係を築くために用いてもよい。パワー素子１９の接続については、３００μｍ〜４００μｍのアルミニウム線を利用することができ、非パワー素子１４ａの電気的な接続については、３８μｍ〜１２５μｍのアルミニウム線を利用することができ、貫通孔２２ａを跨ぐ接続が存在すれば、２５０μｍ以上のアルミニウム線を利用することが好ましい。
前記封止樹脂１２はトランスファー成形法によって熱硬化性樹脂１２を用いて成形することができ、射出成形によって熱可塑性樹脂１２を用いて成形することもできる。ここで、前記樹脂１２は紙質のヒートシンク３０６表面における全ての要素を封止し、即ち要素を有する一面を封止し、他の面が完全に露出する。紙質のヒートシンク３０６における貫通孔２２ａは樹脂１２によって完全に充填される。
従来の技術に比べ、本発明の実施例のインテリジェントパワーモジュール１０は以下のような良い効果を有する。
１、本発明のインテリジェントパワーモジュール１０の裏面に放熱ひだ１７Ａを備え、放熱面積をかなり増加し、絶縁層３０７に高熱伝導材料を利用することなくパワー素子１９の放熱要求を満足することができる。
２、インテリジェントパワーモジュール１０はブリッジ整流器と、コンプレッサーのインバータ機能を備え、又はブリッジ整流器と、コンプレッサーのインバータと、ファンのインバータ機能とを備え、インバータエアコン等の応用分野における全ての発熱回路を集中して同時に放熱する。
３、放熱ひだ１７Ａはパワー素子１９の下方に位置し、発熱素子のほとんどの熱量は迅速に放出して非パワー素子１４ａに伝導せず、非パワー素子１４ａを常に低温環境で作動させ、非パワー素子１４ａの温度ドリフトをかなり減少させ、インテリジェントパワーモジュール１０の電気性能及び熱安定性を向上させる。前記紙質のヒートシンク３０６の裏面のひだ１７Ａが配置された部分以外も封止され、本発明のインテリジェントパワーモジュール１０の水密性と気密性が高められ、複雑な応用環境の長時間信頼性を向上させる。
４、放熱ひだ１７Ａがインテリジェントパワーモジュール１０の裏面全体を一体に覆う場合、取り付けやすくて、構造が簡易になり、且つ放熱面積を大量に増加することができ、発熱素子の熱量は迅速に失い、インテリジェントパワーモジュール１０の裏面が完全に露出するから、インテリジェントパワーモジュール１０の放熱性を高める。
５、ブリッジ整流器、コンプレッサーのインバータの駆動部分、力率補正の駆動部分、ファンのインバータの駆動部分は他の制御部分（非パワー素子１４ａ等）との間を貫通孔２２ａによって隔離され、各発熱部分の熱干渉を低くさせるだけでなく、大部分の熱量はひだ１７Ａによって失い、更に、制御部分の温度を低い状態に保ち、制御部分の温度ドリフトによるインテリジェントパワーモジュール１０の性能低下を防止する。
６、放熱構造は紙質材料であり、軽量であり、インテリジェントパワーモジュール１０の総重量を低減させ、長距離の輸送及び取り付け作業を便利にする。本発明インテリジェントパワーモジュール１０自体がヒートシンク３０６を備えるから、応用過程において、外部にさらにヒートシンク３０６を接続する必要がなく、応用難度と応用コストを低減させ、組立品質を向上させる。
以上により、本発明のインテリジェントパワーモジュール１０はコストダウンすると同時に、信頼性と性能を向上させ、且つ従来のインテリジェントパワーモジュール１０の機能及びピン３０１の定義と互換性があるように設計することができ、インテリジェントパワーモジュール１０の普及に役立つ。
図１６に示すように、本発明のインテリジェントパワーモジュールの製造方法は以下のようなステップＳ１０〜Ｓ７０を含む。
Ｓ１０において、ヒートシンクとしての紙質のヒートシンクを作製し、前記ヒートシンクの下面に放熱ひだを形成し、前記ヒートシンクの上面を絶縁層で覆う。
Ｓ２０において、前記絶縁層の表面に回路配線を設ける。
Ｓ３０において、前記回路配線の相応の位置に回路素子とピンとを配設する。
Ｓ４０において、前記金属線によって前記回路配線と回路素子とを接続する。
Ｓ５０において、前記絶縁層の表面に封止層を被覆して、前記回路配線と、回路素子と金属線を覆う。
Ｓ６０において、前記ヒートシンクの下面に防水処理層を設ける。
Ｓ７０において、前記インテリジェントパワーモジュールに対してモジュール機能検査を行い、前記モジュール機能検査は絶縁耐圧と、静的電力消費と遅延時間検査とを含む。
本発明の一部の実施例において、ステップＳ１０において、以下のようなサブステップＳ１１〜Ｓ１５を含む。
Ｓ１１において、設定された回路レイアウトに基づいて所定のサイズの湿式炭素複合材を選択して紙質のヒートシンクを形成する。
Ｓ１２において、前記回路配線の間の指定された位置に貫通孔を形成し、前記貫通孔は前記絶縁層及び前記ヒートシンクを貫通する。
Ｓ１３において、ヒートシンクの正面に、絶縁材料と銅材を利用して、熱圧着方法によって、絶縁材料を前記ヒートシンクの表面に前記絶縁層として形成し、銅材を前記絶縁層の表面に銅箔層として形成する。
Ｓ１４において、前記銅箔層の特定の位置を腐食させ、残った部分が回路配線及び溶接パッドを形成する。
Ｓ１５において、湿式炭素複合材を利用してひだを形成し、耐高温接着剤によって前記ヒートシンクの裏面に接着する。
本発明の一部の実施例において、ステップＳ５０（即ち、前記絶縁層の表面に封止層を被覆するステップ）において、以下のようなサブステップＳ５１〜Ｓ５３を更に含む。
Ｓ５１において、前記絶縁層の表面の周囲に熱硬化性樹脂フレームを設ける。
Ｓ５２において、前記熱硬化性樹脂フレームの範囲内及び前記貫通孔内に熱可塑性樹脂を注ぎ込んで前記回路配線と、回路素子と金属線とを封止する。
Ｓ５３において、前記ピンのトリミング成形を行い、封止樹脂によって前記ヒートシンクの裏面のひだで覆っていない位置を封止する。
本発明の一部の実施例において、インテリジェントパワーモジュールの製造方法は、前記ヒートシンクの下面に防水処理層を設けるステップＳ６０を含む。
本発明の一部の実施例において、ステップＳ３０において、前記回路配線の相応の位置に回路素子を配設する前にピンを予め作製し、且つ以下のようなサブステップＳ３１〜Ｓ３２を含む。
Ｓ３１において、銅基材を選択し、銅基材に対してプレスまたはエッチングの方法で、一列のピンを作製し、ピンの間は補強リブによって接続される。
Ｓ３２において、前記ピンの表面に順番にニッケル層とニッケル - スズ合金層を形成し、メッキ層付きのピンを取得する。
ステップＳ４０において、以下のようなサブステップＳ４１〜Ｓ４３を更に含む。
Ｓ４１において、リフロー溶接によって前記回路素子を前記回路配線に溶接する。
Ｓ４２において、前記絶縁層に残ったフラックスを除去する。
Ｓ４３において、インテリジェントパワーモジュールの製造方法によると、紙質のヒートシンクに回路配線を形成して順番に加工を完成し、軽量のヒートシンクは、加工する際に利用されるキャリアに対する要求が低く、位置決めしやすく、製造コストが下げられ、プロセス合格率を高める。パワー素子を内部ヒートシンクに貼り付ける工程を省き、設備投資費用を削減する。
本発明の一部の実施例において、前記ヒートシンクは、紙質のヒートシンクであり、前記ヒートシンクの正面を絶縁層で覆い、絶縁層の表面に回路配線と溶接パッドを形成するステップは、以下のようなステップＳ’１０〜Ｓ’５０を含む。
Ｓ’１０において、設定された回路レイアウトに基づいて所定のサイズの湿式炭素複合材を選択して紙質のヒートシンクを形成する。
Ｓ’２０において、ヒートシンクの正面において、絶縁材料と銅材を利用し、熱圧着の方法により、絶縁材料を前記ヒートシンクの表面に前記絶縁層として形成し、銅材を前記絶縁層の表面に銅箔層として形成する。
Ｓ’３０において、前記銅箔層の特定の位置を腐食させ、残った部分が回路配線及び溶接パッドを形成する。
Ｓ’４０において、前記ヒートシンクの裏面に仕切り部を形成し、予め作製された放熱ひだを前記ヒートシンクの裏面の前記パワー素子に対応する位置に固定させるステップはＳ’４１を含み、前記Ｓ’４１は、切断、引き裂き、腐食などの方法によって、前記紙質のヒートシンクの裏面の特定の位置の材料を除去し、仕切り部を形成するステップである。
Ｓ’５０において、湿式炭素複合材を利用してひだを形成し、耐高温接着剤によって前記ヒートシンクの裏面のパワー素子に対応する位置に接着する。
以下、各工程の詳しい状況を説明する。
第１工程において、図３〜図１０及び図４３〜図４４を参照すると、図３はヒートシンクの平面図であり、図４は図３におけるＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。
必要となる回路レイアウトに基づいて、適切な大きさを持つヒートシンク３０６を設計する。通常のインテリジェントパワーモジュールに対して、一枚の大きさは６４ｍｍ×３０ｍｍを選択でき、厚さは１.５ｍｍであり、両面に防水接着剤を塗布するような耐食、防水処理を行う。
図５を参照すると、角形又は球形の添加物を有する絶縁材料と銅材を利用し、同時熱圧着の方法で、絶縁材料をヒートシンク３０６の表面に絶縁層３０７として形成し、銅材を絶縁層３０７の表面に銅箔層１８Ｂとして形成する。ここで、耐圧特性を高めるために、絶縁層３０７の厚さは１１０μｍにし、放熱特性を高めるために、絶縁層３０７の厚さは７０μｍにすることができる。ここで、通電能力を高めるために、銅箔層１８Ｂの厚さは０.０７ｍｍにし、コストダウンのために、銅箔層１８Ｂの厚さは０.０３５ｍｍ又は０.０１７５ｍｍにすることができる。
図６と７を参照すると、銅箔層１８Ｂの特定の位置を腐食させて、残った部分は回路配線３０８及び溶接パッド１８Ａである。
図８を参照すると、厚さが０.５ｍｍの湿式炭素複合材を利用して不規則形状に形成し、放熱ひだ１７Ａとする。両面に防水接着剤を塗布するような耐食、防水処理を行う。
各ピン３０１はいずれも銅基材を利用し、プレス又はエッチングの方法により、図９に示すように、単独のピンユニットを長さＣが２５ｍｍ、幅Ｋが１.５ｍｍ、厚さＨが１ｍｍの長尺状に作製する。本実施例において、取り付けしやすくするために、図１０に示すように、ピンユニットの一端に９０°の弧度をプレスする。
その後、化学めっきの方法によってニッケル層を形成する。ニッケル塩と次亜リン酸ナトリウムの混合溶液により、適切なキレート剤を添加して、特定の形状に形成された銅材の表面にニッケル層を形成する。金属ニッケルは強いパッシベーション効果を有することにより、一層の極めて薄い不動態膜を迅速に生成することができ、大気、アルカリ及びある種の酸による腐食に抵抗することができる。ニッケルめっき結晶は極めて小さく、一般的に、ニッケル層の厚さは０.１μｍである。
次に、酸性硫酸塩プロセスにより、室温で形状とニッケル層とが形成された銅材をスズ陽イオンが存在するめっき液に浸して通電し、ニッケル層の表面にニッケル - スズ合金層を形成する。一般的に、合金層は５μｍになるよう制御する。合金層の形成は保護性と溶接性を大幅に向上させる。
第２工程は、回路配線３０８の表面にパワー素子１９と、非パワー素子１４ａとを取り付け、溶接パッド１８Ａの表面にピン３０１を取り付ける工程である。
まず、ソルダペースト印刷機により、スチールメッシュを利用し、絶縁層３０７上の回路配線３０８の特定の位置と溶接パッド１８Ａにソルダペーストを塗布する。ここで、はんだ上がりの高さを向上させるために、０.１５ｍｍの厚さのスチールメッシュを利用することができ、パワーデバイス１９と非パワー素子１４ａがずれるリスクを減らすために、０.１２ｍｍの厚さのスチールメッシュを利用することもできる。実施例において、利用されたパワー素子１９の高さは０.０７ｍｍであり、最も軽いコンポーネントであるから、厚さが０.１２ｍｍのスチールメッシュを選択する。
その後、側面図である図１１と平面図である図１２を参照すると、ヒートシンク３０６をキャリア２０に置き、パワー素子１９と、非パワー素子１４ａとピン３０１とを取り付ける。パワー素子１９と非パワー素子１４ａは回路配線３０８の特定の位置に直接に置くが、ピン３０１は一端を溶接パッド１８Ａにセットし、他端をキャリア２０における固定装置２０Ａにより固定する。キャリア２０と固定装置２０Ａとは合成石等の材料で作製する。ここで、キャリア２０は底部に放熱ひだ１７Ａを露出させる透かし彫り処理を行う必要があり、ひだヒートシンク３０６の裏面の縁部から少なくとも１ｍｍの、放熱ひだ１７Ａに覆われていない位置は、キャリア２０に接触して支持作用を奏する。
その後、キャリア２０に置かれたヒートシンク３０６はリフロー溶接により、ソルダペーストが硬化され、パワー素子１９と、非パワー素子１４ａとピン３０１とが固定される。
第３工程は、まずヒートシンク３０６を洗浄機に入れて洗浄し、リフロー溶接をする時に残ったロジン等のフラックス及びプレスする時に残ったアルミニウム線等の異物を洗浄する。洗浄は非パワー素子１４ａの回路配線３０８における配列密度に応じて、シャワー又は超音波又は両者の組み合わせの形で行うことができる。
洗浄する時、メカニカルアームによってピン３０１を挟み、ヒートシンク３０６を洗浄槽に置くが、メカニカルアームがヒートシンク３０６に触れないように注意する必要がある。ヒートシンク３０６は脆性を有し変形しやすくて、メカニカルアームがヒートシンク３０６を挟むと、洗浄する時に生じた震動により、ヒートシンク３０６が破損しやすいためである。
第４工程において、必要な通電能力に応じて、適切な直径のアルミニウム線をボンディングワイヤ(金属線３０５)として選択する。信号制御のための集積回路については、金線をボンディングワイヤとすることが考えられる。本実施例においては、全てアルミニウム線を選択し、一般的に、パワー素子１９のボンディングには３５０μｍ〜４００μｍのアルミニウム線を利用し、非パワー素子１４ａのボンディングには３８μｍ〜２００μｍのアルミニウム線を利用し、ヒートシンク３０６のボンディングには３５０μｍ〜４００μｍのアルミニウム線を利用する。
この工程が完成された製品については側面図である図１３と平面図である図１４を参照する。
第５工程は、絶縁層３０７に熱硬化性樹脂フレーム１３ａを取り付け、熱可塑性樹脂を注ぎ込む工程である。
まず、絶縁性の赤いグルー等の非導電性熱硬化性接着剤により絶縁層３０７に長方形の短辺にスルーホールがある熱硬化性樹脂フレーム１３ａを貼り付け、無酸素環境において熱硬化性樹脂フレーム１３ａが貼り付けされたヒートシンク３０６を焼成する。焼成時間は２時間より小さくてはいけなく、焼成温度は１７５℃を選択できる。熱硬化性樹脂フレーム１３ａが絶縁層３０７に固定されると、図１６のように、ここで、熱硬化性樹脂フレーム１３ａの高さは必ず金属線３０５の高さより高くなければならない。
その後、熱硬化性データフレーム１３が満たされるまで、熱硬化性樹脂フレーム１３ａ内に熱可塑性樹脂を注ぎ込む。熱可塑性樹脂を注ぎ込む温度は１５０℃であり、冷却した後、封止層１２ａはヒートシンク３０６上の全ての要素を封止し、ピン３０１の一部分だけが露出する。
第６工程は、図１、図２、及び図１５（ｄ）に示すように、取付穴１６ａと、仕切り部２０２ａとを形成し、放熱ひだ１７Ａを固定する工程である。インテリジェントパワーモジュールはこの工程を経て製品として完成される。
図１を参照すると、パンチング装置等の方法により、熱硬化性樹脂１３のスルーホールのところで絶縁層３０７とヒートシンク３０６とを打ち抜き、取付穴１６ａを形成する。取付穴１６ａはインテリジェントパワーモジュール１０の取り付けに用いられる。
切断、引き裂き、腐食等の方法により、前記紙質のヒートシンク３０６裏面の特定の位置に処理を行い、特定の位置の紙質放熱材料が除去され、前記仕切り部２０２ａが形成させる。、前記仕切り部２０２ａの両側は異なる機能回路の発熱パワー素子群である。紙質放熱材料は一部を除去してもよいし、全部除去して前記絶縁層３０７を露出させてもよい。本実施例はより良い断熱效果を取得するために、全部除去する方式を採用する。紙質放熱材料が前記仕切り部２０２ａで全部除去される方式を利用する場合、前記絶縁層３０７にスクラッチを形成しないように注意してする。
図２を参照すると、許容温度が１５０℃以上の耐高温接着剤を利用し、放熱ひだ１７Ａをヒートシンク３０６の裏面に接着する。ここで、放熱ひだ１７Ａはヒートシンク３０６の裏面を完全に覆ってはならず、例えば、前記放熱ひだ１７Ａは前記パワー素子１９の裏面に位置して前記仕切り部２０２ａに囲まれ、ヒートシンク３０６の裏面の短辺縁部からの距離を少なくとも２ｍｍとし、取付穴１６ａを遮蔽しないようにする。
その後、モジュールを検査機器に入れて、通常の電気的パラメータの検査を行い、一般的に、絶縁耐圧、静的電力消費、遅延時間等の検査項目を含み、検査に合格するものは完成品とする。
上記の工程を利用して、インテリジェントパワーモジュール１０の作製を完成する。
本発明は、インテリジェントパワーモジュール及びその製造方法を提供し、インテリジェントパワーモジュールにキャリアとしての紙質のヒートシンクを導入し、紙質のヒートシンクの裏面に仕切り部を設け、ヒートシンクの裏面のパワー素子に対応する位置に放熱ひだを設けるため、放熱面積は大幅に増加され、絶縁層に高熱伝導材料を利用することなくパワー素子の放熱要求を満足することができる。また、パワー素子のほとんどの熱量は迅速に放出され、非パワー素子に伝導されなく、非パワー素子が常に低温環境で作動し、非パワー素子の温度ドリフトは極めて減り、且つ異なる機能の前記パワー素子群は仕切り部の存在により熱クロストークを大幅に減少させ、各発熱部分の発熱は互いに異なるが互いにほとんど伝導せず、前記ひだによって放熱し、インテリジェントパワーモジュールの電気性能と熱安定性を向上させる。本発明は軽量の紙質のヒートシンクを採用したことで、加工する際に利用されるキャリアに対する要求が低く、位置決めしやすく、製造コストを削減し、プロセス合格率を向上させる。パワー素子を内部のヒートシンクに貼り付ける工程を省き、設備投資費用を低減させる。
以下に、図１〜図３４を参照しながら本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０を詳しく説明する。
図１７、図１８と図１９に示すように、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０は、ヒートシンク３０６と、絶縁層３０７と、複数の回路配線３０８と、パワー素子１９と、非パワー素子１４ａと、複数のピン３０１と封止樹脂１２とを含む。
具体的には、ヒートシンク３０６の上面は平面に形成され、絶縁層３０７はヒートシンク３０６の上面に設けられる。複数の回路配線３０８は間隔を置いて絶縁層３０７上に設けられる。パワー素子１９と非パワー素子１４ａとはそれぞれ複数の回路配線３０８に設けられ、パワー素子１９は金属線３０５によって回路配線３０８と電気的に接続され、非パワー素子１４ａは金属線３０５によって回路配線３０８に電気的に接続されている。
ヒートシンク３０６の下面にパワー素子１９の位置に対応する放熱領域１７Ｂが形成され、放熱領域１７Ｂに放熱ひだ１７Ａが設けられる。複数のピン３０１の一端は複数の回路配線３０８に接続され、複数のピン３０１の他端はインテリジェントパワーモジュール１０から伸出して外部の他の部品に接続される。封止樹脂１２は複数の回路配線３０８を完全に封止し、封止樹脂１２はヒートシンク３０６の上面と放熱領域１７Ｂ以外の領域を覆う。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０は、ヒートシンク３０６の下面のパワー素子１９に対応する位置に放熱ひだ１７Ａを設けることにより、パワー素子１９のほとんどの熱量を迅速に放出し、非パワー素子１４ａに伝導しなく、非パワー素子１４ａは常に低温環境で作動し、非パワー素子１４ａの温度ドリフトが大幅に減少され、インテリジェントパワーモジュール１０の電気性能と熱安定性を向上させる。ヒートシンク３０６の裏面も、放熱ひだ１７Ａが設けられる部分以外は封止樹脂１２によって封止されるから、水密性と気密性を大きく向上させ、これによりインテリジェントパワーモジュール１０が複雑な応用環境における長時間信頼性を向上させる。
また、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０は、絶縁層３０７の下方にヒートシンク３０６を設け、ヒートシンク３０６の下面の放熱領域１７Ｂに放熱ひだ１７Ａを設けることにより、インテリジェント放熱モジュール１０の放熱面積は大幅に増加し、絶縁層３０７に高熱伝導材料を利用することなくパワー素子の放熱要求を満足することができる。また、インテリジェントパワーモジュール１０は応用過程において、外部にさらにヒートシンクを接続する必要はなく、応用難度と応用コストを低減させ、組立品質を向上させる。このような構造はコストダウンすると同時に、信頼性を向上させ、従来のインテリジェントパワーモジュールの機能及びピンと互換性があるように設計でき、インテリジェントパワーモジュール１０の普及に役立つ。
ヒートシンク３０６の種類は多種に形成することができ、例えば、本発明の一部の実施例によると、ヒートシンク３０６は湿式炭素複合材機能紙で構成される。実際に作製する時は、粉末と繊維状の炭素材料を複合してグラファイト質に加工する。材料は３５０℃以上の高温を耐えられ且つ必要に応じて任意の形状に折り畳むことができ、これにより放熱ひだ１７Ａを取得する。このような紙質材料で構成される紙質のヒートシンクは軽量であり、インテリジェントパワーモジュール１０の総重量を低減させ、長距離の輸送及び作業員の取り付け作業を便利にし、コストダウンすることができる。
ヒートシンク３０６の耐腐食性と防水性能を向上させるために、ヒートシンク３０６の外表面に防水処理を行い、ヒートシンク３０６の表面に防水処理層を形成することができる。例えば、ヒートシンク３０６の上面及び下面のいずれにも防水処理層を設けることができる。
ヒートシンク３０６は放熱ひだ１７Ａと一体に形成することができる。ここで、ヒートシンク３０６の形状は平坦であり、放熱ひだ１７Ａの形状は不規則であり、放熱面積を向上させる。放熱ひだの構造は多種に形成することができ、例えば、図１８に示すように、放熱ひだは複数の縦断面が中空逆三角形の構造に形成される。
ヒートシンク３０６と放熱ひだ１７Ａとは他の材料で作製して形成することができ、例えば、ヒートシンク３０６と放熱ひだ１７Ａとは湿式炭素複合材を利用して製造することができる。但し、ヒートシンク３０６と放熱ひだ１７Ａとは厚さ（上下方向に沿って延伸するサイズ）が異なる。機械強度を増加するために、ヒートシンク３０６は厚い湿式炭素複合材を利用し、厚さは１．２ｍｍ〜２．５ｍｍの間で変化することができ、例えば、厚さを１.５〜１.８ｍｍにすることができる。また、厚さを０.５ｍｍにすることもできる。コストダウンしひだの密度を増加するために、放熱ひだ１７Ａは薄い湿式炭素複合材を利用し、厚さは０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの間で変化することができ、例えば、厚さを０.５ｍｍにすることができる。
説明の便利のため、ここで、ヒートシンク３０６の放熱ひだ１７Ａを備える面をヒートシンク３０６の裏面とし、対向面をヒートシンク３０６の表面とする。放熱ひだ１７Ａのヒートシンク３０６における配置構造は多種であっても良く、本発明の一部の実施例によると、放熱ひだ１７Ａは複数であり、複数の放熱ひだ１７Ａは間隔を置いて設けられる。
具体的には、図１７及び図１８に示すように、パワー素子１９が複数であり且つ間隔を置いてヒートシンク１７の上面に設けられると、ヒートシンク３０６の下面における放熱領域１７Ｂも複数であり、複数の放熱領域１７Ｂは間隔を置いて設けられ且つ各放熱領域１７Ｂにそれぞれ放熱ひだ１７Ａが設けられる。これにより、複数の放熱領域１７Ｂは間隔を置いて設けられ、ある程度材料の使用量を減少させ、コストダウンすることができる。
本発明の他の一部の具体的な実施形態において、放熱ひだ１７Ａは複数であり、複数の放熱ひだ１７Ａは連続して設けられ且ついずれか１つの放熱ひだ１７Ａの外周縁とヒートシンクの下面の外周縁との間の間隔の距離は１ｍｍより大きい。
図１９及び図２０に示すように、つまり、パワー素子１９は複数であり且つ間隔を置いてヒートシンク１７の上面に設けられ、ヒートシンク３０６の下面の放熱領域１７Ｂは一つであり、一つの放熱領域１７Ｂは複数のパワー素子１９が位置する位置を完全に覆い、且つ放熱ひだ１７Ａのヒートシンク３０６の下面に正射影した面積はヒートシンク３０６Ａの下面の面積より小さい。
放熱ひだ１７Ａの外周縁とヒートシンク３０６の下面の外周縁との間の間隔の距離は１ｍｍより大きく、即ち放熱ひだ１７Ａはヒートシンク３０６の裏面を完全に覆ってはならず、ヒートシンク３０６の裏面の縁部に少なくとも１ｍｍの平坦な位置を残す。これにより、この構造はインテリジェントパワーモジュール１０の水密性と気密性を有効に向上させる。
本発明の一つの実施例によると、放熱領域１７Ｂはヒートシンク３０６の下面を突き出して下へ延伸するボスに形成され、放熱ひだ１７Ａは放熱領域１７Ｂの下面に設けられる。つまり、ヒートシンク３０６の上面は平面であり、ヒートシンク３０６の放熱ひだ１７Ａを取り付ける箇所の厚さは放熱ひだ１７Ａを取り付けない箇所の厚さよりやや大きい。これにより、放熱領域１７Ｂを設けることによって、この領域と放熱ひだ１７Ａを取り付けない領域とを区別でき、ヒートシンク３０６の下面に封止樹脂１２をより良く設けることができる。
図１８又は図２０に示すように、封止樹脂１２の下面はヒートシンク３０６の裏面と揃えて設けられる。これにより、放熱ひだ１７Ａは封止樹脂１２によって封止されないから、放熱ひだ１７Ａの放熱性能に影響を及ぼさない。封止樹脂１２はトランスファー成形法によって熱硬化性樹脂を利用してモールドすることができ、また射出成形によって熱可塑性樹脂を利用してモールドすることができる。ここで、封止樹脂１２は紙質のヒートシンク３０６の上面における全ての要素を完全に封止する。例えば図１８に示すように、封止樹脂１２の下面は放熱領域１７Ｂのボスの下端面と揃っている。
絶縁層３０７は日東、日化、電化等のメーカーの絶縁材料を利用することができる。絶縁層３０７の熱伝導性を高めるために、絶縁層３０７は熱伝導絶縁層であっても良く、熱伝導絶縁層内に熱伝導物質を設け、熱伝導物質はシリカ、窒化ケイ素及び炭化ケイ素のうち少なくとも一種であっても良く、シリカ、窒化ケイ素及び炭化ケイ素は球形又は角状であっても良い。具体的には、製造する際、絶縁材料にシリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の添加物を加え、熱圧着方式によってヒートシンク３０６の上面に圧着することができる。
回路配線３０８は銅等の金属により構成され、絶縁層３０７の特定の位置に形成される。パワー需要によって、０.０３５ｍｍ又は０.０７ｍｍ等のサイズの厚さにすることができる。一般のインテリジェントパワーモジュール１０については、０.０７ｍｍにすることが考えられる。本発明の一つの例において、回路配線３０８は０.０７ｍｍの厚さを利用する。
また、本発明の一部の実施例によると、絶縁層３０７の少なくとも一方の縁部に複数の溶接パッド１８Ａが設けられ、複数の溶接パッド１８Ａは複数の回路配線３０８にそれぞれ一体形成される。溶接パッド１８Ａは回路配線３０８によって構成されることができる。図２１に示すように、絶縁層３０７の一方の縁部に複数の位置合わせして配列された溶接パッド１８Ａが設けられている。必要な機能に応じて、絶縁層３０７の複数の縁部に複数の位置合わせして配列された溶接パッド１８Ａが設けられてもよい。
パワー素子１９と非パワー素子１４ａとは回路配線３０８に固定され規定の回路を構成する。本発明の一部の実施例において、パワー素子１９はＩＧＢＴチューブ、高電圧ＭＯＳFＥＴチューブ、高電圧ＦＲＤチューブ等の素子を利用することができ、パワー素子１９は金属線３０５によって回路配線３０８等に接続されている。非パワー素子１４ａは、集積回路、トランジスタまたはダイオード等の能動素子、又はコンデンサ又は抵抗器等の受動素子を利用することができる。上を向いて取り付けられた能動素子等は金属線３０５によって回路配線３０８に接続されている。
金属線３０５はアルミニウム線、金線又は銅線であっても良く、バインディングにより各パワー素子１９の間、各非パワー素子１４ａの間、各回路配線３０８の間に電気的な接続関係を築く。また、ピン３０１と回路配線３０８との間、ピン３０１とパワー素子１９との間、或いはピン３０１と非パワー素子１４ａとの間に電気的な接続関係を築くのに利用されることもある。
図２１に示すように、インテリジェントパワーモジュール１０の一方に複数のピン３０１が設けられ、複数のピン３０１の一端は複数の溶接パッド１８Ａにそれぞれ接続されている。つまり、ピン３０１は絶縁層３０７及び回路配線３０８等からなる回路基板の一つの縁部に設けられた溶接パッド１８Ａに固定され、例えば外部と入力、出力を行う作用を発揮する。ここで、ピン３０１と溶接パッド１８Ａとははんだ等の導電性接着剤によって溶接される。ピン３０１は金属部材として形成されることができ、ピン３０１の表面にニッケル-スズ合金層を設けることができる。例えば、ピン３０１は銅等の金属で作製し、銅の表面は化学めっきと電気メッキによって一層のニッケル-スズ合金層を形成してもよい。一般的に、合金層の厚さは５μｍであり、メッキ層は銅が腐食し酸化されないように保護し、溶接性を向上させる。
以下に、図２２を参照しながら本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法を詳しく説明する。
図２２に示すように、インテリジェントパワーモジュールは上記のようなインテリジェントパワーモジュールであっても良く、本発明の実施例のインテリジェントパワーモジュールの製造方法は、以下のようなステップＴ１０〜Ｔ５０を含むことができる。
Ｔ１０において、前記ヒートシンクとピンとを製造し、ヒートシンクの上面を平面に形成する。
Ｔ２０において、ヒートシンクの上面に絶縁層を設け、絶縁層の上面に回路配線を形成する。
Ｔ３０において、回路配線にそれぞれ回路素子と外部に接続されるピンとを設け、ヒートシンクの下面におけるパワー素子に対応する位置に放熱領域を設け、放熱領域に放熱ひだを設ける。
Ｔ４０において、金属線によってパワー素子と、非パワー素子と回路配線とを接続する。
Ｔ５０において、前記ヒートシンクを焼成し封止樹脂をモールドし、ピンを成型して、インテリジェントパワーモジュールを取得する。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法の有益效果は以下のとおりである。紙質のヒートシンク上に回路配線を形成して順番に加工を完成するため、軽量のヒートシンクは加工する際に利用されるキャリアに対する要求が低く、位置決めしやすく、製造コストを下げ、プロセス合格率を向上させる。パワー素子を内部のヒートシンクに貼り付ける工程を省き、設備投資費用を削減する。
以上の方法により製造されたインテリジェントパワーモジュールは、本発明の上述の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０であっても良い。ここで、ヒートシンクは湿式炭素複合材機能紙ヒートシンクであっても良い。
ステップＴ２０において、前記絶縁層を設けるステップは、以下のようである。絶縁材料に球形又は角状の、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素のうちの少なくとも一種を添加し、その後ヒートシンクの上面に熱圧着する。絶縁層の上面に複数の回路配線を設けると同時に、複数の溶接パッドを設けることができる。
また、ステップＴ２０において、絶縁層の上面に複数の回路配線を形成し、ステップＴ３０において、複数の回路配線にそれぞれ回路素子を設け、各回路素子はパワー素子と非パワー素子とを含み、放熱領域はパワー素子と対向し、各回路配線に外部に接続されるピンを設ける。
前記ステップＴ３０において、回路配線にピンを設けた後、更に、前記ヒートシンクを洗浄することができる。
ステップＴ５０において、ヒートシンクを焼成する条件は、無酸素環境で、焼成時間が２時間より長く、焼成温度が１１０〜１４０℃である。
本発明の一部の実施例によると、インテリジェントパワーモジュールの製造方法は、インテリジェントパワーモジュールに対してモジュール機能検査を行うステップＴ６０を更に含んでもよい。ここで、モジュール機能検査は絶縁耐圧と、静的電力消費と遅延時間検査とを含む。
以下に、図面を参照しながら上記の製造方法により本発明の実施例のインテリジェントパワーモジュール１０を製造するいくつの工程を詳しく説明する。
一、ヒートシンクと放熱ひだとを製造する。
具体的には、この工程は適切な大きさを持つ湿式炭素複合材を形成して紙質のヒートシンク３０６と放熱ひだ１７Ａとを形成する工程である。
まず、図２（ａ）、図３、図４、図３２（ａ）を参照すると、必要な回路レイアウトに基づいて大きさが適切な紙質のヒートシンク３０６を設計する。一般のインテリジェントパワーモジュールに対しては、一枚の大きさは６４ｍｍ×３０ｍｍを選択でき、厚さが１.５ｍｍである。
次に、許容温度が３００℃以上の耐高温接着剤により、上記６４ｍｍ×３０ｍｍの長方形の紙質放熱体の一面に厚さ０.５ｍｍの同材料の長方形を配置する。本実施例において、この長方形は４０ｍｍ×２５ｍｍにしても良く、図２３に示すように放熱領域１７Ｂとなる。次に、両面に防水接着剤を塗布するような耐食処理と、防水処理とを行う。
図２４を参照すると、角形又は球形の添加物を有する絶縁材料と銅材料とを利用して、同時熱圧着方式により、絶縁材料を紙質のヒートシンク３０６の表面に絶縁層３０７として形成し、銅材料を絶縁層３０７の表面に銅箔層１８Ｂとして形成する。ここで、耐圧特性を向上させるために、絶縁層３０７の厚さは１１０μｍにすることができる。放熱特性を向上させるために、絶縁層３０７の厚さは７０μｍにすることができる。通電能力を向上させるために、銅箔層１８Ｂの厚さは０.０７ｍｍにすることができる。コストダウンのために、銅箔層１８Ｂの厚さは０.０３５ｍｍ又は０.０１７５ｍｍにすることもできる。
図６及び図６のＸ-Ｘ’線に沿う断面図７を参照すると、銅箔層１８Ｂの特定の位置を腐食させて、残った部分は回路配線３０８及び溶接パッド１８Ａである。
図２５を参照すると、厚さは０.５ｍｍの湿式炭素複合材を利用して不規則形状を形成し、放熱ひだ１７Ａとする。両面に防水接着剤を塗布するような耐食処理と、防水処理とを行う。
図２６を参照すると、許容温度が３００℃以上の耐高温接着剤を利用し、放熱ひだ１７Ａを紙質のヒートシンク３０６の裏面の放熱領域１７Ｂに接着する。ここで、放熱ひだ１７Ａは紙質のヒートシンク３０６の裏面を完全に覆ってはならず、紙質のヒートシンク３０６の裏面の縁部に少なくとも１ｍｍの平坦な位置を残す必要がある。
二、ピンを製造する。
この工程は独立したメッキ層付きのピン３０１を作製する工程である。
各ピン３０１は銅基材を利用し、プレス又はエッチングの方法により、図２７に示すような一列のピン３０１を作製する。本実施例において、ピン３０１は１２個の単独のピンユニットが補強リブ１１Ａによって接続されているものである。図９に示すように、単独のピンユニットは長さＣが２５ｍｍであり、幅Ｋが１.５ｍｍであり、厚さＨが１ｍｍである長尺状である。図２８、図２８（ａ）に示すように、便利に取り付けるために、ピンユニットの一端に一定の弧度をプレスすることができる。
その後、化学めっきの方法によってニッケル層を形成する。具体的には、ニッケル塩と次亜リン酸ナトリウムとの混合溶液により、適切なキレート剤を添加して、特定の形状に形成された銅材の表面にニッケル層を形成する。金属ニッケルは強いパッシベーション効果を有するため、一層の極めて薄い不動態膜を迅速に生成することができ、大気、アルカリ及び一部の酸による腐食に抵抗することができる。ニッケルめっき結晶は極めて小さく、一般的に、ニッケル層の厚さは０.１μｍである。
次に、酸性硫酸塩プロセスにより、室温で形状とニッケル層とが形成された銅材をスズ陽イオンを含むめっき液に浸して通電し、ニッケル層の表面にニッケル-スズ合金層を形成する。一般的に、合金層は５μｍになるよう制御する。合金層の形成は保護性と溶接性とを大幅に向上させる。
三、回路配線にコンポーネントを取り付ける。
具体的には、この工程は回路配線３０８の表面にパワー素子１９と、非パワー素子１４ａとを取り付け、溶接パッド１８Ａの表面にピン３０１を取り付ける工程である。
まず、ソルダペースト印刷機によって、スチールメッシュを利用して、絶縁層３０７上の回路配線３０８の特定位置と溶接パッド１８Ａとにソルダペーストを塗布する。はんだ上がり高さを高めるために、０.１５ｍｍの厚さのスチールメッシュを利用することができる。パワーデバイス１９と非パワー素子１４ａとがずれるリスクを下げるために、０.１２ｍｍの厚さのスチールメッシュを利用することもできる。実施例において、利用されたパワー素子１９の高さは０.０７ｍｍであり、最も軽量のコンポーネントであるから、厚さが０.１２ｍｍであるスチールメッシュを選択する。
次に、側面図である図２９と平面図である図３０とを参照すると、パワー素子１９と、非パワー素子１４ａとピン３０１とを取り付ける。パワー素子１９と非パワー素子１４ａとは回路配線３０８の特定の位置に直接に置くことができるが、ピン３０１は一端を溶接パッド１８Ａにセットし、他端をキャリア２０によって固定する。キャリア２０は合成石等の材料で作製する。ここで、キャリア２０は底部に放熱ひだ１７Ａを露出させる透かし彫り処理を行う必要があり、紙質のヒートシンク３０６裏面の縁部から少なくとも１ｍｍの、放熱ひだ１７Ａに覆われていない位置はキャリア２０に接触して支持作用を奏する。
その後、キャリア２０に置かれた絶縁層３０７はリフロー溶接により、ソルダペーストが硬化され、非パワー素子１４ａとピン３０１とが固定される。ここで、溶解温度が２８０℃のソルダペーストを選択することができる。
四、ヒートシンクを洗浄する。
この工程は紙質のヒートシンク３０６を洗浄する工程である。
まず、紙質のヒートシンク３０６を洗浄機に入れて洗浄し、リフロー溶接する時に残ったロジン等のフラックス及びプレスする時に残ったアルミニウム線等の異物を洗浄する。洗浄は非パワー素子１４ａの回路配線３０８における配列密度に応じて、シャワー又は超音波又は両者の組み合わせの形で行うことができる。
洗浄する時、メカニカルアームによってピン３０１を挟み、紙質のヒートシンク３０６を洗浄槽内に置くが、メカニカルアームが紙質のヒートシンク３０６に触れないように注意する必要がある。紙質のヒートシンク３０６は脆く変形しやすく、メカニカルアームが紙質のヒートシンク３０６を挟むと、洗浄する時に生じた震動により、紙質のヒートシンク３０６は破損しやすいためである。
五、接続工程
図２（ｂ）及び図３２（ｂ）を参照すると、この工程はパワー素子１９と、非パワー素子１４ａと、ヒートシンク１３と回路配線３０８との間を接続する工程である。
必要な通電能力に応じて、適切な直径のアルミニウム線をボンディングワイヤとして選択する。信号制御のための集積回路については、金線をボンディングワイヤとすることが考えられる。本実施例においては、全てアルミニウム線を選択し、一般的に、パワー素子１９のボンディングには３５０μｍ〜４００μｍのアルミニウム線を利用し、非パワー素子１４ａのボンディングには３８μｍ〜２００μｍのアルミニウム線を利用し、ヒートシンク１３のボンディングには３５０μｍ〜４００μｍのアルミニウム線を利用する。
この工程が完成された製品については側面図である図３１と平面図である図３２とを参照する。
六、ヒートシンクを封止する。
この工程は封止樹脂１２によって紙質のヒートシンク３０６を封止する工程である。図３３は、金型５０を利用して封止樹脂１２によって紙質のヒートシンク３０６を封止する工程の断面図である。
まず、無酸素環境で紙質のヒートシンク３０６について焼成を行う。焼成時間は２時間より長く、焼成温度は１２５℃を選択することができる。
ピン３０１が配置された紙質のヒートシンク３０６をモールド型４４及び４５に運ぶ。ピン３０１の特定の部分を固定装置４６に接触させ、紙質のヒートシンク３０６を位置決めする。放熱領域１７Ｂを金型キャビティーの底部に揃える。金型キャビティーの底部に高さが１ｍｍのエジェクタピンを取り付けることにより、高さが低くなりすぎないようにしてもよい。
型締する時、金型５０内部に形成された金型キャビティーに紙質のヒートシンク３０６を置き、その後ゲート５３から封止樹脂１２を注ぎ込む。封止する方法として熱硬化性樹脂を利用するトランスファー成形又は熱硬化性樹脂を利用する射出成形を利用することができる。また、ゲート５３から注ぎ込まれた封止樹脂１２に応じて金型キャビティー内部のガスは排気口５４を通って外部へ排出される。
ここで、紙質のヒートシンク３０６の裏面は下型４５に密着する。より強く密着させるために、上型にエジェクタピンを加えることができるが、依然として少量の封止樹脂１２が紙質のヒートシンク３０６の裏面と下型４５の間に入るので、型から取り出した後、レーザーエッチング又は研削を行って紙質のヒートシンク３０６の裏面に残った少量の封止樹脂１２を除去し、紙質のヒートシンク３０６の裏面を封止樹脂１２から露出させる必要がある。紙質のヒートシンク３０６の裏面以上の部分は封止樹脂１２によって封止される。
七、ピンの成型とモジュール機能検査を行う。
図３４に示すように、この工程はピン３０１のトリミング成形を行い且つモジュール機能検査を行う工程であり、インテリジェントパワーモジュール１０はこの工程を経て製品として完成する。
前の工程、即ちトランスファー成形工程においてピン３０１以外の他の部分が樹脂１２によって封止される。この工程は、使用する長さと形状との必要に応じて、例えば、点線５１の位置で外部のピン３０１を切断する。後段の取り付けを便利にするように、一定の形状に折り曲げる場合もある。
その後、モジュールを検査機器に入れて、通常の電気的パラメータ検査を行う。一般的に、絶縁耐圧、静的電力消費、遅延時間等の検査項目を含み、検査に合格したものは完成品である。上記の工程を利用して、図１７ないし図１９に示すインテリジェントパワーモジュール１０を完成させる。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０の他の構成及び製造方法の他の操作ステップ等は普通の当業者にとっては周知されたものであるので、ここで詳しく説明しない。
以下に、図面を参照しながら本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０を詳しく説明する。
図３５、図３６及び図２１に示すように、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０は、ヒートシンク３０６と、絶縁層３０７と、複数の回路配線３０８と、パワー素子１９と、非パワー素子１４ａと、複数のピン３０１と封止樹脂１２とを含む。
具体的には、ヒートシンク３０６の上面は平面に形成され、ヒートシンク３０６の下面に放熱ひだ１７Ａが設けられる。絶縁層３０７はヒートシンク３０６の上面に設けられる。複数の回路配線３０８が間隔を置いて絶縁層３０７上に設けられる。パワー素子１９と非パワー素子１４ａとがそれぞれ複数の回路配線３０８に設けられる。パワー素子１９は金属線３０５によって回路配線３０８に電気的に接続され、非パワー素子１４ａは金属線３０５によって回路配線３０８に電気的に接続されている。複数のピン３０１の一端は複数の回路配線３０８に接続され、複数のピン３０１の他端はインテリジェントパワーモジュール１０から伸出して外部の他の部品に接続される。封止樹脂１２は複数の回路配線３０８を完全に封止してヒートシンク３０６の上面を覆う。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０は、絶縁層３０７の下方にヒートシンク３０６を設け、更にヒートシンク３０６の下面に放熱ひだ１７Ａを設けることにより、インテリジェント放熱モジュール１０の放熱面積は大幅に増加し、絶縁層３０７に高熱伝導材料を利用することなくパワー素子の放熱要求を満足することができる。また、インテリジェントパワーモジュール１０は応用過程において、外部に更にヒートシンクを接続する必要がなく、応用難度と応用コストを低減させ、組立品質を向上させる。このような構造はコストダウンすると同時に信頼性を向上させ、従来のインテリジェントパワーモジュールの機能及びピンと互換性があるように設計でき、インテリジェントパワーモジュール１０の普及に役立つ。
ヒートシンク３０６の種類は多種に形成されることができ、例えば、本発明の一部の実施例によると、ヒートシンク３０６は湿式炭素複合材機能紙で構成される。実際に作製する時は、粉末と繊維状の炭素材料を複合してグラファイト質に加工する。材料は３５０℃以上の高温を耐えられ、且つ必要に応じて任意の形状に折り畳むことができ、これにより放熱ひだ１７Ａを取得する。このような紙質材料によって構成される紙質のヒートシンクは軽量であり、インテリジェントパワーモジュール１０の総重量を低減させ、長距離の輸送及び作業員の取り付け作業を便利にし、コストダウンすることができる。
説明の便利のため、ヒートシンク３０６の放熱ひだ１７Ａを備える一面はヒートシンク３０６の裏面と呼び、対向面はヒートシンク３０６の表面と呼ぶ。本発明の一部の実施例によると、放熱ひだ１７Ａのヒートシンク３０６の下面に正射影した面積はヒートシンク３０６Ａの下面の面積より小さい。放熱ひだ１７Ａの外周縁とヒートシンク３０６の下面の外周縁との間の間隔の距離は１ｍｍより大きい。つまり、放熱ひだ１７Ａはヒートシンク３０６の裏面を完全に覆ってはならず、ヒートシンク３０６の裏面の縁部に少なくとも１ｍｍの平坦な位置を残す。
図３６に示すように、封止樹脂１２の下面はヒートシンク３０６の裏面と揃えて設けられる。これにより、放熱ひだ１７Ａは封止樹脂１２によって封止されないから、放熱ひだ１７Ａの放熱性能に影響を及ぼさない。封止樹脂１２はトランスファー成形法によって熱硬化性樹脂を利用してモールドすることができ、また射出成形によって熱可塑性樹脂を利用してモールドすることができる。ここで、封止樹脂１２は紙質のヒートシンク３０６の上面における全ての要素を完全に封止する。
以下に、図面を参照しながら本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法を詳しく説明する。
図３７に示すように、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法は以下のようなステップＰ１０〜Ｐ５０を含むことができる。
Ｐ１０において、ヒートシンクとピンとを製造し、ヒートシンクの上面を平面に形成し、ヒートシンクの下面に放熱ひだを設ける。
Ｐ２０において、ヒートシンクの上面に絶縁層を設け、絶縁層の上面に回路配線を設ける。
Ｐ３０において、回路配線に回路素子と外部に接続されるピンとを設ける。
Ｐ４０において、金属線によって回路素子と回路配線を接続する。
Ｐ５０において、前記ヒートシンクを焼成して封止樹脂をモールドし、ピンを成型して、インテリジェントパワーモジュールを取得する。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法の有益效果は、以下のようである。紙質のヒートシンク上に回路配線を形成して順番に加工を完成するため、軽量のヒートシンクは加工する際に利用されるキャリアに対する要求が低く、位置決めしやすく、製造コストを下げ、プロセス合格率を高める。パワー素子を内部のヒートシンクに貼り付ける工程を省き、設備投資の費用を削減する。
以上の方法により製造されたインテリジェントパワーモジュールは本発明の上述の実施例のインテリジェントパワーモジュール１０であっても良い。ここで、ヒートシンクは湿式炭素複合材機能紙ヒートシンクであっても良い。
ステップＰ２０において、前記絶縁層を設けるステップは、絶縁材料に球形又は角状の、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素のうちの少なくとも一種を添加し、その後ヒートシンクの上面に熱圧着する。絶縁層の上面に複数の回路配線を設けると同時に、複数の溶接パッドを設けることもできる。なお、ステップＰ２０において、絶縁層の上面に複数の回路配線を設けることができ、各回路配線にそれぞれ回路素子を設け、各回路素子はパワー素子と非パワー素子とを含み、放熱領域はパワー素子に対向し、各回路配線に外部に接続されるピンを設ける。
前記ステップＰ３０において、回路配線にピンを設けた後、さらに前記ヒートシンクを洗浄することもできる。
ステップＰ５０において、ヒートシンクを焼成する条件は、無酸素環境で、焼成時間は２時間より長く、焼成温度は１１０〜１４０℃である。
本発明の一部の実施例によると、インテリジェントパワーモジュールの製造方法はインテリジェントパワーモジュールに対してモジュール機能検査を行うステップＰ６０を更に含でもよい。ここで、モジュール機能検査は絶縁耐圧と、静的電力消費と遅延時間検査とを含む。
この実施例におけるインテリジェントパワーモジュール１０の製造工程は上述の実施例におけるインテリジェントパワーモジュール１０の製造工程と同一であるから、ここで詳しく説明しない。
以下に、図面を参照しながら本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法を詳しく説明する。
本発明の一部の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法は、以下のようなステップＱ１０〜Ｑ５０を含む。
Ｑ１０において、ヒートシンクを形成する。
Ｑ２０において、前記ヒートシンクをパワーモジュール基材とし、前記パワーモジュール基材の一方に絶縁層を形成する。
Ｑ３０において、前記絶縁層の前記ヒートシンクと接触しない側に溶接エリアとピンとを形成する。
Ｑ４０において、前記溶接エリアのパワー溶接エリアに少なくとも一つのパワーデバイスを取り付ける。
Ｑ５０において、封止層を形成して前記インテリジェントパワーモジュールの作製を完成させる。
本発明の実施例によるパワーモジュールの作製方法によると、ヒートシンクを形成することにより、パワーモジュールの熱伝導面積と熱伝導效率を有効に向上させ、パワーデバイスの放熱不良による焼損又は失効等の問題を減少させ、パワーモジュールの信頼性を更に向上させ、パワーモジュールの故障率を低減する。また、複数のパワーモジュールを同一領域に集中して設けることにより、上記同一領域にヒートシンクを集中して作製して、作製の複雑度を増加することなく、同時に、複数のパワーモジュールが動作状態熱量を非パワーモジュールに伝達することを避けることができる。
また、本発明の上記の実施例のパワーモジュールの作製方法によると、以下のような付加的な技術的特徴を備える。
前記溶接エリアは非パワー溶接エリアを更に含み、前記非パワー溶接エリアに少なくとも一つの非パワーデバイスを取り付ける。
ステップＱ１０は、湿式炭素複合層を利用してヒートシンクを形成するステップＱ１１を含む。
ステップＱ３０は、前記ヒートシンクの前記絶縁層に接触しない側に放熱ひだを形成するステップＱ３１を含み、前記放熱ひだは前記少なくとも一つのパワーデバイスが位置する領域に対応する。
本発明の実施例によるパワーモジュールの作製方法は、湿式炭素複合層によりヒートシンク及び放熱ひだを形成し、パワーモジュールの放熱面積と放熱效率を有効に増大させ、同時に、湿式炭素複合層は極めて高い機械強度を有するから、ヒートシンクの厚さを有効に減少させ、更にパワーモジュールの体積を減少させる。
本発明の一つの実施例によると、ステップＱ４０は以下のようなステップＱ４１〜Ｑ４５を含む。
Ｑ４１において、前記パワー溶接エリアに第１ソルダペースト層を塗布する。
Ｑ４２において、前記パワー溶接エリアに前記少なくとも一つのパワーデバイスを取り付けた後、前記第１ソルダペースト層に対してリフロー溶接処理を行って、前記第１ソルダペースト層を硬化させる。
Ｑ４３において、前記非パワー溶接エリアに第２ソルダペースト層を塗布する。
Ｑ４４において、前記非パワー溶接エリアに前記少なくとも一つの非パワーデバイスを取り付けた後、前記ソルダペースト層に対してリフロー溶接処理を行い、前記第２ソルダペースト層を硬化させる。
Ｑ４５において、前記ヒートシンクに対して洗浄処理を行い、ここで洗浄処理は、シャワー処理及び/又は超音波洗浄処理を含む。
本発明の実施例によるパワーモジュールの作製方法は、第１ソルダペースト層によってパワーモジュールをパワー溶接エリアに正確に溶接し、誤って取り付けた又は破損したパワーモジュールを取り外す時、第１ソルダペースト層を急速に加熱することによりパワーモジュールの取り外しを実現する。
本発明の実施例によるパワーモジュールの作製方法は、第２ソルダペースト層によって非パワーモジュールを非パワー溶接エリアに正確に溶接し、誤って取り付けた又は破損した非パワーモジュールを取り外す時、同様に、第２ソルダペースト層を急速に加熱することによりパワーモジュールの取り外しを実現する。また、洗浄処理ステップを加えることにより、フラックス等の表面の不純物を有効に除去し、その後の材料の接着性を増加するとともに、表面の不純物による応力問題を軽減させる。
本発明の一つの実施例によると、前記パワーモジュール基材の一方に絶縁層を形成することは、以下のような具体的なステップを含む。前記パワーモジュール基材の一方に、シリカ層、窒化ケイ素層及び炭化ケイ素層のうちの一種又は複数種の熱伝導絶縁層を含む熱伝導絶縁層を形成し、前記熱伝導絶縁層に熱圧着処理を行って前記絶縁層を形成する。
本発明の実施例によるパワーモジュールの作製方法は、熱伝導絶縁層からなる絶縁層を加えることにより、パワーモジュールの間の短絡現象を有効に避け、また、熱伝導絶縁層は大量の無機成分を含み、パワーモジュールの熱伝導效率を更に向上させる。
本発明の一つの実施例によると、ステップＱ３０は以下のようなステップＱ’３１〜Ｑ’３４を含む。
Ｑ’３１において、前記絶縁層の前記放熱層と接触しない側に金属シード層を形成し、ここで、前記金属シード層の厚さは０.０１〜０.１ミクロンメートルである。
Ｑ’３２において、前記シード層に対して電気メッキ処理を行い、回路配線を形成し、ここで、前記回路配線の厚さは１〜５ミクロンメートルである。
Ｑ’３３において、前記回路配線にエッチング処理を行い前記溶接エリアと、前記ピンと溶接パッドとを形成する。
Ｑ’３４において、前記溶接エリアと、前記ピンと前記溶接パッドとの間に金属線を接続する。
本発明の一つの実施例によると、前記絶縁層の前記ヒートシンクに接触しない側に溶接エリアとピンとを形成することは、以下のような具体的なステップを含む。前記絶縁層の前記ヒートシンクに接触しない側に回路配線を形成する。前記回路配線にエッチング処理を行って前記溶接エリアと、前記ピンと溶接パッドとを形成する。前記溶接エリアと、前記ピンと前記溶接パッドとの間に金属線を形成する。
本発明の一つの実施例によると、前記絶縁層の前記ヒートシンクに接触しない側に回路配線を形成することは、以下のような具体的なステップを含む。前記絶縁層の前記ヒートシンクに接触しない側に金属シード層を形成し、ここで、前記金属シード層の厚さは０.０１〜０.１ミクロンメートルである。前記シード層にメッキ処理を行って前記回路配線を形成し、ここで、前記回路配線の厚さは１〜５ミクロンメートルである。
本発明の一つの実施例によると、封止層を形成して前記パワーモジュールの作製を完成することは、以下のような具体的なステップを含む。熱可塑性樹脂に対して射出成形処理を行って封止層を形成し、前記パワーモジュールの作製を完成させる。ここで、前記射出成形処理の領域は前記パワーモジュールのひだ領域以外の領域である。
本発明の一つの実施例によると、封止層を形成して前記パワーモジュールの作製を完成することは、以下のような具体的なステップを含む。熱硬化性樹脂に対してトランスファー成形処理を行って封止層を形成し、前記パワーモジュールの作製を完成させる。ここで、前記トランスファー成形処理の領域は前記パワーモジュールのひだ領域以外の領域である。
本発明の実施例によるパワーモジュールの作製過程は、以下のようなステップを含む。
（１）ヒートシンク３０６と放熱ひだ１７Ａとを形成するステップは、以下のステップを含む。
必要となる回路レイアウトに基づいて、適切な大きさを持つヒートシンク３０６を設計する。通常のインテリジェントパワーモジュールに対して、一枚の大きさは６４ｍｍ×３０ｍｍを選択でき、厚さは１.５ｍｍである。その後、許容温度が３００℃以上の耐高温接着剤によって、上記６４ｍｍ×３０ｍｍ長方形の紙質放熱体の一面に厚さが０.５ｍｍの同材料の長方形を配置する。
角形又は球形の添加物を有する絶縁材料と銅材を利用し、同時熱圧着の方法で、絶縁材料をヒートシンク３０６の表面に絶縁層３０７として形成し、銅材を絶縁層３０７の表面に回路配線３０８として形成する。ここで、耐圧特性を高めるために、絶縁層３０７の厚さは１１０μｍにし、放熱特性を高めるために、絶縁層３０７の厚さは７０μｍにすることができる。ここで、通電能力を高めるために、回路配線３０８の厚さは０.０７ｍｍにし、コストダウンのために、回路配線３０８の厚さは０.０３５ｍｍ又は０.０１７５ｍｍにすることができる。
回路配線３０８の特定の位置を腐食させて、残った部分は金属線３０５及び溶接パッド１８Ａであり、厚さ０.５ｍｍの湿式炭素複合材を利用して不規則的な形状に形成し、放熱ひだ１７Ａとする。両面に防水接着剤を塗布するような耐食、防水処理を行う。許容温度が３００℃以上の耐高温接着剤を利用し、前記放熱ひだ１７Ａを前記ヒートシンク３０６の裏面に接着する。
（２）ピン３０１を形成するステップは以下のようなステップを含む。
各ピン３０１は銅基材を利用し、プレス又はエッチングの方法によって、ピン３０１は１２個の単独のピンユニットが補強リブによって接続されている。単独のピンユニットは長さＣが２５ｍｍ、幅Ｋが１.５ｍｍ、厚さＨが１ｍｍの長尺状である。取り付けしやすくするために、ピンユニットの一端に一定の弧度をプレスする。その後、化学めっきの方法によってニッケル層を形成する。ニッケル塩と次亜リン酸ナトリウムとの混合溶液によって、適切なキレート剤を添加し、特定の形状に形成された銅材の表面にニッケル層を形成する。金属ニッケルは強いパッシベーション効果を有するため、一層の極めて薄い不動態膜を迅速に生成することができ、大気、アルカリおよびある種の酸による腐食に抵抗することができる。ニッケルめっき結晶は極めて小さく、ニッケル層の厚さは、一般的に、０.１μｍである。次に、酸性硫酸塩プロセスによって、室温で形状とニッケル層とが形成された銅材をスズ陽イオンを含むめっき液に浸して通電し、ニッケル層の表面にニッケル-スズ合金層を形成する。合金層は、一般的に、５μｍになるように制御する。合金層の形成は保護性と溶接性とを大幅に向上させる。
（３）パワー素子１９と、非パワー素子１４ａと、回路配線３０８と溶接パッド１８Ａとを形成するステップは、以下のようなステップを含む。
まず、ソルダペースト印刷機によって、スチールメッシュを利用して、前記絶縁層３０７上の前記金属線３０５の特定の位置と前記溶接パッド１８Ａとにソルダペーストを塗布する。ここで、はんだ上がり高さを向上させるために、０.１５ｍｍの厚さのスチールメッシュを利用することができ、パワー素子１９と非パワー素子１４ａがずれるリスクを減少させるために、０.１２ｍｍの厚さのスチールメッシュを利用することもできる。実施例において、利用された前記パワー素子１９の高さは０.０７ｍｍであり、最も軽量のコンポーネントであるから、スチールメッシュの厚さが０.１２ｍｍのスチールメッシュを選択する。
前記パワー素子１９と、非パワー素子１４ａとピン３０１とを取り付ける。前記パワー素子１９と前記非パワー素子１４ａは前記金属線３０５の特定の位置に直接に置くことができ、ピン３０１は一端を前記溶接パッド１８Ａにセットし、他端をキャリアによって固定する必要がある。前記キャリアは合成石等の材料によって作製される。ここで、前記キャリアは底部に前記放熱ひだ１７Ａを露出させる透かし彫り処理を行う必要がある。前記ヒートシンク３０６裏面の縁部から少なくとも１ｍｍの、前記放熱ひだ１７Ａに覆われていない位置は前記キャリアに接触して支持作用を奏する。
その後、前記キャリアに置かれた前記絶縁層３０７はリフロー溶接によって、ソルダペーストが硬化され、前記非パワー素子１４ａと前記ピン３０１とが固定される。
ここでは、溶解温度が２８０℃のソルダペーストを選択する。
（４）金属線３０５を形成するステップは、以下のようなステップを含む。
まず、前記ヒートシンク３０６を洗浄機に入れて洗浄し、リフロー溶接する時に残ったロジン等のフラックス及びプレスする時に残ったアルミニウム線等の異物を洗浄する。洗浄は前記非パワー素子１４ａの前記金属線３０５における配列密度に応じて、シャワー又は超音波又は両者の組み合わせの形で行うことができる。
洗浄する時、メカニカルアームにより前記ピン３０１を挟み、前記ヒートシンク３０６を洗浄槽に置くが、メカニカルアームが前記ヒートシンク３０６に触れないように注意する必要がある。前記ヒートシンク３０６は脆性を有し変形しやすくて、メカニカルアームが前記ヒートシンク３０６を挟むと、洗浄する時に生じた震動により、ヒートシンク３０６が破損しやすいためである。
（５）ボンディングワイヤを形成するステップは、以下のようなステップを含む。
必要な通電能力に応じて、適切な直径のアルミニウム線をボンディングワイヤとして選択する。信号制御のための集積回路については、金線をボンディングワイヤとすることが考えられる。本実施例においては、全てアルミニウム線を選択し、一般的には、パワー素子１９のボンディングには３５０μｍ〜４００μｍのアルミニウム線を利用し、前記非パワー素子１４ａのボンディングには３８μｍ〜２００μｍのアルミニウム線を利用し、ヒートシンク３０６のボンディングには３５０μｍ〜４００μｍのアルミニウム線を利用する。
前記パワーモジュールは、ブリッジ整流器機能モジュール１００１と、コンプレッサーインバータ機能モジュール１００２と、力率補正モジュール１００３とファンインバータ機能モジュール１００４とを含む。
樹脂封止層１２ａを形成するステップは、以下のようなステップを含む。
まず、無酸素環境で前記ヒートシンク３０６を焼成する。焼成時間は２時間より小さくてはいけなく、焼成温度は１２５℃にする。
ピン３０１が配置された前記ヒートシンク３０６をモールド型に運ぶ。ピン３０１の特定の部分を固定装置に接触させ、前記ヒートシンク３０６を位置決めし、前記ボスを金型キャビティーの底部に揃える。金型キャビティーの底部に高さが１ｍｍのエジェクタピンを取り付けることにより、高さが低くなりすぎないようにしてもよい。
型締する時、金型内部に形成された金型キャビティーに前記ヒートシンク３０６を置き、その後ゲートから封止樹脂を注ぎ込む。封止する方法として熱硬化性樹脂を利用するトランスファー成形又は熱硬化性樹脂を利用する射出成形を利用することができる。また、ゲートから注ぎ込まれた封止樹脂に応じて金型キャビティー内部のガスは排気口を通って外部へ排出される。
ここで、前記ヒートシンク３０６の裏面は下型に密着する。より強く密着させるために、上型にエジェクタピンを加えることができるが、依然として少量の封止樹脂が前記ヒートシンク３０６の裏面と下型との間に入るから、型から取り出した後、レーザーエッチング又は研削を行って前記ヒートシンク３０６裏面に残った少量の封止樹脂を除去し、前記ヒートシンク３０６の裏面を封止樹脂から露出させる必要がある。前記ヒートシンク３０６の裏面以上の部分は樹脂封止層１２ａによって封止される。
（７）ピン３０１に後続処理を行うステップは、以下のようなステップを含む。
前の工程、即ちトランスファ成形工程においてピン３０１以外の他の部分が樹脂封止層１２ａによって封止される。この工程は、使用する長さと形状との必要に応じて、例えば、点線５１の位置で外部のピン３０１を切断する。後段の取り付けを便利にするように、一定の形状に折り曲げる場合もある。
その後、モジュールを検査機器に入れて、通常の電気的パラメータ検査を行う。一般的に、絶縁耐圧、静的電力消費、遅延時間等の検査項目を含み、検査に合格したものは完成品である。
上記の工程を利用して、パワーモジュールの作製を完成させる。
以上、図面を参照しながら本発明の技術案を説明した。本発明はパワーモジュールの作製方法を提示した。ヒートシンクを形成することにより、パワーモジュールの熱伝導面積と熱伝導效率とを有効に向上させ、パワーデバイスの放熱不良による焼損又は失效等の問題を減少させ、パワーモジュールの信頼性を高め、パワーモジュールの故障率を低減する。また、複数のパワーモジュールを同一領域に集中して設けることにより、上記同一領域にヒートシンクを集中して作製して、作製の複雑度を増加することなく、同時に、複数のパワーモジュールが動作状態熱量を非パワーモジュールに伝達することを避けることができる。
図４６（Ａ）、図４６（ＡＡ）に示すように、本発明の実施例によるインテリジェント機能モジュール実施例の回路図である。
本発明に提出されるインテリジェント機能モジュール中のＵ相高電圧駆動集積チューブ４１、Ｖ相高電圧駆動集積チューブ４２、Ｗ相高電圧駆動集積チューブ４３は、三つの上部ブリッジアームＩＧＢＴチューブを駆動するためのシングルアームＨＶＩＣチューブであり、これらの構造は完全に同一であり、入力端ＨＩＮの０〜５Ｖの論理信号を出力端ＨＯに伝送する機能を発揮し、ここでＨＯはＶＳ〜ＶＳ+１５Ｖの論理信号である。ＶＳは０〜３００Ｖの間で変わるから、前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブ４１と、前記Ｖ相高電圧駆動集積チューブ４２と、前記Ｗ相高電圧駆動集積チューブ４３とが耐高圧性があるテープアウトプロセスによって実現され、コストダウンするために、６５０ＶのＢＣＤプロセスを利用する場合はあるが、耐圧構造の設計難度を下げるために、６５０ＶのＳＯＩプロセスを利用する場合もある。
本発明により提供されるインテリジェント機能モジュールの中のＵ相低電圧駆動集積チューブ４４と、Ｖ相低電圧駆動集積チューブ４５と、Ｗ相低電圧駆動集積チューブ４６とは三つの下部ブリッジアームＩＧＢＴチューブを駆動するシングルアームＬＶＩＣチューブであり、これらの構造は完全に同一であり、入力端ＬＩＮの０〜５Ｖの論理信号を出力端ＬＯに伝送する機能を発揮し、ここでＬＯは０〜１５Ｖの論理信号である。前記Ｕ相低電圧駆動集積チューブ４４と、前記Ｖ相低電圧駆動集積チューブ４５と、前記Ｗ相低電圧駆動集積チューブ４６とは耐高圧性があるテープアウトプロセスによって実現される必要はないから、コストダウンするために、２０ＶのＢＩＰＯＬａrプロセスを利用する場合があるが、一致性を向上させるために、２０ＶのＢＣＤプロセスを利用する場合もある。
本発明により提供されるインテリジェント機能モジュールの中の第１低電圧駆動集積チューブ４７は、力率補正回路部分の高速ＩＧＢＴチューブ２７を駆動するシングルアームＬＶＩＣであり、コストを抑えるために、２０ＶのＢＩＰＯＬａrプロセスを利用してテープアウトを利用する場合があるが、消費電力を低下させることを考えて、２０ＶのＢＣＤプロセスを利用する場合もある。
本発明により提供されるインテリジェント機能モジュールの中の第１ＩＧＢＴチューブ、第２ＩＧＢＴチューブ、第３ＩＧＢＴチューブ、第４ＩＧＢＴチューブ、第５ＩＧＢＴチューブ、第６ＩＧＢＴチューブ、第１ＦＲＤチューブ、第２ＦＲＤチューブ、第３ＦＲＤチューブ、第４ＦＲＤチューブ、第５ＦＲＤチューブ、第６ＦＲＤチューブは、図４６（ＡＡ）におけるＩＧＢＴチューブ２１、ＩＧＢＴチューブ２２、ＩＧＢＴチューブ２３、ＩＧＢＴチューブ２４、ＩＧＢＴチューブ２５、ＩＧＢＴチューブ２６、ＦＲＤチューブ１１、ＦＲＤチューブ１２、ＦＲＤチューブ１３、ＦＲＤチューブ１４、ＦＲＤチューブ１５、ＦＲＤチューブ１６にそれぞれ対応する。
前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブ４１と、前記Ｕ相低電圧駆動集積チューブ４４のＶＣＣ（即ち電源端）と、前記Ｖ相高電圧駆動集積チューブ４２と、前記Ｖ相低電圧駆動集積チューブ４５のＶＣＣと、前記Ｗ相高電圧駆動集積チューブ４３と、前記Ｗ相低電圧駆動集積チューブ４４と、前記ＰFＣ駆動集積チューブ４７のＶＣＣとが接続され、且つ前記インテリジェントパワーモジュール１０のＶＤＤ端として、ＶＤＤは前記インテリジェントパワーモジュール１０の低電圧領域給電電源であり、一般的に、ＶＤＤは１５Ｖである。
前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブ４１のＨＩＮ端（即ち入力端）は前記インテリジェントパワーモジュール１０のＵ相上部ブリッジアーム入力端ＵＨＩＮとする。前記Ｖ相高電圧駆動集積チューブ４２のＨＩＮ端は前記インテリジェントパワーモジュール１０のＶ相上部ブリッジアーム入力端ＶＨＩＮとする。前記Ｗ相高電圧駆動集積チューブ４３のＨＩＮ端は前記インテリジェントパワーモジュール１０のＷ相上部ブリッジアーム入力端ＷＨＩＮとする。前記Ｕ相低電圧駆動集積チューブ４４のＬＩＮ端（即ち入力端）は前記インテリジェントパワーモジュール１０のＵ相下部ブリッジアーム入力端ＵＬＩＮとする。前記Ｖ相低電圧駆動集積チューブ４５のＬＩＮ端は前記インテリジェントパワーモジュール１０のＶ相下部ブリッジアーム入力端ＶＬＩＮとする。前記Ｗ相低電圧駆動集積チューブ４６のＬＩＮ端は前記インテリジェントパワーモジュール１０のＷ相下部ブリッジアーム入力端ＷＬＩＮとする。前記第１低電圧駆動集積チューブ４７のＰＩＮ端は前記インテリジェントパワーモジュール１０の力率補正回路（ＰFＣ回路）の入力端ＰFＣＩＮとする。
前記インテリジェントパワーモジュール１０のＵ、Ｖ、Ｗ三相及びＰFＣの計７つの入力回路で０〜５Ｖの入力信号を入力受信する。
前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブ４１のＧＮＤ端（即ち接地端）と、Ｖ相高電圧駆動集積チューブ４２のＧＮＤ端と、Ｗ相高電圧駆動集積チューブ４３のＧＮＤ端と、前記Ｕ相低電圧駆動集積チューブ４４のＧＮＤ端と、前記Ｖ相低電圧駆動集積チューブ４５のＧＮＤ端と、前記Ｗ相低電圧駆動集積チューブ４６のＧＮＤ端と、前記第１低電圧駆動集積チューブ４７のＧＮＤとが接続され、且つ前記インテリジェントパワーモジュール１０のＣＯＭ端とし、ＣＯＭはＶＤＤ給電電源のネガティブターミナルである。
前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブ４１のＶＢ端（即ち高電圧電源のポジティブターミナル）は前記インテリジェントパワーモジュール１０のＵ相高電圧領域の給電電源ポジティブターミナルＵＶＢとする。前記Ｖ相高電圧駆動集積チューブ４２のＶＢ端は前記インテリジェントパワーモジュール１０のＶ相高電圧領域の給電電源ポジティブターミナルＶＶＢとする。前記Ｗ相高電圧駆動集積チューブ４３のＶＢ端は前記インテリジェントパワーモジュール１０のＷ相高電圧領域の給電電源ポジティブターミナルＷＶＢとする。前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブ４１のＨＯ端（即ち入力端）はＩＧＢＴチューブ２１のゲートに接続され、前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブ４１のＶＳ端（即ち高電圧電源のネガティブターミナル）は前記ＩＧＢＴチューブ２１のエミッタと、ＦＲＤチューブ１１の陽極と、ＩＧＢＴチューブ２４のコレクターと、ＦＲＤチューブ１４の陰極とに接続され、前記インテリジェントパワーモジュール１０のＵ相高電圧領域の給電電源ネガティブターミナルＵＶＳとする。
前記Ｖ相高電圧駆動集積チューブ４２のＨＯ端はＩＧＢＴチューブ２２のゲートに接続され、前記Ｖ相高電圧駆動集積チューブ４２のＶＳ端は前記ＩＧＢＴチューブ２２のエミッタと、ＦＲＤチューブ１２の陽極と、ＩＧＢＴチューブ２５のコレクターと、ＦＲＤチューブ１５の陰極とに接続され、前記インテリジェントパワーモジュール１０のＶ相高電圧領域の給電電源ネガティブターミナルＶＶＳとする。
前記Ｗ相高電圧駆動集積チューブ４３のＨＯ端はＩＧＢＴチューブ２３のゲートに接続され、前記Ｗ相高電圧駆動集積チューブ４３のＶＳ端は前記ＩＧＢＴチューブ２３のエミッタと、ＦＲＤチューブ１３の陽極と、ＩＧＢＴチューブ２６のコレクターと、ＦＲＤチューブ１６の陰極とに接続され、前記インテリジェントパワーモジュール１０のＷ相高電圧領域の給電電源ネガティブターミナルＷＶＳとする。
前記ＩＧＢＴチューブ２１のコレクターと、前記ＦＲＤチューブ１１の陰極と、前記ＩＧＢＴチューブ２２のコレクターと、前記ＦＲＤチューブ１２の陰極と、前記ＩＧＢＴチューブ２３のコレクターと、前記ＦＲＤチューブ１３の陰極と、ハイパワーＦＲＤチューブ１８の陰極とが接続され、前記インテリジェントパワーモジュール１０の高電圧入力端Ｐとし、一般的に、Ｐは３００Ｖに接続される。
前記Ｕ相低電圧駆動集積チューブ４４のＬＯ端（即ち出力端）はＩＧＢＴチューブ２４のゲートに接続され、前記ＩＧＢＴチューブ２４のエミッタはＦＲＤチューブ１４の陽極に接続され、前記インテリジェントパワーモジュール１０のＵ相低電圧参照端ＵＮとする。
前記Ｖ相低電圧駆動集積チューブ４５のＬＯ端はＩＧＢＴチューブ２５のゲートに接続され、前記ＩＧＢＴチューブ２５のエミッタはＦＲＤチューブ１５の陽極に接続され、前記インテリジェントパワーモジュール１０のＶ相低電圧参照端ＶＮとする。
前記Ｗ相低電圧駆動集積チューブ４６のＬＯ端はＩＧＢＴチューブ２６のゲートに接続され、前記ＩＧＢＴチューブ２６のエミッタはＦＲＤチューブ１６の陽極に接続され、前記インテリジェントパワーモジュール１０のＷ相低電圧の参考端ＷＮとする。
前記第１低電圧駆動集積チューブ４７のＰＯＵＴ端は高速ＩＧＢＴチューブ２７のゲートに接続され、前記高速ＩＧＢＴチューブ２７のエミッタはローパワーＦＲＤチューブ１７の陽極に接続され、前記高速ＩＧＢＴチューブ２７のコレクターは前記ローパワーＦＲＤチューブ１７の陰極と、前記ハイパワーＦＲＤチューブ１８の陽極とに接続されている。ここでのローパワーＦＲＤチューブ１７は必要なものではなく、他の実施例においてこの部品を接続しなくても良い。
図４６(Ｂ)と、図４６(Ｃ)と、図４６(Ｄ)とを参照すると、図４６（Ｂ）は本発明インテリジェント機能モジュールの好ましい実施例の平面図であり、図４６ (Ｃ)は、図４６ (Ｂ)のＸ-Ｘ’線に沿う断面図であり、図４６(Ｄ)は、本発明の実施例によるインテリジェント機能モジュールの、封止樹脂を除去した正面の平面図である。
本発明のインテリジェントパワーモジュール１０は、表面に絶縁層３０７が設けられた紙質のヒートシンク３０６と、前記絶縁層３０７に配置された回路配線３０８と、前記回路配線３０８に配置された前記ＩＧＢＴチューブ２１と、前記ＩＧＢＴチューブ２２と、前記ＩＧＢＴチューブ２３と、前記ＩＧＢＴチューブ２４と、前記ＩＧＢＴチューブ２５と、前記ＩＧＢＴチューブ２６と、前記高速ＩＧＢＴチューブ２７と、前記ＨＶＩＣチューブ４１と、前記ＨＶＩＣチューブ４２と、前記ＨＶＩＣチューブ４３と、前記ＬＶＩＣチューブ４４と、前記ＬＶＩＣチューブ４５と、前記ＬＶＩＣチューブ４６と、支持プレート３０９に配置された前記ＦＲＤチューブ１１と、前記ＦＲＤチューブ１２と、前記ＦＲＤチューブ１３と、前記ＦＲＤチューブ１４と、前記ＦＲＤチューブ１５と、前記ＦＲＤチューブ１６と、前記ローパワーＦＲＤチューブ１７と、前記ハイパワーＦＲＤチューブと、前記回路配線１８の縁部部分に配置されたピン３０１とを備え、ここで、前記ヒートシンク３０６の一面を正面とし、他面を裏面とする。
ヒートシンク３０６の正面は絶縁層３０７で覆われ、前記回路配線３０８は前記絶縁層３０７のヒートシンク３０６から遠い方の面に設けられる。
前記ヒートシンク３０６の裏面に、放熱するためのひだ３２０を設ける。
ここで、前記ヒートシンク３０６とひだ３２０とはいずれも湿式炭素複合材機能紙を利用することができる。
前記ヒートシンク３０６は、高温グルーによって前記ひだ３２０と接続されていてもよいし、又は両方が一体に作製されてもよい。
また、前記インテリジェントパワーモジュール１０は、前記回路配線３０８の縁部部分に配置されたピン３０１と、上記各要素の間を電気的に接続成する金属線３０５と、この回路を封止し且つ少なくとも紙質のヒートシンク３０６の上面における前記全ての要素を封止する封止樹脂３０２とを更に含む。
また、前記インテリジェントパワーモジュール１０は、前記回路配線３０８と、前記ＩＧＢＴチューブ２１と、前記ＩＧＢＴチューブ２２と、前記ＩＧＢＴチューブ２３と、前記ＩＧＢＴチューブ２４と、前記ＩＧＢＴチューブ２５と、前記ＩＧＢＴチューブ２６と、前記ＦＲＤチューブ１１と、前記ＦＲＤチューブ１２と、前記ＦＲＤチューブ１３と、前記ＦＲＤチューブ１４と、前記ＦＲＤチューブ１５と、前記ＦＲＤチューブ１６と、前記ＦＲＤチューブ１７とを接続して対応する回路を構成する金属線３０５を更に含む。
また、前記インテリジェントパワーモジュール１０は、前記パワーモジュールの縁部に配置され、前記回路配線３０８に接続されて外へ延伸して入出力を行うピン３０１を更に含む。
ここで、インテリジェントパワーモジュール１０の内部回路レイアウト及び外周のアプリケーションの必要に応じ、前記ピン３０１はインテリジェントパワーモジュール１０の１辺の縁部、２辺の縁部、３辺の縁部又は４辺の縁部に配置することができる。
以下、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０の各構成要素を詳しく説明する。紙質のヒートシンク３０６は湿式炭素複合材機能紙であり、粉末と繊維状炭素材料を複合グラファイト質に加工した材料は３５０℃以上の高温を耐えられ且つ必要に応じて任意の形状に折り畳むことができ、前記放熱ひだ３２０を取得する。耐食性の向上と防水のために、表面に防水処理行うことができる。前記紙質のヒートシンク３０６は前記放熱ひだ３２０に一体に作製されるが、ここで前記紙質のヒートシンク３０６の形状は平坦であり、前記放熱ひだ３２０の形状は不規則である。前記紙製のヒートシンク３０６は前記放熱ひだ３２０と異なる厚さの湿式炭素複合材を使用することができ、本実施例は異なる厚さのものを使用した。ここで、機械強度を増加するために、前記紙質のヒートシンク３０６には厚い湿式炭素複合材を利用し、厚さは１.５ｍｍにすることができ、コストダウンとひだの密度を増加するために、前記放熱ひだ３２０には薄い湿式炭素複合材を利用し、厚さは０.５ｍｍにすることができる。ここで、前記紙質のヒートシンク３０６の前記放熱ひだ３２０を有する面を前記紙質のヒートシンク３０６の裏面とし、対向面を前記紙質のヒートシンク３０６の表面とする。ここで、前記放熱ひだ３２０は前記紙の放熱１７の裏面を完全に覆ってはならず、前記紙質のヒートシンク３０６の裏面の縁部に少なくとも１.５ｍｍの平坦な位置を残す必要がある。
前記絶縁層３０７に覆われた前記紙質のヒートシンク３０６の一つの表面は、前記紙質のヒートシンク３０６の正面と呼び、エポキシ樹脂等の樹脂材料に高濃度で酸化アルミニウム等の充填物を充填して熱伝導率を向上させる。より高い熱伝導性を得るため、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の物を添加してもよい。ここで、添加物は球形又は角形であり、熱圧着方式により、前記紙質のヒートシンク３０６の表面に圧着される。
前記回路配線３０８は銅等の金属からなり、前記紙質のヒートシンク３０６上の特定の位置に形成され、必要なパワーに応じて、０.０３５ｍｍ又は０.０７ｍｍ等の厚さにすることができる。通常のインテリジェントパワーモジュールに対しては、０.０７ｍｍにすることを優先に考え、本実施例において０.０７ｍｍの厚さを利用する。特に、前記紙質のヒートシンク３０６の縁部に、前記ピン３０１を配置するための前記回路配線３０８が形成されている。ここで、前記紙質のヒートシンク３０６の両辺の付近に複数の前記ピン３０１を配置するための前記回路配線３０８を設けられる。必要な機能に応じて、前記紙質のヒートシンク３０６の１辺、２辺、３辺、４辺の付近に複数の前記ピン３０１を配置するための前記回路配線３０８を設けることができる。
前記ＩＧＢＴチューブ２１〜２７とＦＲＤチューブ１１〜１８とは前記回路配線３０８に固定され規定の回路を構成する。ここで、前記７枚のＩＧＢＴチューブのエミッタとゲートとを有する面は上向きに、コレクターを有する面は下向きに取り付けられ、前記ＦＲＤチューブの陽極を有する面は上向きに、陰極を有する面は下向きに取り付けられる。
前記ＨＶＩＣチューブ４１は前記ＩＧＢＴチューブ２１に固定され、前記ＨＶＩＣチューブ４２は前記ＩＧＢＴチューブ２２に固定され、前記ＨＶＩＣチューブ４３は前記ＩＧＢＴチューブ２３に固定され、前記ＬＶＩＣチューブ４４は前記ＩＧＢＴチューブ２４に固定され、前記ＬＶＩＣチューブ４５は前記ＩＧＢＴチューブ２５に固定され、前記ＬＶＩＣチューブ４６は前記ＩＧＢＴチューブ２６に固定される。ここで、前記ＨＶＩＣチューブとＬＶＩＣチューブとの、ＩＧＢＴチューブに固定された位置はＩＧＢＴチューブのエミッタであり、通常の３０ＡのＩＧＢＴチューブについて、エミッタの面積は６ｍｍ２以上であり、通常のシングルアームＨＶＩＣチューブとシングルアームＬＶＩＣチューブについては、面積は２ｍｍ２以下である。
前記支持プレート３０９の厚さは１ｍｍにし、放熱性を向上させるために、電流能力３０Ａ以上のインテリジェントパワーモジュールについては、１.５〜２ｍｍにすることもできる。コストを抑え、且つ体積を更に減少するために、１５Ａ電流能力１５Ａ以下のインテリジェントパワーモジュールについては、０.２〜０.５ｍｍにすることもできる。支持プレート３０９のＦＲＤチューブを取り付けた面に平坦部を設け、支持プレート３０９のＦＲＤチューブを取り付けた面は平坦部から遠い方の縁部にいくつかの突起部３１０を設け、突起部３１０の高さは前記ＦＲＤチューブ厚さ及び前記ＩＧＢＴチューブの厚さの和±１μｍであり、通電能力を向上させるために、前記突起部３１０の数量は５つであり、プロセスを簡略化させるために、前記突起部３１０の数量は２つであり、本実施例では３つである。
前記ＦＲＤチューブ１１〜１６の陰極は前記支持プレート３０９の正面の平坦部に固定され、前記ＦＲＤチューブ１１〜１６の陽極を有する面は上へ向く。
前記ＦＲＤチューブ１１〜１６の陽極は導電性はんだ、例えば銀の接着剤、ソルダペースト等により、前記ＩＧＢＴチューブ２１〜２６のエミッタにそれぞれ接続され、前記突起部３１０は導電性はんだ、例えば銀の接着剤、ソルダペースト等により、前記ＩＧＢＴチューブ２１〜２６のコレクターにそれぞれ接続された回路配線３０８に接続されている。ここで、一般的に、ＦＲＤチューブの電流能力は、対応的なＩＧＢＴチューブの半分以下であり、よって、 ＦＲＤチューブの面積は、普通、ＩＧＢＴチューブの面積よりかなり小さいから、ＦＲＤチューブの陽極はＩＧＢＴチューブのエミッタに完全に接触した後、ＩＧＢＴチューブの陽極及びゲートは部分的に露出する。
前記ＨＶＩＣチューブ４１〜４６はそれぞれ前記ＩＧＢＴチューブ２１〜２６に非常に近づいた前記回路配線３０８に固定されている。
前記金属線３０５はアルミニウム線、金線又は銅線であっても良く、ボンディングにより各回路素子と回路配線３０８との間に電気的な接続関係を築き、前記ピン３０１と前記回路配線３０８とが電気的な接続関係を築く場合もある。
前記ピン３０１は前記紙質のヒートシンク３０６の縁部に設けられた前記回路配線３０８に固定され、例えば外部との入力、出力を行う機能を有する。ここで、向かい合った両辺に複数のピン３０１を設け、ピン３０１と回路配線３０８とははんだ等導電性接着剤により溶接する。通常、前記ピン３０１は、銅等の金属で作製し、銅表面は化学めっきと電気メッキとにより一層ニッケル - スズ合金層を形成し、通常、合金層の厚さは５μｍであり、メッキは、銅が腐食酸化されないように保護し、且つ溶接性を向上させることができる。
前記樹脂３０２はトランスファー成形法により熱硬化性樹脂利用して成形する又は射出成形により熱可塑性樹脂を利用して成形することができる。
従来技術に比べ、本発明の実施例のインテリジェントパワーモジュール１０は以下のような良い効果を有する。
１、インテリジェントパワーモジュールの低電圧領域駆動回路はＬＶＩＣチューブにより実現され、高電圧区駆動回路はＨＶＩＣチューブにより実現され、ＬＶＩＣチューブは低コストのＢＩＰＯＬＡR又はＣＯＭＳ等の低圧プロセスにより実現され、ＨＶＩＣチューブならＢＣＤ又はＳＯＩ等の高電圧プロセスにより実現され、前者のプロセスコストは後者の１/３だけであり、インテリジェントパワーモジュールの製造コストを低減させる。
２、本発明のインテリジェントパワーモジュールは各々独立したＨＶＩＣチューブ又はＬＶＩＣチューブが対応するＩＧＢＴチューブに配置され、ＨＶＩＣチューブ又はＬＶＩＣチューブからＩＧＢＴチューブゲートまでのルーティングを一致させ、これにより６つのＩＧＢＴチューブ動態特性の一致性を保証することができ、力率補正用の一つののＩＧＢＴの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを非常に急峻にすることができ、且つ回路配線の面積を大幅に節約し、これによりインテリジェントパワーモジュールの回路基板の面積を減少させ、インテリジェントパワーモジュールのコストをさらに低下させる。
３、本発明のパワーモジュール構造は小さいインダクタンスとコンデンサを利用することができ、分布インダクタンスとコンデンサの減少は本発明のインテリジェントパワーモジュールの動態の消費電力を大幅に低減させ、本発明は、回路基板の代わりに紙質のヒートシンクを利用し、アルミニウムヒートシンクの代わりに放熱ひだを利用し、インテリジェントパワーモジュールの重量を低下させ、材料コストも、輸送コストもそれにつれて低下する。
４、ＦＲＤチューブとＩＧＢＴチューブとは立体に置き、接触面積を増加し、パワー素子の間のルーティングの長さを最低に低減させ、且つ接続用の金属線を節約し、面積を更に大幅に減少させ、インテリジェントパワーモジュールのコストを再び低減させる。
上記より、本発明のインテリジェントパワーモジュール１０はコスト削減と同時に、体積と重量を減少させ、放熱効果を向上させる。
また、本発明の一つの実施例により提出されるインテリジェントパワーモジュール１０製造方法は、以下のようなステップＳ１〜Ｓ６を含む。
ステップＳ１において、紙質のヒートシンク３０６を形成し、前記ヒートシンク３０６の正面を絶縁層３０７で覆い、絶縁層３０７の表面に回路配線３０８を形成する。
具体的には、設定された回路レイアウトに基づいて所定のサイズの湿式炭素複合材料を選択して紙質のヒートシンク３０６を形成する。
ヒートシンク３０６の正面に、絶縁材料と銅材を利用し、熱圧着の方法により、絶縁材料を前記ヒートシンク３０６の表面に前記絶縁層３０７として形成し、銅材を前記絶縁層３０７の表面に銅箔層として形成する。
その後、銅箔層の特定の位置を腐食させ、残った部分が回路配線３０８を形成する。
ステップＳ２において、前記回路配線３０８の表面にＩＧＢＴチューブ２１〜２７と、ＦＲＤチューブ１１〜１８と、ＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣチューブ４４〜４６と予め作製されたピン３０１とを取り付け、支持プレートにＦＲＤチューブ１１〜１６を取り付ける。
ステップＳ３において、前記ＩＧＢＴチューブ２１〜２６のエミッタ位置にそれぞれＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣ４４〜４７チューブと、ＦＲＤチューブ１１〜１６とを取り付ける。
ステップＳ４において、金属線３０５によってＩＧＢＴチューブ２１〜２７と、ＦＲＤチューブ１１〜１８と、ＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣチューブ４４〜４７と前記回路配線３０８とを接続して対応する回路を形成する。
ステップＳ５において、封止樹脂３０２により前記ヒートシンク３０６の正面を封止する。
ステップＳ６において、前記ヒートシンク３０６の裏面をひだ３２０で覆う。
具体的には、湿式炭素複合材を利用してひだ３２０を形成し、耐高温接着剤によって前記ヒートシンク３０６の裏面に接着する。
更に、ステップＳ２の前に以下のようなステップＳ７を含む。
ステップＳ７において、独立したメッキ付きピン３０１を作製する。
具体的には、まず、銅基材を選択し、銅基材についてプレスまたはエッチングの方法により、一列のピン３０１を作製し、ピン３０１の間は補強リブによって接続される。
その後、前記ピン３０１の表面に順番にニッケル層とニッケル-スズ合金層とを形成し、メッキ層付きのピン３０１を取得する。
さらに、上記のステップＳ６の後に、更に以下のようなステップＳ８を含む。
ステップＳ８において、前記ピン３０１のトリミング成形を行い、モジュール機能検査を行う。
以下に、図面を参照しながら本実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０の製造工程を詳しく説明する。本発明インテリジェントパワーモジュール１０の製造方法は、紙質のヒートシンク３０６表面に絶縁層３０７を設ける工程と、絶縁層３０７の表面に回路配線３０８を形成する工程と、回路配線３０８にＧＢＴチューブ２１〜２７とＦＲＤチューブ１１〜１８を配置する工程と、ＩＧＢＴチューブにＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣチューブ４４〜４６とＰFＣ駆動集積チューブ４７とを配置する工程と、金属線３０５によって各回路素子と前記回路配線３０６を接続する工程と、焼成してモールドする工程と、ピン３０１を成型する工程と、機能検査を行う工程とを含む。具体的な工程図は、例えば図５３と図５３（Ａ）とに示すようである。
以下、上記各工程の詳しい状況を説明する。
第１工程は、図４７（Ａ）と図４７（Ｂ）とを参照する。
図４７（Ａ）は本発明の実施例の第１工程の紙質のヒートシンクの正面に絶縁層と銅箔層を形成する平面図であり、図４７（Ｂ）は図４７（Ａ）の側面図である。
本発明の実施例の第１工程は、大きさが適切な紙質のヒートシンクに絶縁層を形成して絶縁層の表面に回路配線を形成する工程である。
まず、平面図４７(Ａ)と側面図４７(Ｂ)とを参照すると、必要な回路レイアウトによって大きさが適切な紙質のヒートシンク３０６を用意し、通常のインテリジェントパワーモジュールは４４ｍｍ×２０ｍｍの大きさを選び、両面に耐食処理を行う。アルミニウム基板の少なくとも一面の表面に絶縁層３０７を設ける。また、絶縁層の表面に導電パターンである銅箔を貼り付ける。その後この工程によって製造された銅箔をエッチングし、部分的に銅箔を除去し、回路配線３０８を形成する。
ここで、大きさが適切な紙質のヒートシンクを形成することは、１ｍ×１ｍの型材に直接パンチング等の方法により形成することができるし、１ｍ×１ｍの型材を剪断して形成することもできる。
第２工程において、一部の実施例において、図４８（ＡＡ）と図４８（ＢＢ）とを参照する。図４８（ＡＡ）は本発明の実施例の第２工程において回路配線にＩＧＢＴチューブと、ＦＲＤチューブとピンとを取り付ける平面図であり、図４８（ＢＢ）は図４８（ＡＡ）の側面図である。
本発明の第２工程は、回路配線３０８にＩＧＢＴチューブ２１〜２７と、ＦＲＤチューブ１１〜１８とピン３０１とを取り付ける工程である。
図４８(ＡＡ)と図４８(ＢＢ)とを参照すると、ソルダペースト等のはんだによりＩＧＢＴチューブ２１〜２７と、ＦＲＤチューブ１１〜１８とピン３０１とを回路配線３０８の規定の位置に取り付ける。
ここで、ソルダペーストが溶接された後のボイド率を減少させ、且つコスト削減のために、窒素で保護されたリフローオーブンを利用してソルダペーストの固定を行うことが考えられる。コストが問題なければ、真空還流方式を利用することも考えられる。一般的に、ソルダペーストの融解温度は２８０℃程度である。
各ピン３０１は銅基材を利用するものであり、プレス又はエッチングの方法により、ピン３０１を作製し、その後、化学めっきの方法によりピンの表面にニッケル層を形成することは、具体的に以下のようなステップを含む。
ニッケル塩と次亜リン酸ナトリウムとの混合溶液により、適切なキレート剤を添加し、既に特定の形状に形成された銅材の表面にニッケル層を形成し、金属ニッケルは強いパッシベーション効果を有するため、一層の極めて薄い不動態膜を迅速に生成することができ、大気、アルカリおよびある種の酸による腐食に抵抗することができる。ニッケルめっき結晶は極めて小さく、一般的に、ニッケル層の厚さは０.１μｍである。
次に、酸性硫酸塩プロセスにより、室温で形状とニッケル層とが形成された銅材をスズ陽イオンを含むめっき液中に浸し通電し、ニッケル層の表面にニッケル-スズ合金層を形成する。一般的に、合金層は５μｍになるよう制御する。合金層を形成することによりピンの保護性と溶接性とが大幅に向上する。
他の一部の実施例において、図４８（Ａ）と図４８（Ｂ）とを参照する。図４８（Ａ）は本発明の実施例の第２工程において前記回路配線の表面にＩＧＢＴチューブと、ＨＶＩＣチューブと、ＬＶＩＣチューブと予め設定されたピンとを取り付け、支持プレートにＦＲＤチューブを取り付ける平面図であり、図４８（Ｂ）は図４８（Ａ）の側面図であり、図４８（Ｃ）は本発明の実施例の第２工程における支持プレートの底面図であり、図４８（Ｄ）は本発明の実施例第２工程における支持プレートの正面図である。
第２工程は、回路配線３０８にＩＧＢＴチューブ２１〜２６と、ＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣチューブ４４〜４６とピン３０１とを取り付け、支持プレートにＦＲＤチューブ１１〜１６を取り付ける工程である。
図４８(Ａ)と図４８(Ｂ)とを参照すると、ソルダペースト等のはんだによりＩＧＢＴチューブ２１〜２６と、ＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣチューブ４４〜４６とピン３０１とを回路配線３０８の規定位置に取り付ける。錫線等のはんだはＦＲＤチューブ１１〜１６を前記支持プレート３０９の前記突起部３１０を有する面の特定の位置に取り付ける。前記ＦＲＤチューブ１１〜１６はヒートシンクに直接に接触しないから、ボイド率と蓄熱とを低減させるために、共晶ハンダ付けの方法を利用して溶接する。
第３工程において、一部の実施例において、図４９（ＡＡ）と図４９（ＢＢ）とを参照すると、図４９（ＡＡ）は本発明の実施例の第３工程においてＩＧＢＴチューブのエミッタにＨＶＩＣチューブとＬＶＩＣチューブとを取り付ける平面図であり、図４９（ＢＢ）は図４９（ＡＡ）の側面図である。
本発明の第３工程は、ＩＧＢＴチューブ２１〜２７のエミッタ位置にＨＶＩＣチューブ４１〜４３とＬＶＩＣチューブ４４〜４６とＰFＣ駆動集積チューブ４７とを取り付ける工程である。
まず、図４９(ＡＡ)と図４９(ＢＢ)とを参照すると、ＩＧＢＴチューブ２１にＨＶＩＣチューブ４１を取り付け、ＩＧＢＴチューブ２２にＨＶＩＣチューブ４２を、ＩＧＢＴチューブ２３にＨＶＩＣチューブ４３を、ＩＧＢＴチューブ２４にＨＶＩＣチューブ４４を、ＩＧＢＴチューブ２５にＨＶＩＣチューブ４５を、ＩＧＢＴチューブ２６にＨＶＩＣチューブ４６を、高速ＩＧＢＴチューブ２７にＰFＣ駆動集積チューブ４７を取り付ける。
ここで、ＨＶＩＣチューブとＬＶＩＣチューブとの裏面はＧＮＤ等の電極でなければ、導電性の銀の接着剤等を利用して固定材料とすることができ、ＨＶＩＣチューブとＬＶＩＣチューブとの裏面がＧＮＤ等の電極であれば、非導電性の赤いグルー等を固定材料とする。
次は、１７５℃で焼成することにより、銀の接着剤又は赤いグルーを硬化させ、ここで、銀の接着剤又は赤いグルーの硬化温度は１７０℃程度であり、硬化時間はおよそ２時間である。焼成温度はソルダペーストの融解温度より遥かに低いから、ここで加熱する過程で、ＩＧＢＴチューブと、ＦＲＤチューブとピンとの溶接効果に影響を及ぼさない。
他の一部の実施例において、図４９（Ａ）と図４９（Ｂ）とを参照すると、図４９（Ａ）は本発明の実施例の第３工程においてＩＧＢＴチューブのエミッタにＦＲＤチューブを取り付ける平面図であり、図４９（Ｂ）は図４９（Ａ）の側面図である。
本発明の第３工程はＩＧＢＴチューブ２１〜２６のエミッタ位置にＦＲＤチューブ１１〜１６を取り付ける工程である。
まず、図４９(Ａ)と図４９(Ｂ)とを参照すると、ＩＧＢＴチューブ１１にＦＲＤチューブ１１を、ＩＧＢＴチューブ２２にＦＲＤチューブ１２を、ＩＧＢＴチューブ２３にＦＲＤチューブ１３を、ＩＧＢＴチューブ２４にＦＲＤチューブ１４を、ＩＧＢＴチューブ２５にＦＲＤチューブ１５を、ＩＧＢＴチューブ２６にＦＲＤチューブ１６を取り付ける。
ここで、ボイド率をよりよく制御するために、導電性を有する銀の接着剤等を利用して固定材料とすることができ、前記ＩＧＢＴチューブのエミッタの特定の位置と前記ＩＧＢＴチューブのコレクターに接続された回路配線３０８の特定の位置とに、適切な形状及び厚さを持つ銀の接着剤を塗り、前記ＦＲＤチューブの陽極を前記ＩＧＢＴチューブのエミッタの銀の接着剤を有する位置に配置し、前記ＦＲＤチューブが位置する支持プレート３０９の突起部３１０を前記ＩＧＢＴチューブのコレクターに接続された回路配線３０８の銀の接着剤を有する位置に配置する。
第４工程において、一部の実施例において、図５０（ＡＡ）と図５０（ＢＢ）とを参照すると、図５０（ＡＡ）は本発明の実施例の第４工程における、金属線によってパワー素子と、非パワー素子と、ヒートシンクと回路配線の間とを接続する平面図であり、図５０（ＢＢ）は図５０（ＡＡ）の側面図である。
本発明の第４工程は金属線３０５によって回路素子と回路配線３０８との間を電気的に接続する工程である。
図５０(ＡＡ)と図５０(ＢＢ)とを参照すると、ＩＧＢＴチューブ２１〜２７と、ＦＲＤチューブ１１〜１８と、ＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣチューブ４４〜４６と、ＰFＣ駆動集積チューブ４７と回路配線３０８とをボンディング接続させる。
他の一部の実施例において、図５０（Ａ）と図５０（Ｂ）とを参照すると、図５０（Ａ）は本発明の実施例の第４工程において、金属線によってＩＧＢＴチューブと、ＦＲＤチューブと、ＨＶＩＣチューブと、ＬＶＩＣチューブと回路配線とを接続して回路を形成する平面図であり、図５０（Ｂ）は図５０（Ａ）の側面図である。
本発明の第４工程は、金属線３０５によって回路素子と回路配線３０８との間を電気的に接続する工程である。
図５０(Ａ)と図５０(Ｂ)とを参照すると、ＩＧＢＴチューブ２１〜２６と、ＦＲＤチューブ１１〜１６と、ＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣチューブ４４〜４６と回路配線３０８とをボンディング接続させる。
フロー能力の需要に応じ、適切な直径のアルミニウム線をボンディングワイヤとして選択し、信号制御の部分、例えば、ＨＶＩＣチューブとＬＶＩＣチューブとについては、１５μｍの金線又は３８μｍのアルミニウム線をボンディングワイヤとすることが考えられる。前記パワー部分、例えばＩＧＢＴチューブとＦＲＤチューブとについては、ボンディングは２００μｍ〜４００μｍのアルミニウム線を利用する。
ボンダーマシンの震動がボンディングワイヤに与える影響を考えると、まず太い線をボンディングしその後細い線をボンディングする方法を利用することができる。静電防止のことを考えると、まず細い線をボンディングしその後太い線をボンディングする方法を利用することができる。具体的には、マシンの震動の幅とマシンの静電防止効果とによって決める。
第５工程において、図５１と図５１（Ａ）とを参照すると、本発明の実施例の第５工程において、金型を利用して封止樹脂によって紙質のヒートシンクを封止する断面図である。
本発明の第５工程は封止樹脂３０２によって紙質のヒートシンク３０６を封止する工程である。
ピン３０１が配置された前記紙質のヒートシンク３０６をモールド型４４及び４５に運ぶ。ピン３０１の特定部分を固定装置４６に接触させることにより、前記紙質のヒートシンク３０６を位置決めする。
型締する時、金型５０内部に形成された金型キャビティーに紙質のヒートシンク３０６を置き、その後ゲート５３から封止樹脂３０２を注ぎ込む。封止する方法として熱硬化性樹脂を利用するトランスファ成形又は熱硬化性樹脂を利用する射出成形を利用することができる。また、ゲート５３から注ぎ込まれた封止樹脂３０２に応じて金型キャビティー内部のガスは排気口５４を通って外部へ排出される。前記ゲート５３位置の選択については、ピン３０１を完全に備えない一辺、即ち図５０(Ａ)の上辺を選ぶべきであり、排気口５４の選択については、ピン３０１を完全に備える一辺、即ち図５０(Ａ)の下辺を選ぶべきである。
ここで、前記紙質のヒートシンク３０６の裏面は下型４５に密着するが、少量の前記封止樹脂３０２が前記紙質のヒートシンク３０６の裏面と下型４５との間に入るため、型から取り出した後、レーザーエッチング又は研削を行って前記紙質のヒートシンク３０６裏面に残った少量の封止樹脂３０２を除去し、前記紙質のヒートシンク３０６の裏面を前記封止樹脂３０２から露出させ、なだらかにする必要がある。前記紙質のヒートシンク３０６の裏面以上の部分は封止樹脂３０２によって封止される。
第６工程において、図５２（Ａ）と図５２（Ｂ）とを参照すると、図５２（Ａ）は本発明の実施例の第６工程における、ピンをトリミング成形する概略図であり、図５２（Ｂ）は本発明の実施例の第６工程において、放熱ひだを取り付ける概略図である。
本発明の第６工程は、前記ピン３０１をトリミング成形し、放熱ひだを配置してモジュール機能検査を行う工程であり、インテリジェントパワーモジュールはこの工程を経て製品として完成する。
前の工程、即ちトランスファ成形工程において前記ピン３０１以外の他の部分が前記樹脂３０２によって封止される。この工程は、使用する長さと形状の必要に応じて、例えば、点線の位置で外部のピン３０１を切断する。図５２ (Ａ)に示すように、後の取り付けを便利にするように、一定の形状に曲げる場合もある。
許容温度が１５０℃以上の耐高温接着剤を利用して、前記放熱ひだ３２０を前記紙質のヒートシンク３０６の裏面に接着し、ここで、放熱性を向上させるために、前記放熱ひだ３２０は前記紙質のヒートシンク３０６の裏面の前記熱硬化性樹脂フレーム１３ａから露出された部分を完全に覆ってもよいし、コスト削減のために、前記放熱ひだ３２０は上部に前記パワー素子１９を有する前記紙質のヒートシンク３０６の裏面だけを完全に覆ってもよい。
その後、モジュールを検査機器に入れて、通常の電気的なパラメータ検査を行う。通常は、絶縁耐圧、静的電力消費、遅延時間等の検査項目を含み、検査に合格したものは完成品である。
上記の工程を利用して、図４６に示すインテリジェントパワーモジュール１０を完成する。
本発明はインテリジェントパワーモジュール及びその製造方法を提示した。パワー素子におけるパワーデバイスのＦＲＤチューブとＩＧＢＴチューブとは支持プレートによって立体的に置くことができ、接触面積を増加し、パワー素子の間のルーティングの長さを最低に低減させ、接続するための金属線を節約し、回路配線の面積を大幅に減少させ、インテリジェントパワーモジュールのコストを低減させる。
本発明はインテリジェントパワーモジュールの制御回路、インテリジェントパワーモジュール及びその製造方法を更に提供し、インテリジェントパワーモジュールの低電圧領域の駆動回路は、低電圧駆動集積チューブにより実現され、高電圧領域の駆動回路は、高電圧駆動集積チューブにより実現され、低電圧駆動集積チューブは低コストのＢＩＰＯＬＡR又はＣＯＭＳ等の低圧プロセスにより実現され、高電圧駆動集積チューブは、ＢＣＤ又はＳＯＩ等の高電圧プロセスにより実現され、前者のプロセスコストはただ後者の１/３だけであり、インテリジェントパワーモジュールの製造コストを大幅に削減する。
また、本発明のインテリジェントパワーモジュールは各々独立した高電圧駆動集積チューブ又は低電圧駆動集積チューブがＩＧＢＴチューブに対応して配置され、高電圧駆動集積チューブ又は低電圧駆動集積チューブからＩＧＢＴチューブゲートまでのルーティングは一致することができ、これにより６つのＩＧＢＴチューブの動態特性の一致性を保証することができ、且つ力率補正のための１つのＩＧＢＴの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを非常に急峻にすることができ、回路配線の面積を大量に節約することができ、インテリジェントパワーモジュールの回路基板の面積を大幅に減少させ、インテリジェントパワーモジュールのコストを更に低減させる。
また、本発明のパワーモジュール構造は小さいインダクタンスとコンデンサを利用することができ、分布インダクタンスとコンデンサの減少により本発明のインテリジェントパワーモジュールの動態の消費電力を大幅に低減させ、本発明は、回路基板の代わりに紙質のヒートシンクを利用し、アルミニウムヒートシンクの代わりに放熱ひだを利用し、インテリジェントパワーモジュール自体が良い放熱効果を有し、外部にさらにヒートシンクを接続する必要がなく、且つヒートシンクは紙質のものであるため、インテリジェントパワーモジュールの重量を大幅に低下させ、材料コストも、輸送コストもそれにつれて低下する。
本発明の説明において、「中心」、「長さ」、「幅」、「厚み」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「頂」、「底」、「内」、「外」などの用語が示す方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づき、本発明を便利にまたは簡単に説明するために使用されるものであり、指定された装置又は部品が特定の方位にあり、特定の方位において構造され操作されると指示又は暗示するものではないので、本発明に対する限定と理解してはいけない。
本発明の説明において、明確且つ具体的な限定がない限り、「複数」とは、二つ又は二つ以上のことを意味している。
なお、本発明の説明において、明確な規定と限定がない限り、「取り付け」、「互いに接続」、「接続」、「固定」の用語の意味は広く理解されるべきである。例えば、固定接続や、着脱可能な接続や、あるいは一体的な接続でも可能である。机械的な接続や、電気的な接続も可能である。直接的に接続することや、中間媒体を介して間接的に接続することや、二つの部品の内部が連通することや、あるいは二つの部品の間に相互の作用関係があることも可能である。当業者にとって、具体的な場合によって上記用語の本発明においての具体的な意味を理解することができる。
本明細書の説明において、「一つの実施形態例」、「一部の実施形態例」、「例」などの用語を参考した説明とは、該実施形態例或いは示例に結合して説明された具体的な特徴、構成、材料或いは特徴が、本発明の少なくとも一つの実施形態例或いは示例に含まれることである。本明細書において、上記用語に対する例示的な説明描写は、必ずしも同じ実施形態例或いは示例を示すことではない。また又、説明された具体的な特徴、構成、材料或いは特徴は、いずれか一つ或いは複数の実施形態例又は示例において適切に結合することができる。なお、お互いに矛盾しない場合、当業者は本明細書で描写された異なる実施例或いは例、及び異なる実施例或いは例の特徴を結合且つ組み合わせることができる。
本発明の実施例を示して説明したが、上記の実施例は例示にすぎず、本発明を限定するものと理解されてはいけない。当業者は、本発明の範囲ないで、これらの実施例に対して各種の変化、補正、切り替え及び変形を行うことができる。
通常、インテリジェントパワーモジュールは、高温環境で作動し、且つインテリジェントパワーモジュール内におけるパワーデバイスが作動する際に大量の熱が発生することで、パワーデバイスのジャンクション温度が高くなり、回路基板は放熱機能があるものの、絶縁層が存在するので、前記インテリジェントパワーモジュール全体の熱抵抗が高くなる。長時間の高温環境は、インテリジェントパワーモジュールの利用寿命を深刻に減少させ、且つインテリジェントパワーモジュール性能の安定性に影響を及ぼす。特に極端の場合に、インテリジェントパワーモジュールが作動中に内部デバイスの過熱により制御不能になって爆発することになり、人の死傷と財産損失につながる。
一部の実施例において、ステップＱ３０は、以下のようなステップを含む。
Ｑ’３１： 前記絶縁層の放熱層と接触しない側に金属シード層を形成し、ここで、前記金属シード層の厚さは０.０１〜０.１ミクロンメートルである。
Ｑ’３２： 前記シード層に対して電気メッキ処理を行って回路配線を形成し、ここで、前記回路配線の厚さは１〜５ミクロンメートルである。
Ｑ’３３： 前記回路配線に対してエッチング処理を行って、前記溶接エリアと前記ピンと溶接パッドとを形成する。
Ｑ’３４： 前記溶接エリアと、前記ピンと前記溶接パッドの間に金属線を接続する。
図１は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの平面図である。 図１（ａ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの底面図である。 図２は、図１におけるＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図２（ａ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図２（ｂ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図３は、発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法におけるヒートシンクの工程の平面概略図である。 図４は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法におけるヒートシンクの工程の側面概略図である。 図５は、ヒートシンクに絶縁層と、銅箔層とを形成する工程の概略図である。 図６は、回路配線を作製する工程の概略図である。 図６（ａ）は、ヒートシンクの正面に絶縁層と銅箔層を形成した後、銅箔層に回路配線を形成する概略図である。 図６（ｂ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの回路配線に貫通孔を形成する概略図である。 図６（ｃ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの封止樹脂を除去したの概略図である。 図７は、図６におけるＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図８は、放熱ひだを作製する工程の概略図である。 図９は、ピンのサイズを示す図である。 図１０は、ピンを作製する工程の概略図である。 図１１は、回路配線に回路素子と、ピンとを配置する工程の側面概略図である。 図１２は、回路配線に回路素子と、ピンとを配置する工程の平面概略図である。 図１２（ａ）は、回路配線に回路素子と、ピンとを配置する工程の平面概略図である。 図１３は、金属線を配置する工程の側面概略図である。 図１３（ａ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１４は、金属線を配置する工程の平面概略図である。 図１５は、インテリジェントパワーモジュールの封止工程概略図である。 図１５（ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ａａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ｂ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ｂｂ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ｃ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ｃｃ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１５（ｄ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１６は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 図１７は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１７（ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１７（ｂ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１８は、図１７におけるＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図１８（ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図１９は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図２０は、図１９におけるＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図２１は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの平面図であり、但し封止樹脂は除去している。 図２１（ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの平面図であり、但し封止樹脂は除去している。 図２２は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 図２３は、図４におけるヒートシンクに放熱領域を加えた構造概略図である。 図２４は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールのヒートシンクに絶縁層と銅箔層とが設けられた構造概略図である。 図２５は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの放熱ひだの構造概略図である。 図２６は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの放熱ひだを配置した後の構造概略図である。 図２７は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの複数のピンの構造概略図である。 図２８は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールのピンの構造概略図である。 図２８（ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールのピンの構造概略図であり、このピンは弧度を有する。 図２９は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの回路配線取付完了後の構造概略図である。 図３０は、図２９に示された構造の平面図である。 図３１は、図２９に示された構造に対して接続工程を行った後の構造概略図である。 図３２は、図３１に示された構造の平面図である。 図３２（ａ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図３２（ｂ）は、本発明の実施例により提供されるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図３３は、図３１に示された構造に封止樹脂を追加した後の構造概略図である。 図３４は、図３３に示された構造がピンのを切断した構造概略図である。 図３５は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの構造概略図である。 図３６は、図３５においてＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図３７は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 図３８は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの放熱ひだが配置された後の構造概略図である。 図３９は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの回路配線が配置された後の構造概略図である。 図４０は、図３９に示された構造が接続工程を行った後の構造概略図である。 図４１は、図４０に示された構造に封止樹脂を追加した構造概略図である。 図４２は、図４１に示された構造のピン切断後の構造概略図である。 図４３は、独立したフレーム構造の概略図である。 図４４は、図４３におけるＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図４５（Ａ）は、従来のインテリジェントパワーモジュールの回路図である。 図４５（Ｂ）は、従来のインテリジェントパワーモジュールの平面図である。 図４５（Ｃ）は、図４５（Ｂ）の樹脂が除去された後の概略図である。 図４５（Ｄ）は、図４５（Ｂ）のＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図４５（Ｅ）は、従来のインテリジェントパワーモジュールがアルミニウムヒートシンクに取り付けられた概略図である。 図４５（ＢＢ）は、従来のインテリジェントパワーモジュールの平面図である。 図４５（ＣＣ）は、図４５（ＢＢ）の樹脂が除去された後の概略図である。 図４５（ＤＤ）は、図４５（ＢＢ）のＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図４５（ＥＥ）は、従来のインテリジェントパワーモジュールがアルミニウムヒートシンクに取り付けられた概略図である。 図４６（Ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェント機能モジュールの回路図である。 図４６（Ｂ）は、本発明の実施例によるインテリジェント機能モジュールの平面図である。 図４６（Ｃ）は、本発明の実施例によるインテリジェント機能モジュ ールの封止樹脂が除去された後の正面の平面図である。 図４６（Ｄ）は、図４６（Ｂ）のＸ-Ｘ’線に沿う断面図である。 図４６（ＡＡ）は、本発明インテリジェント機能モジュールの好ましい実施例の回路図である。 図４６（ＢＢ）は、本発明インテリジェント機能モジュールの好ましい実施例の平面図である。 図４６（ＣＣ）は、本発明の実施例インテリジェント機能モジュー ルの封止樹脂が除去された正面の平面図である。 図４６（ＤＤ）は、図４６（ＢＢ）のＸ-Ｘ’線に沿う断面図であ る 。 図４７（Ａ）は、本発明の実施例の第１工程において紙質のヒートシンクの正面に絶縁層と銅箔層とを形成した平面図である。 図４７（Ｂ）は、図４７（Ａ）の側面図である。 図４８（Ａ）は、本発明の実施例の第２工程において前記回路配線の表面にＩＧＢＴチューブと、高電圧駆動集積チューブと、低電圧駆動集積チューブと予め作製されたピンとを取り付け、支持プレートにＦＲＤチューブを取り付けた平面図である。 図４８（Ｂ）は、図４８（Ａ）の側面図である。 図４８（ＡＡ）は、本発明の実施例の第２工程において回路配線にＩＧＢＴチューブと、ＦＲＤチューブとピンとを取り付けた平面図である。 図４８（ＢＢ）は、図４８（ＡＡ）の側面図である。 図４８（Ｃ）は、本発明の実施例の第２工程における支持プレートの底面図である。 図４８（Ｄ）は、本発明の実施例の第２工程における支持プレートの正面図である。 図４９（Ａ）は、本発明の実施例の第３工程においてＩＧＢＴチューブのエミッタにＦＲＤチューブを取り付けた平面図である。 図４９（Ｂ）は、図４９（Ａ）の側面図である。 図４９（ＡＡ）は、本発明の実施例の第３工程においてＩＧＢＴチューブのエミッタに高電圧駆動集積チューブと低電圧駆動集積チューブとを取り付けた平面図である。 図４９（ＢＢ）は、図４９（ＡＡ）の側面図である。 図５０（Ａ）は、本発明の実施例の第４工程において、金属線によってＩＧＢＴチューブと、ＦＲＤチューブと、高電圧駆動集積チューブと、低電圧駆動集積チューブと回路配線とを接続させて回路を形成した平面図である。 図５０（Ｂ）は、図５０（Ａ）の側面図である。 図５０（ＡＡ）は、本発明の実施例の第４工程において、金属線によってパワー素子と、非パワー素子と、ヒートシンクと回路配線間とを接続させた平面図である。 図５０（ＢＢ）は、図５０（ＡＡ）の側面図である。 図５１は、本発明の実施例の第５工程において、金型を利用して封止樹脂によって紙質のヒートシンクを封止した断面図である。 図５１（Ａ）は、本発明の実施例の第５工程において、金型を利用して封止樹脂によって紙質のヒートシンクを封止した断面図である。 図５２（Ａ）は、本発明の実施例第６工程において、ピンをトリミング成形した概略図である。 図５２（Ｂ）は、本発明の実施例の第６工程において、放熱ひだを取付けた概略図である。 図５３は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 図５３（Ａ）は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 図５４は、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール製造方法のフローチャートである。
図１と図２とを結合すると、本発明の実施例のインテリジェントパワーモジュール１０は、ピン３０１と、封止層１２ａと、金属線３０５と、ヒートシンク３０６と、回路配線３０８と、絶縁層３０７と回路素子とを備え、この回路素子はパワー素子１９と非パワー素子１４ａとを含む。ヒートシンク３０６は紙質のヒートシンクであり、ヒートシンク３０６の下面に大量の放熱ひだ１７Ａが形成され、ヒートシンク３０６の上面は絶縁層３０７で覆われている。回路配線３０８は絶縁層３０７の表面に取付けられ、回路配線３０８は前記ヒートシンク３０６の表面縁部の近くに設けられた溶接パッド１８Ａを含む。金属線３０５は回路設計図に基づいて、回路配線３０８の間、回路素子の間及び回路配線３０８と回路素子の間に回路接続を形成する。封止層１２ａは熱硬化性樹脂フレーム１３ａと、熱硬化性樹脂フレーム１３ａの範囲内に注ぎ込んだ熱可塑性樹脂とを含むように形成される。この回路を封止するとともに前記ヒートシンク３０６の上面における全ての要素を完全に覆う。
ピン３０１は、ヒートシンク３０６の一つ又は複数の縁部に設けられた溶接パッド１８Ａに固定され、例えば、外部との入力、出力を行う機能を備える。ここでは、一つの辺に複数のピン３０１を設け、ピン３０１と溶接パッド１８Ａとがはんだ等の導電性接着剤によって溶接し、ピン３０１を前記溶接パッド１８Ａに接続するとともにヒートシンク３０６から外へ延伸させる。通常、ピン３０１は銅等の金属で作製し、銅の表面は化学めっきと電気メッキによって一層のニッケル - スズ合金層を形成してもよい。一般的に、合金層の厚さは５μｍであり、メッキ層は銅が腐食し酸化されないように保護し、溶接性を向上させる。
ここで、パワー素子１９の下方にひだ１７Ａを備え、前記仕切り部２０２ａの上方にパワー素子１９を備えない。前記放熱ひだ１７Ａは前記パワー素子１９の裏面に位置して前記仕切り部２０２ａに囲まれ、前記紙質のヒートシンク３０６の裏面の短辺縁部からの距離は少なくとも２ｍｍとし、スルーホールを遮蔽しないようにする。
前記仕切り部２０２ａは前記紙質のヒートシンク３０６をくり抜いて形成された透かし彫りであり、前記仕切り部２０２ａは各機能回路の発熱パワー素子群の間に位置し、熱量が高熱伝導の前記紙質のヒートシンク３０６によって伝導することがないようにする。前記仕切り部２０２ａの幅は前記発熱パワー素子群の間の距離によって決められる。一般的に、断熱部の効果を取得するために、前記仕切り部２０２ａの幅は１ｍｍより小さくてはならず、前記紙質のヒートシンク３０６の機械強度を高めるために、前記仕切り部２０２ａの幅は５ｍｍより大きくてはならない。また前記仕切り部２０２ａは前記紙質のヒートシンク３０６を完全に除去して、前記絶縁層３０７を露出させてもよいし、また前記紙質のヒートシンク３０６のほとんどを除去して前記絶縁層３０７と結合した極めて薄い一層だけを残してもよい。一部の実施例において、完全に除去する方法を利用する。
図４３〜図４４に示すように、インテリジェントパワーモジュール１０は前記インテリジェントパワーモジュール１０外周に嵌められたフレーム構造１３ａをさらに含み、前記フレーム構造１３ａは熱硬化性樹脂フレームであり且つ前記インテリジェントパワーモジュールの側面を取り囲む環状フレームと、前記環状フレームの底部から垂直に内側へ延伸して形成され前記ヒートシンクの底部に接触する延伸部とを含み、前記延伸部の厚さは１ｍｍ〜１.５ｍｍである。
本実施例において、前記回路配線３０８と、前記パワー素子１９と非パワー素子１４ａと、金属線３０５と、前記ピン３０１と回路配線３０８の接続部分とは封止樹脂１２ａによってパッケージングされる。前記樹脂１２ａは前記貫通孔２２ａを充填する。
前記貫通孔２２ａは前記回路配線３０８の間に位置し、且つ前記絶縁層３０７および回路配線３０８と１ｍｍ以上の距離を持ち、前記貫通孔２２ａは前記絶縁層３０７と前記紙質のヒートシンク３０６を貫通し、前記インテリジェントパワーモジュール１０が封止樹脂１２ａにパッケージングされた後、前記貫通孔２２ａは封止樹脂１２ａに完全に充填される。前記貫通孔２２ａは発熱源を構成するデバイスと回路と、発熱源を構成しないデバイスと回路の間に位置し、封止樹脂１２ａの熱伝導性は紙質のヒートシンク３０６の熱伝導性よりかなり低いから、各発熱源間の断熱と、発熱源と非発熱源の間の横方向の断熱とを形成し、且つ、発熱源の底部はひだ１７Ａを備えるため、各発熱源の縦方向の熱伝導効率をかなり増加し、貫通孔２２ａはインテリジェントパワーモジュール１０を断熱させる。
前記封止樹脂１２ａはトランスファー成形法によって熱硬化性樹脂を用いて成形することができ、射出成形によって熱可塑性樹脂を用いて成形することもできる。ここで、前記樹脂１２ａは紙質のヒートシンク３０６表面における全ての要素を封止し、即ち要素を有する一面を封止し、他の面が完全に露出する。紙質のヒートシンク３０６における貫通孔２２ａは樹脂１２ａによって完全に充填される。
本発明の一部の実施例において、ステップＳ３０において、前記回路配線の相応の位置に回路素子を配設する前にピンを予め作製し、且つ以下のようなサブステップＳ３１〜Ｓ３２を含む。
Ｓ３１において、銅基材を選択し、銅基材に対してプレスまたはエッチングの方法で、一列のピンを作製し、ピンの間は補強リブによって接続される。
Ｓ３２において、前記ピンの表面に順番にニッケル層とニッケル- スズ合金層を形成し、メッキ層付きのピンを取得する。
ステップＳ４０において、以下のようなサブステップＳ４１〜Ｓ４３を更に含む。
Ｓ４１において、リフロー溶接によって前記回路素子を前記回路配線に溶接する。
Ｓ４２において、前記絶縁層に残ったフラックスを除去する。
Ｓ４３において、前記金属線によって前記回路配線と回路素子とを接続する。
まず、ソルダペースト印刷機により、スチールメッシュを利用し、絶縁層３０７上の回路配線３０８の特定の位置と溶接パッド１８Ａにソルダペーストを塗布する。ここで、はんだ上がりの高さを向上させるために、０.１５ｍｍの厚さのスチールメッシュを利用することができ、パワー素子１９と非パワー素子１４ａがずれるリスクを減らすために、０.１２ｍｍの厚さのスチールメッシュを利用することもできる。実施例において、利用されたパワー素子１９の高さは０.０７ｍｍであり、最も軽いコンポーネントであるから、厚さが０.１２ｍｍのスチールメッシュを選択する。
その後、熱硬化性樹脂フレーム１３ａが満たされるまで、熱硬化性樹脂フレーム１３ａ内に熱可塑性樹脂を注ぎ込む。熱可塑性樹脂を注ぎ込む温度は１５０℃であり、冷却した後、封止層１２ａはヒートシンク３０６上の全ての要素を封止し、ピン３０１の一部分だけが露出する。
図１を参照すると、パンチング装置等の方法により、熱硬化性樹脂フレーム１３ａのスルーホールのところで絶縁層３０７とヒートシンク３０６とを打ち抜き、取付穴１６ａを形成する。取付穴１６ａはインテリジェントパワーモジュール１０の取り付けに用いられる。
図１７、図１８と図１９に示すように、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０は、ヒートシンク３０６と、絶縁層３０７と、複数の回路配線３０８と、パワー素子１９と、非パワー素子１４ａと、複数のピン３０１と封止樹脂１２ａとを含む。
ヒートシンク３０６の下面にパワー素子１９の位置に対応する放熱領域１７Ｂが形成され、放熱領域１７Ｂに放熱ひだ１７Ａが設けられる。複数のピン３０１の一端は複数の回路配線３０８に接続され、複数のピン３０１の他端はインテリジェントパワーモジュール１０から伸出して外部の他の部品に接続される。封止樹脂１２ａは複数の回路配線３０８を完全に封止し、封止樹脂１２ａはヒートシンク３０６の上面と放熱領域１７Ｂ以外の領域を覆う。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０は、ヒートシンク３０６の下面のパワー素子１９に対応する位置に放熱ひだ１７Ａを設けることにより、パワー素子１９のほとんどの熱量を迅速に放出し、非パワー素子１４ａに伝導しなく、非パワー素子１４ａは常に低温環境で作動し、非パワー素子１４ａの温度ドリフトが大幅に減少され、インテリジェントパワーモジュール１０の電気性能と熱安定性を向上させる。ヒートシンク３０６の裏面も、放熱ひだ１７Ａが設けられる部分以外は封止樹脂１２ａによって封止されるから、水密性と気密性を大きく向上させ、これによりインテリジェントパワーモジュール１０が複雑な応用環境における長時間信頼性を向上させる。
また、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０は、絶縁層３０７の下方にヒートシンク３０６を設け、ヒートシンク３０６の下面の放熱領域１７Ｂに放熱ひだ１７Ａを設けることにより、インテリジェントパワーモジュール１０の放熱面積は大幅に増加し、絶縁層３０７に高熱伝導材料を利用することなくパワー素子の放熱要求を満足することができる。また、インテリジェントパワーモジュール１０は応用過程において、外部にさらにヒートシンクを接続する必要はなく、応用難度と応用コストを低減させ、組立品質を向上させる。このような構造はコストダウンすると同時に、信頼性を向上させ、従来のインテリジェントパワーモジュールの機能及びピンと互換性があるように設計でき、インテリジェントパワーモジュール１０の普及に役立つ。
具体的には、図１７及び図１８に示すように、パワー素子１９が複数であり且つ間隔を置いてヒートシンク３０６の上面に設けられると、ヒートシンク３０６の下面における放熱領域１７Ｂも複数であり、複数の放熱領域１７Ｂは間隔を置いて設けられ且つ各放熱領域１７Ｂにそれぞれ放熱ひだ１７Ａが設けられる。これにより、複数の放熱領域１７Ｂは間隔を置いて設けられ、ある程度材料の使用量を減少させ、コストダウンすることができる。
図１９及び図２０に示すように、つまり、パワー素子１９は複数であり且つ間隔を置いてヒートシンク３０６の上面に設けられ、ヒートシンク３０６の下面の放熱領域１７Ｂは一つであり、一つの放熱領域１７Ｂは複数のパワー素子１９が位置する位置を完全に覆い、且つ放熱ひだ１７Ａのヒートシンク３０６の下面に正射影した面積はヒートシンク３０６の下面の面積より小さい。
本発明の一つの実施例によると、放熱領域１７Ｂはヒートシンク３０６の下面を突き出して下へ延伸するボスに形成され、放熱ひだ１７Ａは放熱領域１７Ｂの下面に設けられる。つまり、ヒートシンク３０６の上面は平面であり、ヒートシンク３０６の放熱ひだ１７Ａを取り付ける箇所の厚さは放熱ひだ１７Ａを取り付けない箇所の厚さよりやや大きい。これにより、放熱領域１７Ｂを設けることによって、この領域と放熱ひだ１７Ａを取り付けない領域とを区別でき、ヒートシンク３０６の下面に封止樹脂１２ａをより良く設けることができる。
図１８又は図２０に示すように、封止樹脂１２ａの下面はヒートシンク３０６の裏面と揃えて設けられる。これにより、放熱ひだ１７Ａは封止樹脂１２ａによって封止されないから、放熱ひだ１７Ａの放熱性能に影響を及ぼさない。封止樹脂１２ａはトランスファー成形法によって熱硬化性樹脂を利用してモールドすることができ、また射出成形によって熱可塑性樹脂を利用してモールドすることができる。ここで、封止樹脂１２ａは紙質のヒートシンク３０６の上面における全ての要素を完全に封止する。例えば図１８に示すように、封止樹脂１２ａの下面は放熱領域１７Ｂのボスの下端面と揃っている。
まず、ソルダペースト印刷機によって、スチールメッシュを利用して、絶縁層３０７上の回路配線３０８の特定位置と溶接パッド１８Ａとにソルダペーストを塗布する。はんだ上がり高さを高めるために、０.１５ｍｍの厚さのスチールメッシュを利用することができる。パワー素子１９と非パワー素子１４ａとがずれるリスクを下げるために、０.１２ｍｍの厚さのスチールメッシュを利用することもできる。実施例において、利用されたパワー素子１９の高さは０.０７ｍｍであり、最も軽量のコンポーネントであるから、厚さが０.１２ｍｍであるスチールメッシュを選択する。
五、接続工程
図２（ｂ）及び図３２（ｂ）を参照すると、この工程はパワー素子１９と、非パワー素子１４ａと、ヒートシンク３０６と回路配線３０８との間を接続する工程である。
必要な通電能力に応じて、適切な直径のアルミニウム線をボンディングワイヤとして選択する。信号制御のための集積回路については、金線をボンディングワイヤとすることが考えられる。本実施例においては、全てアルミニウム線を選択し、一般的に、パワー素子１９のボンディングには３５０μｍ〜４００μｍのアルミニウム線を利用し、非パワー素子１４ａのボンディングには３８μｍ〜２００μｍのアルミニウム線を利用し、ヒートシンク３０６のボンディングには３５０μｍ〜４００μｍのアルミニウム線を利用する。
六、ヒートシンクを封止する。
この工程は封止樹脂１２ａによって紙質のヒートシンク３０６を封止する工程である。図３３は、金型５０を利用して封止樹脂１２ａによって紙質のヒートシンク３０６を封止する工程の断面図である。
ピン３０１が配置された紙質のヒートシンク３０６をモールド型４４０及び４５０に運ぶ。ピン３０１の特定の部分を固定装置４６０に接触させ、紙質のヒートシンク３０６を位置決めする。放熱領域１７Ｂを金型キャビティーの底部に揃える。金型キャビティーの底部に高さが１ｍｍのエジェクタピンを取り付けることにより、高さが低くなりすぎないようにしてもよい。
型締する時、金型５０内部に形成された金型キャビティーに紙質のヒートシンク３０６を置き、その後ゲート５３から封止樹脂１２ａを注ぎ込む。封止する方法として熱硬化性樹脂を利用するトランスファー成形又は熱硬化性樹脂を利用する射出成形を利用することができる。また、ゲート５３から注ぎ込まれた封止樹脂１２ａに応じて金型キャビティー内部のガスは排気口５４を通って外部へ排出される。
ここで、紙質のヒートシンク３０６の裏面は下型４５０に密着する。より強く密着させるために、上型４４０にエジェクタピンを加えることができるが、依然として少量の封止樹脂１２が紙質のヒートシンク３０６の裏面と下型４５０の間に入るので、型から取り出した後、レーザーエッチング又は研削を行って紙質のヒートシンク３０６の裏面に残った少量の封止樹脂１２ａを除去し、紙質のヒートシンク３０６の裏面を封止樹脂１２ａから露出させる必要がある。紙質のヒートシンク３０６の裏面以上の部分は封止樹脂１２ａによって封止される。
前の工程、即ちトランスファー成形工程においてピン３０１以外の他の部分が樹脂１２ａによって封止される。この工程は、使用する長さと形状との必要に応じて、例えば、点線５１の位置で外部のピン３０１を切断する。後段の取り付けを便利にするように、一定の形状に折り曲げる場合もある。
図３５、図３６及び図２１に示すように、本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０は、ヒートシンク３０６と、絶縁層３０７と、複数の回路配線３０８と、パワー素子１９と、非パワー素子１４ａと、複数のピン３０１と封止樹脂１２ａとを含む。
具体的には、ヒートシンク３０６の上面は平面に形成され、ヒートシンク３０６の下面に放熱ひだ１７Ａが設けられる。絶縁層３０７はヒートシンク３０６の上面に設けられる。複数の回路配線３０８が間隔を置いて絶縁層３０７上に設けられる。パワー素子１９と非パワー素子１４ａとがそれぞれ複数の回路配線３０８に設けられる。パワー素子１９は金属線３０５によって回路配線３０８に電気的に接続され、非パワー素子１４ａは金属線３０５によって回路配線３０８に電気的に接続されている。複数のピン３０１の一端は複数の回路配線３０８に接続され、複数のピン３０１の他端はインテリジェントパワーモジュール１０から伸出して外部の他の部品に接続される。封止樹脂１２ａは複数の回路配線３０８を完全に封止してヒートシンク３０６の上面を覆う。
本発明の実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０は、絶縁層３０７の下方にヒートシンク３０６を設け、更にヒートシンク３０６の下面に放熱ひだ１７Ａを設けることにより、インテリジェントパワーモジュール１０の放熱面積は大幅に増加し、絶縁層３０７に高熱伝導材料を利用することなくパワー素子の放熱要求を満足することができる。また、インテリジェントパワーモジュール１０は応用過程において、外部に更にヒートシンクを接続する必要がなく、応用難度と応用コストを低減させ、組立品質を向上させる。このような構造はコストダウンすると同時に信頼性を向上させ、従来のインテリジェントパワーモジュールの機能及びピンと互換性があるように設計でき、インテリジェントパワーモジュール１０の普及に役立つ。
説明の便利のため、ヒートシンク３０６の放熱ひだ１７Ａを備える一面はヒートシンク３０６の裏面と呼び、対向面はヒートシンク３０６の表面と呼ぶ。本発明の一部の実施例によると、放熱ひだ１７Ａのヒートシンク３０６の下面に正射影した面積はヒートシンク３０６の下面の面積より小さい。放熱ひだ１７Ａの外周縁とヒートシンク３０６の下面の外周縁との間の間隔の距離は１ｍｍより大きい。つまり、放熱ひだ１７Ａはヒートシンク３０６の裏面を完全に覆ってはならず、ヒートシンク３０６の裏面の縁部に少なくとも１ｍｍの平坦な位置を残す。
図３６に示すように、封止樹脂１２の下面はヒートシンク３０６の裏面と揃えて設けられる。これにより、放熱ひだ１７Ａは封止樹脂１２ａによって封止されないから、放熱ひだ１７Ａの放熱性能に影響を及ぼさない。封止樹脂１２ａはトランスファー成形法によって熱硬化性樹脂を利用してモールドすることができ、また射出成形によって熱可塑性樹脂を利用してモールドすることができる。ここで、封止樹脂１２ａは紙質のヒートシンク３０６の上面における全ての要素を完全に封止する。
本発明の一つの実施例によると、ステップＱ３０は以下のようなステップＱ’３１〜Ｑ’３４を含む。
Ｑ’３１において、前記絶縁層の放熱層と接触しない側に金属シード層を形成し、ここで、前記金属シード層の厚さは０.０１〜０.１ミクロンメートルである。
Ｑ’３２において、前記シード層に対して電気メッキ処理を行い、回路配線を形成し、ここで、前記回路配線の厚さは１〜５ミクロンメートルである。
Ｑ’３３において、前記回路配線にエッチング処理を行い前記溶接エリアと、前記ピンと溶接パッドとを形成する。
Ｑ’３４において、前記溶接エリアと、前記ピンと前記溶接パッドとの間に金属線を接続する。
ここで、前記ヒートシンク３０６の裏面は下型４５０に密着する。より強く密着させるために、上型４４０にエジェクタピンを加えることができるが、依然として少量の封止樹脂１２ａが前記ヒートシンク３０６の裏面と下型４５０との間に入るから、型から取り出した後、レーザーエッチング又は研削を行って前記ヒートシンク３０６裏面に残った少量の封止樹脂１２ａを除去し、前記ヒートシンク３０６の裏面を封止樹脂１２ａから露出させる必要がある。前記ヒートシンク３０６の裏面以上の部分は封止樹脂１２ａによって封止される。
前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブ４１と、前記Ｕ相低電圧駆動集積チューブ４４のＶＣＣ（即ち電源端）と、前記Ｖ相高電圧駆動集積チューブ４２と、前記Ｖ相低電圧駆動集積チューブ４５のＶＣＣと、前記Ｗ相高電圧駆動集積チューブ４３と、前記Ｗ相低電圧駆動集積チューブ４６と、前記ＰFＣ駆動集積チューブ４７のＶＣＣとが接続され、且つ前記インテリジェントパワーモジュール１０のＶＤＤ端として、ＶＤＤは前記インテリジェントパワーモジュール１０の低電圧領域給電電源であり、一般的に、ＶＤＤは１５Ｖである。
本発明のインテリジェントパワーモジュール１０は、表面に絶縁層３０７が設けられた紙質のヒートシンク３０６と、前記絶縁層３０７に配置された回路配線３０８と、前記回路配線３０８に配置された前記ＩＧＢＴチューブ２１と、前記ＩＧＢＴチューブ２２と、前記ＩＧＢＴチューブ２３と、前記ＩＧＢＴチューブ２４と、前記ＩＧＢＴチューブ２５と、前記ＩＧＢＴチューブ２６と、前記高速ＩＧＢＴチューブ２７と、前記ＨＶＩＣチューブ４１と、前記ＨＶＩＣチューブ４２と、前記ＨＶＩＣチューブ４３と、前記ＬＶＩＣチューブ４４と、前記ＬＶＩＣチューブ４５と、前記ＬＶＩＣチューブ４６と、支持プレート３０９に配置された前記ＦＲＤチューブ１１と、前記ＦＲＤチューブ１２と、前記ＦＲＤチューブ１３と、前記ＦＲＤチューブ１４と、前記ＦＲＤチューブ１５と、前記ＦＲＤチューブ１６と、前記ローパワーＦＲＤチューブ１７と、前記ハイパワーＦＲＤチューブ１８と、前記回路配線３０８の縁部部分に配置されたピン３０１とを備え、ここで、前記ヒートシンク３０６の一面を正面とし、他面を裏面とする。
従来技術に比べ、本発明の実施例のインテリジェントパワーモジュール１０は以下のような良い効果を有する。
１、インテリジェントパワーモジュールの低電圧領域駆動回路はＬＶＩＣチューブにより実現され、高電圧区駆動回路はＨＶＩＣチューブにより実現され、ＬＶＩＣチューブは低コストのＢＩＰＯＬＡR又はＣＭＯＳ等の低圧プロセスにより実現され、ＨＶＩＣチューブならＢＣＤ又はＳＯＩ等の高電圧プロセスにより実現され、前者のプロセスコストはただ后者の１/３だけであり、インテリジェントパワーモジュールの製造コストを低減させる。
ステップＳ２において、前記回路配線３０８の表面にＩＧＢＴチューブ２１〜２７と、ＦＲＤチューブ１１〜１８と、ＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣチューブ４４〜４６と予め作製されたピン３０１とを取り付け、支持プレートにＦＲＤチューブ１１〜１６を取り付ける。
ステップＳ３において、前記ＩＧＢＴチューブ２１〜２６のエミッタ位置にそれぞれＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣ４４〜４６チューブと、ＦＲＤチューブ１１〜１６とを取り付ける。
ステップＳ４において、金属線３０５によってＩＧＢＴチューブ２１〜２７と、ＦＲＤチューブ１１〜１８と、ＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣチューブ４４〜４６と前記回路配線３０８とを接続して対応する回路を形成する。
ステップＳ５において、封止樹脂３０２により前記ヒートシンク３０６の正面を封止する。ステップＳ６において、前記ヒートシンク３０６の裏面をひだ３２０で覆う。具体的には、湿式炭素複合材を利用してひだ３２０を形成し、耐高温接着剤によって前記ヒートシンク３０６の裏面に接着する。
以下に、図面を参照しながら本実施例によるインテリジェントパワーモジュール１０の製造工程を詳しく説明する。本発明インテリジェントパワーモジュール１０の製造方法は、紙質のヒートシンク３０６表面に絶縁層３０７を設ける工程と、絶縁層３０７の表面に回路配線３０８を形成する工程と、回路配線３０８にＧＢＴチューブ２１〜２７とＦＲＤチューブ１１〜１８を配置する工程と、ＩＧＢＴチューブにＨＶＩＣチューブ４１〜４３と、ＬＶＩＣチューブ４４〜４６とＰFＣ駆動集積チューブ４７とを配置する工程と、金属線３０５によって各回路素子と前記回路配線３０８を接続する工程と、焼成してモールドする工程と、ピン３０１を成型する工程と、機能検査を行う工程とを含む。具体的な工程図は、例えば図５３と図５３（Ａ）とに示すようである。
まず、平面図４７(Ａ)と側面図４７(Ｂ)とを参照すると、必要な回路レイアウトによって大きさが適切な紙質のヒートシンク３０６を用意し、通常のインテリジェントパワーモジュールは４４ｍｍ×２０ｍｍの大きさを選び、両面に耐食処理を行う。アルミニウム基板の少なくとも一面の表面に絶縁層３０７を設ける。また、絶縁層３０７の表面に導電パターンである銅箔を貼り付ける。その後この工程によって製造された銅箔をエッチングし、部分的に銅箔を除去し、回路配線３０８を形成する。
各ピン３０１は銅基材を利用するものであり、プレス又はエッチングの方法により、ピン３０１を作製し、その後、化学めっきの方法によりピン３０１の表面にニッケル層を形成することは、具体的に以下のようなステップを含む。
ニッケル塩と次亜リン酸ナトリウムとの混合溶液により、適切なキレート剤を添加し、既に特定の形状に形成された銅材の表面にニッケル層を形成し、金属ニッケルは強いパッシベーション効果を有するため、一層の極めて薄い不動態膜を迅速に生成することができ、大気、アルカリおよびある種の酸による腐食に抵抗することができる。ニッケルめっき結晶は極めて小さく、一般的に、ニッケル層の厚さは０.１μｍである。
まず、図４９(ＡＡ)と図４９(ＢＢ)とを参照すると、ＩＧＢＴチューブ２１にＨＶＩＣチューブ４１を取り付け、ＩＧＢＴチューブ２２にＨＶＩＣチューブ４２を、ＩＧＢＴチューブ２３にＨＶＩＣチューブ４３を、ＩＧＢＴチューブ２４にＬＶＩＣチューブ４４を、ＩＧＢＴチューブ２５にＬＶＩＣチューブ４５を、ＩＧＢＴチューブ２６にＬＶＩＣチューブ４６を、高速ＩＧＢＴチューブ２７にＰFＣ駆動集積チューブ４７を取り付ける。
まず、図４９(Ａ)と図４９(Ｂ)とを参照すると、ＩＧＢＴチューブ２１にＦＲＤチューブ１１を、ＩＧＢＴチューブ２２にＦＲＤチューブ１２を、ＩＧＢＴチューブ２３にＦＲＤチューブ１３を、ＩＧＢＴチューブ２４にＦＲＤチューブ１４を、ＩＧＢＴチューブ２５にＦＲＤチューブ１５を、ＩＧＢＴチューブ２６にＦＲＤチューブ１６を取り付ける。
ピン３０１が配置された前記紙質のヒートシンク３０６をモールド型４４０及び４５０に運ぶ。ピン３０１の特定部分を固定装置４６０に接触させることにより、前記紙質のヒートシンク３０６を位置決めする。
ここで、前記紙質のヒートシンク３０６の裏面は下型４５０に密着するが、少量の前記封止樹脂３０２が前記紙質のヒートシンク３０６の裏面と下型４５０との間に入るため、型から取り出した後、レーザーエッチング又は研削を行って前記紙質のヒートシンク３０６裏面に残った少量の封止樹脂３０２を除去し、前記紙質のヒートシンク３０６の裏面を前記封止樹脂３０２から露出させ、なだらかにする必要がある。前記紙質のヒートシンク３０６の裏面以上の部分は封止樹脂３０２によって封止される。
本発明はインテリジェントパワーモジュールの制御回路、インテリジェントパワーモジュール及びその製造方法を更に提供し、インテリジェントパワーモジュールの低電圧領域の駆動回路は、低電圧駆動集積チューブにより実現され、高電圧領域の駆動回路は、高電圧駆動集積チューブにより実現され、低電圧駆動集積チューブは低コストのＢＩＰＯＬＡR又はＣＭＯＳ等の低圧プロセスにより実現され、高電圧駆動集積チューブは、ＢＣＤ又はＳＯＩ等の高電圧プロセスにより実現され、前者のプロセスコストはただ後者の１/３だけであり、インテリジェントパワーモジュールの製造コストを大幅に削減する。

Claims (27)

  1. 下面の少なくとも一部が放熱領域であり、前記放熱領域に放熱ひだが設けられたヒートシンクと、
    前記ヒートシンクの上面に設けられた絶縁層と、
    前記絶縁層に設けられた回路配線と、
    前記回路配線上に設けられ、金属線によって前記回路配線に接続されている回路素子と、
    を含む、
    ことを特徴とするインテリジェントパワーモジュール。
  2. 前記ヒートシンクは、湿式炭素複合材を有する機能紙ヒートシンクであるか、又は、前記ヒートシンクは３５０℃以上の温度に耐える絶縁材料で作製した紙質のヒートシンクである、
    ことを特徴とする請求項１に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  3. 前記放熱ひだは複数であり、
    複数の前記放熱ひだは間隔で配置され、又は複数の前記放熱ひだが連続で配置される、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  4. 前記放熱ひだの外周縁と前記ヒートシンクの下面の外周縁との間の間隔の距離は１ｍｍより大きい、
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインテリジェントパワーモジュール。
  5. 前記放熱領域は下へ突き出してボスが形成され、前記放熱ひだは前記ボス上に設けられる、
    ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のインテリジェントパワーモジュール。
  6. 前記インテリジェントパワーモジュールは、前記インテリジェントパワーモジュールの周辺に嵌められたフレーム構造を更に含み、前記フレーム構造は、前記インテリジェントパワーモジュールの側面を取り囲む環状フレームと、前記環状フレームの底部から垂直に内側へ延伸して形成され且つ前記ヒートシンクノの底部と接触する延伸部とを含み、前記延伸部の厚さは１ｍｍ〜１．５ｍｍである、
    ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のインテリジェントパワーモジュール。
  7. 前記回路配線は離間された複数であり、
    前記インテリジェントパワーモジュールは、複数のピンを更に含み、複数の前記ピンの一端が複数の前記回路配線にそれぞれ接続され、他端が外部に接続されている、
    ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のインテリジェントパワーモジュール。
  8. 前記絶縁層の少なくとも一方の縁部に複数の溶接パッドが設けられ、複数の前記ピンの他端が複数の前記溶接パッドにそれぞれ接続されている、
    ことを特徴とする請求項７に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  9. 前記ヒートシンクの上下方向における厚さは１．２ｍｍ〜２．５ｍｍであり、前記放熱ひだの上下方向に延伸するサイズは０．３ｍｍ〜０．７ｍｍである、
    ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のインテリジェントパワーモジュール。
  10. 前記インテリジェントパワーモジュールは、封止樹脂を更に含み、前記封止樹脂は、前記回路配線と前記回路素子とを完全に封止し、前記封止樹脂は、前記ヒートシンクの上面と前記放熱領域以外の領域を覆う、
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のインテリジェントパワーモジュール。
  11. 前記回路素子は、パワー素子と非パワー素子とを含み、前記パワー素子と非パワー素子とがいずれも前記回路配線上に設けられ、前記パワー素子と非パワー素子とは、前記金属線により前記回路配線とそれぞれ電気的に接続され、前記パワー素子が前記放熱領域と対向し、前記パワー素子と前記非パワー素子との間に仕切り部が設けられ、前記仕切り部がヒートシンクの下面の相応の位置に設けられ、前記仕切り部の幅は１ｍｍ〜５ｍｍである、
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のインテリジェントパワーモジュール。
  12. 前記パワーデバイスは、ＩＧＢＴチューブと、前記ＩＧＢＴチューブに接続されているＦＲＤチューブとを含み、前記ＦＲＤチューブの底部に支持プレートが設けられ、前記ＦＲＤチューブは反転して前記ＩＧＢＴチューブの所定位置に設けられ、且つ前記ＦＲＤチューブの頂部が前記ＩＧＢＴチューブと接触し、前記支持プレートは前記回路配線によって前記ＩＧＢＴチューブに接続されている、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  13. 前記支持プレートの前記ＦＲＤチューブが取り付けられた面に平坦部が設けられ、且つ前記支持プレートの前記ＦＲＤチューブが取付けられた面の前記平坦部から遠い方の縁部に、前記回路配線に接続するためのいくつかの突起部が設けられている、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  14. 前記パワーデバイスは６つであり、それぞれ３つの上部ブリッジアームパワーデバイスと３つの下部ブリッジアームパワーデバイスであり、
    前記パワー素子は、前記３つの上部ブリッジアームパワーデバイスにそれぞれ対応して接続されるＵ相高電圧駆動集積チューブ、Ｖ相高電圧駆動集積チューブ、Ｗ相高電圧駆動集積チューブと、前記３つの下部ブリッジアームパワーデバイスにそれぞれ対応して接続されるＵ相低電圧駆動集積チューブ、Ｖ相低電圧駆動集積チューブ、Ｗ相低電圧駆動集積チューブとを含み、
    前記インテリジェントパワーモジュールは、力率補正回路を更に含み、
    前記力率補正回路は、ブリッジ整流器、コンプレッサーインバータ及び力率補正の機能を備えるか、又は、ブリッジ整流器、コンプレッサーインバータ、力率補正及びファンインバータの機能を備え、
    前記力率補正回路は前記Ｕ、Ｖ、Ｗ 相高電圧駆動集積チューブ及び前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相低電圧駆動集積チューブにそれぞれ接続されている、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  15. 前記３つの上部ブリッジアームパワーデバイスは、それぞれ第１パワーデバイス、第２パワーデバイス、第３パワーデバイスであり、前記３つの下部ブリッジアームパワーデバイスはそれぞれ第４パワーデバイス、第５パワーデバイス、第６パワーデバイスであり、
    前記第１パワーデバイスは、第１ＩＧＢＴチューブと第１ＦＲＤチューブとを含み、前記第２パワーデバイスは第２ＩＧＢＴチューブと第２ＦＲＤチューブとを含み、前記第３パワーデバイスは第３ＩＧＢＴチューブと第３ＦＲＤチューブとを含み、前記第４パワーデバイスは第４ＩＧＢＴチューブと第４ＦＲＤチューブとを含み、前記第５パワーデバイスは第５ＩＧＢＴチューブと第５ＦＲＤチューブとを含み、前記第６パワーデバイスは第６ＩＧＢＴチューブと第６ＦＲＤチューブとを含み、
    前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相高電圧駆動集積チューブは、電源端と、入力端と、出力端と、高電圧電源のポジティブターミナルと、高電圧電源のネガティブターミナルと接地端とを含み、前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相低電圧駆動集積チューブは、電源端と、入力端と、出力端と接地端とを含み、
    前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相高電圧駆動チューブの入力端は、それぞれ前記インテリジェントパワーモジュールのＵ、Ｖ、Ｗ三相上部ブリッジアーム入力端となり、前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相低電圧駆動チューブの入力端は、それぞれ前記インテリジェントパワーモジュールのＵ、Ｖ、Ｗ三相下部ブリッジアーム入力端となり、
    前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相高電圧駆動チューブは、前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相低電圧駆動集積チューブの電源端に接続されて前記インテリジェントパワーモジュールの低電圧領域給電電源のポジティブターミナルとなり、前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相高電圧駆動チューブは前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相低電圧駆動集積チューブの接地端に接続されて前記インテリジェントパワーモジュールの低電圧領域給電電源のネガティブターミナルとなり、前記Ｕ、Ｖ、Ｗ三相高電圧駆動チューブの高電圧電源のポジティブターミナルはそれぞれ前記インテリジェントパワーモジュールのＵ、Ｖ、Ｗ三相高電圧領域給電電源のポジティブターミナルとなり、
    前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブの出力端は前記第１ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記Ｕ相高電圧駆動集積チューブの高電圧電源のネガティブターミナルは、前記第１ＩＧＢＴチューブのエミッタと、前記第１ＦＲＤチューブの陽極と、前記第４ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第４ＦＲＤチューブの陰極とに接続され、且つ前記インテリジェントパワーモジュールのＵ相高電圧領域給電電源のネガティブターミナルとなり、前記Ｖ相高電圧駆動集積チューブの出力端は、前記第２ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記Ｖ相高電圧駆動集積チューブの高電圧電源のネガティブターミナルは前記第２ＩＧＢＴチューブのエミッタと、前記第２ＦＲＤチューブの陽極と、前記第５ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第５ＦＲＤチューブの陰極とに接続され、且つ前記インテリジェントパワーモジュールのＶ相高電圧領域給電電源のネガティブターミナルとなり、前記Ｗ相高電圧駆動集積チューブの出力端は、前記第３ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記Ｗ相高電圧駆動集積チューブの高電圧電源のネガティブターミナルは、前記第３ＩＧＢＴチューブのエミッタと、前記第３ＦＲＤチューブの陽極と、前記第６ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第６ＦＲＤチューブの陰極とに接続され、且つ前記インテリジェントパワーモジュールのＷ相高電圧領域給電電源のネガティブターミナルとなり、
    前記第１ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第１ＦＲＤチューブの陰極と、前記第２ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第２ＦＲＤチューブの陰極と、前記第３ＩＧＢＴチューブのコレクターと、前記第３ＦＲＤチューブの陰極とが接続され、且つ前記インテリジェントパワーモジュールの高電圧入力端となり、
    前記Ｕ相低電圧駆動集積チューブの出力端は第４ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記第４ＩＧＢＴチューブのエミッタは前記第４ＦＲＤチューブの陽極に接続され、且つ前記インテリジェントパワーモジュールのＵ相低電圧参照端となり、前記Ｖ相低電圧駆動集積チューブの出力端は第５ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記第５ＩＧＢＴチューブのエミッタは前記第５ＦＲＤチューブの陽極に接続され、且つ前記インテリジェントパワーモジュールのＶ相低電圧参照端となり、前記Ｗ相低電圧駆動集積チューブの出力端は第６ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記第６ＩＧＢＴチューブのエミッタは前記第６ＦＲＤチューブの陽極に接続され、且つ前記インテリジェントパワーモジュールのＷ相低電圧参照端となる、
    ことを特徴とする請求項１４に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  16. 前記力率補正回路は、高速ＩＧＢＴチューブ1つと、ハイパワーＦＲＤチューブ1つと、ローパワーＦＲＤチューブ1つと第１低電圧駆動集積チューブとを含み、
    前記第１低電圧駆動集積チューブは、入力端と、出力端と、電源端と接地端とを含み、
    前記第１低電圧駆動集積チューブの入力端は、前記力率補正回路の入力端となり、前記第１低電圧駆動集積チューブの電源端は前記力率補正回路の電源端となり、前記第１低電圧駆動集積チューブの接地端は前記力率補正回路の接地端となり、
    前記第１低電圧駆動集積チューブの入力端は前記高速ＩＧＢＴチューブのゲートに接続され、前記高速ＩＧＢＴチューブのエミッタは前記ローパワーＦＲＤチューブの陽極に接続され、前記高速ＩＧＢＴチューブのコレクターは前記ローパワーＦＲＤチューブの陰極と、前記ハイパワーＦＲＤチューブの陽極とに接続される、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のインテリジェントパワーモジュール。
  17. インテリジェントパワーモジュールの製造方法であって、
    前記インテリジェントパワーモジュールは請求項１ないし１６のいずれかに記載のインテリジェントパワーモジュールであり、
    前記製造方法は、
    ヒートシンクを作製し、前記ヒートシンクの下面に放熱ひだを形成し、前記ヒートシンクの上面を絶縁層で覆うステップＳ１０と、
    前記絶縁層の表面に回路配線を設けるステップＳ２０と、
    前記回路配線の相応の位置に回路素子とピンとを配設するステップＳ３０と、
    前記金属線によって前記回路配線と回路素子とを接続するステップＳ４０と、
    前記絶縁層の表面に封止層を被覆して、前記回路配線と、回路素子と金属線とを覆うステップＳ５０と、
    前記ヒートシンクの下面に防水処理層を設けるステップＳ６０と、
    前記インテリジェントパワーモジュールに対してモジュール機能検査を行い、前記モジュール機能検査は絶縁耐圧と、静的電力消費と遅延時間検査とを含むステップＳ７０と、
    を含む、
    ことを特徴とするインテリジェントパワーモジュールの製造方法。
  18. ステップＳ１０は、
    設定された回路レイアウトに基づいて所定のサイズの湿式炭素複合材を選択して紙質のヒートシンクを形成するステップＳ１１と、
    前記回路配線の間の指定された位置に貫通穴を形成し、前記貫通穴は前記絶縁層及び前記ヒートシンクを貫通するステップＳ１２と、
    ヒートシンクの正面に、絶縁材料と銅材を利用して、熱圧着方式によって、絶縁材料を前記ヒートシンクの表面に前記絶縁層として形成し、銅材を前記絶縁層の表面に銅箔層として形成するステップＳ１３と、
    前記銅箔層の特定位置を腐食させ、残った部分が回路配線及び溶接パッドを形成するステップＳ１４と、
    湿式炭素複合材を利用してひだを形成し、耐高温接着剤によって前記ヒートシンクの裏面に接着するステップＳ１５と、
    のサブステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のインテリジェントパワーモジュールの製造方法。
  19. ステップＳ５０は、
    前記絶縁層の表面の周囲に熱硬化性樹脂フレームを設けるステップＳ５１と、
    前記熱硬化性樹脂フレームの範囲内及び前記貫通穴内に熱可塑性樹脂を注ぎ込んで前記回路配線と、回路素子と金属線とを封止するステップＳ５２と、
    前記ピンのトリミング成形を行い、封止樹脂によって前記ヒートシンクの裏面のひだを覆っていない位置を封止するステップＳ５３と、
    のサブステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１８に記載のインテリジェントパワーモジュールの製造方法。
  20. ステップＳ３０において、前記回路配線の相応の位置に回路素子を配設する前にピンを予め作製し、且つ、
    銅基材を選択し、銅基材に対してプレスまたはエッチングの方式で、一列のピンを作製し、ピンの間を補強リブによって接続するステップＳ３１と、
    前記ピンの表面に順番にニッケル層とニッケル-スズ合金層を形成し、メッキ層付きのピンを取得するステップＳ３２と、
    のサブステップを含み、
    ステップＳ４０は、
    リフロー溶接によって前記回路素子を前記回路配線に溶接するステップＳ４１と、
    前記絶縁層に残ったフラックスを除去するステップＳ４２と、
    前記金属線によって前記回路配線と回路素子とを接続するステップＳ４３と、
    のサブステップを更に含む、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のインテリジェントパワーモジュールの製造方法。
  21. 前記ヒートシンクは、紙質のヒートシンクであり、前記ヒートシンクの正面を絶縁層で覆い絶縁層の表面に回路配線と溶接パッドとを形成するステップは、
    設定された回路レイアウトに基づいて所定のサイズの湿式炭素複合材を選択して紙質のヒートシンクを形成するステップＳ’１０と、
    ヒートシンクの正面において、絶縁材料と銅材を利用して、熱圧着方式により、絶縁材料を前記ヒートシンクの表面に前記絶縁層として形成し、銅材を前記絶縁層の表面に銅箔層として形成するステップＳ’２０と、
    前記銅箔層の特定位置を腐食させ、残った部分が回路配線及び溶接パッドを形成するステップＳ’３０と、
    前記ヒートシンクの裏面に仕切り部を形成し、予め作製された放熱ひだを前記ヒートシンクの裏面の前記パワー素子に対応する位置に固定するステップはＳ’４１を含み、前記Ｓ’４１は、切断、引き裂き、腐食などの方式によって、前記紙質のヒートシンクの裏面の特定位置の材料を除去し、仕切り部を形成するステップであるステップＳ’４０と、
    湿式炭素複合材を利用してひだを形成し、耐高温接着剤によって前記ヒートシンクの裏面のパワー素子に対応する位置に接着するステップＳ’５０と、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のインテリジェントパワーモジュールの製造方法。
  22. インテリジェントパワーモジュールの製造方法であって、
    前記インテリジェントパワーモジュールは、請求項１ないし１６のいずれかに記載のインテリジェントパワーモジュールであり、
    前記製造方法は、
    前記ヒートシンクとピンとを製造し、ヒートシンクの上面を平面に形成するステップＴ１０と、
    ヒートシンクの上面に絶縁層を設け、絶縁層の上面に回路配線を形成するステップＴ２０と、
    回路配線上に回路素子と外部に接続されるピンとをそれぞれ設け、ヒートシンクの下面に放熱領域を設け、放熱領域に放熱ひだを設けるステップＴ３０と、
    金属線によって回路素子と回路配線とを接続するステップＴ４０と、
    前記ヒートシンクを焼成し封止樹脂をモールドし、ピンを成型して、インテリジェントパワーモジュールを取得するステップＴ５０と、
    を含む、
    ことを特徴とするインテリジェントパワーモジュールの製造方法。
  23. インテリジェントパワーモジュールの製造方法であって、
    前記インテリジェントパワーモジュールは、請求項１ないし１６のいずれかに記載のインテリジェントパワーモジュールであり、
    前記製造方法は、
    ヒートシンクとピンとを製造し、前記ヒートシンクの上面を平面に形成し、前記ヒートシンクの下面に放熱ひだを設けるステップＰ１０と、
    前記ヒートシンクの上面に絶縁層を設け、前記絶縁層の上面に回路配線を設けるステップＰ２０と、
    前記回路配線上に回路素子と外部に接続される前記ピンとをそれぞれ設けるステップＰ３０と、
    金属線によって前記回路素子と前記回路配線とを接続するステップＰ４０と、
    前記ヒートシンクを焼成し封止樹脂をモールドし、前記ピンを成型して、インテリジェントパワーモジュールを取得するステップＰ５０と、を含む、
    ことを特徴とするインテリジェントパワーモジュールの製造方法。
  24. 前記ステップＰ３０は、前記ヒートシンクを洗浄するステップを更に含み、
    前記ステップＰ５０において、無酸素環境で前記ヒートシンクを焼成し、焼成時間は２時間より長く、焼成温度は１１０℃〜１４０℃である、
    ことを特徴とする請求項２３に記載のインテリジェントパワーモジュールの製造方法。
  25. ヒートシンクを形成するステップＱ１０と、
    前記ヒートシンクをパワーモジュール基材とし、前記パワーモジュール基材の一方に絶縁層を形成するステップＱ２０と、
    前記絶縁層の前記ヒートシンクと接触しない側に溶接エリアとピンとを形成するステップＱ３０と、
    前記溶接エリアのパワー溶接エリアに少なくとも一つのパワーデバイスを取り付けるステップＱ４０と、
    封止層を形成して前記インテリジェントパワーモジュールの作製を完成するステップＱ５０と、を含む、
    ことを特徴とするインテリジェントパワーモジュールの製造方法。
  26. 前記溶接エリアは非パワー溶接エリアを更に含み、前記非パワー溶接エリアに少なくとも一つの非パワーデバイスを取り付け、
    ステップＱ１０は、湿式炭素複合層を利用してヒートシンクを形成するステップＱ１１を含み、
    ステップＱ３０は、前記ヒートシンクの前記絶縁層と接触しない側に放熱ひだを形成し、前記放熱ひだは前記少なくとも一つのパワーデバイスが位置する領域に対応するステップＱ３１を含み、
    ステップＱ４０は、
    前記パワー溶接エリアに第１ソルダペースト層を塗布するステップＱ４１と、
    前記パワー溶接エリアに前記少なくとも一つのパワーデバイスを取り付けた後、前記第１ソルダペースト層に対してリフロー溶接処理を行って前記第１ソルダペースト層を硬化させるステップＱ４２と、
    前記非パワー溶接エリアに第２ソルダペースト層を塗布するステップＱ４３と、
    前記非パワー溶接エリアに前記少なくとも一つの非パワーデバイスを取り付けた後、前記ソルダペースト層に対してリフロー溶接処理を行って前記第２ソルダペースト層を硬化させるステップＱ４４と
    前記ヒートシンクに対して洗浄処理を行い、ここで洗浄処理は、スプレー処理及び/又は超音波洗浄処理を含むステップＱ４５と、を含む、
    ことを特徴とする請求項２５に記載のインテリジェントパワーモジュールの製造方法。
  27. ステップＱ３０は、
    前記絶縁層の前記放熱層と接触しない側に金属シード層を形成し、ここで、前記金属シード層の厚さは０.０１ないし０.１ミクロンメートルであるステップＱ’３１と、
    前記シード層に対して電気メッキ処理を行って回路配線を形成し、ここで、前記回路配線の厚さは１ないし５ミクロンメートルであるステップＱ’３２と、
    前記回路配線上に対してエッチング処理を行って、前記溶接エリアと、前記ピンと、溶接パッドとを形成するステップＱ’３３と、
    前記溶接エリアと前記ピンと前記溶接パッドとの間に金属線を接続するステップＱ’３４と、を含む、
    ことを特徴とする請求項２５に記載のインテリジェントパワーモジュールの製造方法。
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