智能功率模塊及其製造方法

2023-04-30 22:03:56

智能功率模塊及其製造方法
【專利摘要】本發明適用於電子器件技術，提供了一種智能功率模塊及其製造方法，智能功率模塊包括金屬基板，其中一表面覆蓋有絕緣層；電路布線層，形成於所述絕緣層表面；多個IGBT管，設置在所述電路布線層上的預設位置；柵極驅動管，數量與所述IGBT管相同，每個所述柵極驅動管分別作為相應的所述IGBT管的驅動電路，且每個所述柵極驅動管的驅動端與所述IGBT管的柵極電連接的走線長度相同；金屬線，連接於所述電路布線層、IGBT管和柵極驅動管之間以形成預設電路。保證從柵極驅動管到IGBT管柵極的走線可以做到相同，使得IGBT管動態特性的相同性，並且也不會增加智能功率模塊的走線。
【專利說明】智能功率模塊及其製造方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於電子器件製造工藝領域，尤其涉及一種智能功率模塊及其製造方法。

【背景技術】
[0002] 智能功率模塊（Intelligent Power Module, IPM)是一種將電力電子和集成電路 技術結合的功率驅動類產品。IPM把功率開關器件和高壓驅動電路集成在一起，並內藏有 過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路。IPM -方面接收MCU (Microprogrammed Control Unit，微程序控制器）的控制信號，驅動後續電路工作，另一方面將系統的狀態檢測信號送 回MCU。與傳統分立方案相比，IPM以其高集成度、高可靠性等優勢贏得越來越大的市場，尤 其適合於驅動電機的變頻器及各種逆變電源，是變頻調速，冶金機械，電力牽引，伺服驅動， 變頻家電的一種理想電力電子器件。
[0003] 現行智能功率模塊100的電路原理如圖1 (A)所示：
[0004] HVIC (High Voltage Integrated Circuit，高壓集成電路）管 101 的 VCC 端作為 智能功率模塊100的低壓區供電電源正端VDD，VDD -般為15V ;HVIC管101的HIN1端作為 智能功率模塊100的U相上橋臂輸入端UHIN ;HVIC管101的HIN2端作為智能功率模塊100 的V相上橋臂輸入端VHIN ;HVIC管101的HIN3端作為智能功率模塊100的W相上橋臂輸 入端WHIN ;HVIC管101的LIN1端作為智能功率模塊100的U相下橋臂輸入端ULIN ;HVIC 管101的LIN2端作為智能功率模塊100的V相下橋臂輸入端VLIN ;HVIC管101的LIN3端 作為智能功率模塊100的W相下橋臂輸入端WLIN。在此，智能功率模塊100的U、V、W三相 的六路輸入接收〇?5V的輸入信號。
[0005] HVIC管101的GND端作為智能功率模塊100的低壓區供電電源負端COM ;HVIC管 101的VB1端作為智能功率模塊100的U相高壓區供電電源正端UVB ;HVIC管101的H01端 與U相上橋臂IGBT (Insulated Gate Bipolar Translator,絕緣柵門極電晶體)管121的 柵極相連；HVIC管101的VS1端與IGBT管121的發射極、FRD (Fast Recovery Diode，快 速恢復二極體）管111的陽極、U相下橋臂IGBT管124的集電極、FRD管114的陰極相連， 並作為智能功率模塊100的U相高壓區供電電源負端UVS ;HVIC管101的VB2端作為智能 功率模塊1〇〇的U相高壓區供電電源正端VVB ;HVIC管101的H03端與V相上橋臂IGBT管 123的柵極相連；HVIC管101的VS2端與IGBT管122的發射極、FRD管112的陽極、V相下 橋臂IGBT管125的集電極、FRD管115的陰極相連，並作為智能功率模塊100的W相高壓區 供電電源負端WS ;HVIC管101的VB3端作為智能功率模塊100的W相高壓區供電電源正 端WVB ;HVIC管101的H03端與W相上橋臂IGBT管123的柵極相連；HVIC管101的VS3端 與IGBT管123的發射極、FRD管113的陽極、W相下橋臂IGBT管126的集電極、FRD管116 的陰極相連，並作為智能功率模塊100的W相高壓區供電電源負端WVS ;HVIC管101的L01 端與IGBT管124的柵極相連；HVIC管101的L02端與IGBT管125的柵極相連；HVIC管101 的L03端與IGBT管126的柵極相連；IGBT管124的發射極與FRD管114的陽極相連，並作 為智能功率模塊100的U相低電壓參考端UN ; IGBT管125的發射極與FRD管115的陽極相 連，並作為智能功率模塊100的V相低電壓參考端VN ;IGBT管126的發射極與FRD管116 的陽極相連，並作為智能功率模塊100的W相低電壓參考端WN。
[0006] IGBT管121的集電極、FRD管111的陰極、IGBT管122的集電極、FRD管112的陰 極、IGBT管123的集電極、FRD管113的陰極相連，並作為智能功率模塊100的高電壓輸入 端P，P -般接300V。
[0007] HVIC 管 101 的作用是：將輸入端 HIN1、HIN2、HIN3 和 LIN1、LIN2、LIN3 的 0 ?5V 的邏輯信號分別傳到輸出端HOI、H02、H03和L01、L02、L03,其中HOI、H02、H03是VS? VS+15V的邏輯信號，L01、L02、L03是0?15V的邏輯信號。
[0008] 參照圖1 (B)說明現有智能功率模塊100的結構。圖1 (C)是智能功率模塊100 的取出封裝樹脂後的俯視圖，圖1 (D)是圖1 (B)的X-X'線剖面圖。
[0009] 智能功率模塊100具有如下結構，其包括：電路基板206 ;設於電路基板206表面 上的絕緣層207上形成的電路布線208 ;被固定在電路布線208上的IGBT管121?126、 FRD管111?116、HVIC管101等元器件；連接元器件和電路布線208的金屬線205 ;與電 路布線208連接的引腳201 ;電路基板206的至少一面被密封樹脂202密封，為了提高密封 性，會將電路基板206全部密封，為了提高散熱性，會使鋁基板206的背面露出到外部的狀 態下進行密封。
[0010] 從圖1 (C)可以看出，現行的智能功率模塊由1枚HVIC管控制6枚IGBT管，導致 走線很長，線路間容易造成幹擾；並且，由於從HVIC管到6枚IGBT管的距離不相同，導致 6枚IGBT管的驅動信號傳輸相同性難以控制；此外，因為基板上的電路布線過多勢必增加 基板的面積，導致現行智能功率模塊的面積加大，增加了智能功率模塊的製造成本，影響了 智能功率模塊在低端領域的普及；另外，由於需要留出電路布線面積，導致元器件間距離較 大，通過金屬線使元器件間產生連接的邦線較長，影響了邦線的可靠性，並且有在模製過程 中有引起衝線的風險。


【發明內容】

[0011] 本發明旨在解決現有技術的不足，提供一種保證走線少，功率器件的驅動信號傳 輸相同的智能功率模塊，可降低智能功率模塊的面積，保證其驅動信號傳輸相同易於控制， 提高可靠性及性能。
[0012] 本發明是這樣實現的，一種智能功率模塊，包括：
[0013] 金屬基板，其中一表面覆蓋有絕緣層；
[0014] 電路布線層，形成於所述絕緣層表面；
[0015] 多個IGBT管，設置在所述電路布線層上的預設位置；
[0016] 柵極驅動管，數量與所述IGBT管相同，每個所述柵極驅動管分別作為相應的所述 IGBT管的驅動電路，且每個所述柵極驅動管的驅動端與所述IGBT管的柵極電連接的走線 長度相同；
[0017] 金屬線，連接於所述電路布線層、IGBT管和柵極驅動管之間以形成預設電路。
[0018] 上述智能功率模塊的有益效果是：由各自獨立的柵極驅動管配置在對應IGBT管 上，從柵極驅動管到IGBT管柵極的走線可以做到相同，從而可有效保證IGBT管動態特性的 相同性；而且柵極驅動管的走線不再是一個區域的集中式走線，設置多個各自獨立的柵極 驅動管可以減少走線到柵極驅動管的距離，使得走線大大減少，減少走線過長帶來的不穩 定性同時也節省電路布線層的面積，從而使智能功率模塊的金屬基板的面積大幅減小，使 成本進一步降低。
[0019] 本發明的另一目的在於提供一種智能功率模塊的製造方法，包括以下步驟：
[0020] 製作金屬基板，並於所述金屬基板的其中一表面覆蓋絕緣層，於所述絕緣層表面 布設電路布線層；
[0021] 於所述電路布線層上的多個預設位置配設IGBT管；
[0022] 設置數量與所述IGBT管相同且分別作為相應的所述IGBT管的驅動電路的柵極驅 動管，其中，每個所述柵極驅動管的驅動端與所述IGBT管的柵極電連接的走線長度相同；
[0023] 於所述電路布線層、IGBT管和柵極驅動管之間連接金屬線以形成預設電路。
[0024] 上述智能功率模塊的製造方法製造上述的智能功率模塊由於裝配IGBT管和裝配 柵極驅動管使用不同的工序進行，從而可以通過不同的焊料和焊接參數對此兩類電路元件 進行固定，可以從一定程度上降低對焊接工藝的參數要求，對提高焊接質量和焊接成品率 有積極作用，而且減少了走線，降低了在模製過程中有引起衝線的風險。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1 ( A )為現有的智能功率模塊的電路原理圖；
[0026] 圖1 (B)為現有的智能功率模塊的正面圖；
[0027] 圖1 (C)為現有的智能功率|吳塊的取出封裝樹脂後的俯視圖結構不意圖；
[0028] 圖1 (D)為圖1 (B)的X-X'線剖面圖；
[0029] 圖2 ( A )為本發明一實施例提供的智能功率模塊的電路原理圖；
[0030] 圖2 (B)為本發明一實施例提供的智能功率模塊的正面圖；
[0031] 圖2 (C)是圖2 (B)的俯視圖結構示意圖；
[0032] 圖2 (D)是本發明一個實施例中的圖2 (B)中沿X-X'線的剖面圖；
[0033] 圖3 (A)為本發明另一實施例提供的智能功率模塊的電路原理圖；
[0034] 圖3 (B)為本發明另一實施例提供的智能功率模塊的俯視圖結構示意圖；
[0035] 圖3 (C)是本發明另一個實施例中的剖面圖；
[0036] 圖4 (A)、4 (B)是本發明實施例提供的設置基板、絕緣層及電路布線層的工序；
[0037] 圖5 (A)、5 (B)為本發明實施例提供的設置IGBT管、FRD管、引腳的工序；
[0038] 圖6 (A)、6 (B)為本發明第一實施例提供的設置柵極驅動管的工序；
[0039] 圖7 (A)、7 (B)為本發明實施例提供的進行邦線連接及清洗工序；
[0040] 圖8為本發明實施例提供的密封工序；
[0041] 圖9為本發明實施例提供的進行引腳切筋成型並進行測試的工序。

【具體實施方式】
[0042] 為了使本發明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合 附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用 以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0043] 結合圖2 (A)、2 (B)、2 (C)、2 (D)，在一個實施例中，智能功率模塊1包括金屬基 板306、絕緣層307、電路布線層308、多個IGBT管20、數量與IGBT管20相同的FRD管10、 數量與IGBT管20相同的柵極驅動管40和金屬線305。
[0044] 金屬基板306其中一表面覆蓋有絕緣層307。電路布線層308形成於絕緣層307 的表面。多個IGBT管20設置在電路布線層308上的預設位置308A ;柵極驅動管40數量與 IGBT管20相同，每個柵極驅動管40分別作為相應的IGBT管20的驅動電路，且每個柵極 驅動管40的驅動端（HO、L0)與IGBT管20的柵極電連接的走線長度相同。金屬線305連 接於電路布線層308、IGBT管20和柵極驅動管40之間以形成預設電路。從柵極驅動管40 至IJ IGBT管20柵極的走線可以做到相同，從而可有效保證IGBT管20動態特性的相同性。
[0045] 在優選的實施例中，多個柵極驅動管40分別設置於多個IGBT管20的發射極上， 柵極驅動管40的驅動端(如圖2 (A)所示的HO、L0)通過金屬線305與IGBT管20的柵極 連接。在其他實施方式中，柵極驅動管40可以設置於相應的IGBT管20的一側，也可以保 證從柵極驅動管40到IGBT管20柵極的走線可以做到相同，並且也不會增加智能功率模塊 1的走線。
[0046] 進一步地，智能功率模塊1還包括引腳301，在金屬基板306的邊緣，形成有用於配 置引腳301的引腳焊盤308B。電路布線層308包括靠近金屬基板306的表面邊緣的引腳焊 盤308B，引腳301與引腳焊盤308B連接並自金屬基板向外延伸。根據功能需要，也可在金 屬基板306的一邊、兩邊、三邊或四邊附近設置多個用於配置引腳301的引腳焊盤308B。
[0047] 在優選的實施例中，多個柵極驅動管40包括數量相等的用於驅動上橋臂的HVIC 管和驅動下橋臂的LVIC (Low Voltage Integrated Circuits,低壓集成電路）管。參考3 (A)和3 (B)，柵極驅動管40為6個，分別標號為41、42、43、44、45、46,其中包括3個HVIC 管 41、42、43 和 3 個 LVIC 管 44、45、46。
[0048] 在優選的實施例中，電路布線層308上用於設置IGBT管20的預設位置308A呈陣 列排布。電預設位置308A數量與IGBT管20相同，並用以固定IGBT管20的電路圖案，而 且該用於設置IGBT管20的預設位置308A呈陣列排布。具體是，根據金屬基板306的形狀 以及引腳301所設置的位置，為減少引腳301與IGBT管20、柵極驅動管40的電路布線長 度，預設位置308A的可以是矩陣排布、圓形陣列排布等。
[0049] 如圖2 (A)、2 (C)所示，本實施例中，智能功率模塊1還包括數量與IGBT管20相 同的FRD管10,多個FRD管10分別通過IGBT管20固定於電路布線層308。進一步地，FRD 管10的陰極固定於IGBT管20的集電極、FRD管10的陽極通過金屬線305與IGBT管20的 發射極電連接。
[0050] IGBT管20和FRD管10被固定在電路布線層308上構成規定的電路。在此，6枚 IGBT管20的具有發射極和柵極的面朝上、具有集電極的面朝下安裝，FRD管1的具有陽極 的面朝上、具有陰極的面朝下安裝
[0051] 電路布線層308由銅等金屬構成，電路布線層308根據預設的電路形成於金屬基 板306上的特定位；根據功率需要，可設計成0. 035mm或0. 07mm等的厚度，對於一般的智能 功率模塊，優先考慮設計成〇. 〇7mm，本實施例中採用0. 07mm的厚度。
[0052] 參考圖3 (A)、3 (B)和3 (C)，以相關電路原理進一步說明智能功率模塊1的具體 實施方式。
[0053] HVIC管41被固定IGBT管21上，HVIC管42被固定IGBT管22上，HVIC管43被 固定IGBT管23上，LVIC管44被固定IGBT管24上，LVIC管45被固定IGBT管25上，LVIC 管46被固定IGBT管26上。在此，HVIC管41、42、43和LVIC管44、45、46在IGBT管上被 固定的位置為IGBT管的發射極，對於一般的額定電流為30A的IGBT管20,發射極的面積 不會小於6mm 2,對於一般的單臂HVIC管41、42、43和單臂LVIC管44、45、46,面積不會大於 mm2〇
[0054] U相上橋臂輸出電路41 (HVIC管41 )、V相上橋臂輸出電路41 (HVIC管42)、W相 上橋臂輸出電路41 (HVIC管43)是3枚驅動上橋臂IGBT管21、22、23的單臂HVIC管，他 們的構完全相同，作用是將輸入端HIN的0?5V的邏輯信號傳到輸出端（即驅動端）H0,其 中H0是VS?VS+15V的邏輯信號；由於VS的會在0?300V之間變化，所以U相上橋臂輸 出電路、V相上橋臂輸出電路、W相上橋臂輸出電路需要耐高壓的流片工藝實現，有時為了 降低成本，使用650V的B⑶工藝，有時為了降低耐壓結構設計難度，使用650V的SOI工藝。
[0055] U相下橋臂輸出電路（LVIC管44)、V相下橋臂輸出電路（LVIC管45)、W相下橋臂 輸出電路（LVIC管46)是3枚驅動下橋臂IGBT管24、25、26的單臂LVIC管，他們的構完全 相同，作用是將輸入端LIN的0?5V的邏輯信號傳到輸出端（即驅動端)L0,其中L0是0? 15V的邏輯信號；由於U相下橋臂輸出電路、V相下橋臂輸出電路、W相下橋臂輸出電路無需 耐高壓的流片工藝實現，為了降低成本，LVIC管可以通過低成本的BIPOLAR或C0MS等低壓 工藝實現。
[0056] U相上橋臂輸出電路41、U相下橋臂輸出電路44的VCC、V相上橋臂輸出電路42、V 相下橋輸出電路45的VCC、W相上橋臂輸出電路43、W相下橋臂輸出電路44的VCC相連，並 作為智能功率模塊1的VDD端，VDD是智能功率模塊1的低壓區供電電源，VDD -般為15V。
[0057] U相上橋臂輸出電路41的HIN端作為智能功率模塊1的U相上橋臂輸入端UHIN ; V相上橋臂輸出電路42的HIN端作為智能功率模塊1的V相上橋臂輸入端VHIN ;W相上橋 臂輸出電路43的HIN端作為智能功率模塊1的W相上橋臂輸入端WHIN ;U相下橋臂輸出電 路44的LIN端作為智能功率模塊1的U相下橋臂輸入端ULIN ;V相下橋臂輸出電路45的 LIN端作為智能功率模塊1的V相下橋臂輸入端VLIN ;W相下橋臂輸出電路46的LIN端作 為智能功率模塊1的W相下橋臂輸入端WLIN ;在此，智能功率模塊1的U、V、W三相的六路 輸入接收〇?5V的輸入信號。
[0058] U相上橋輸出電路41的GND端、V相上橋輸出電路42的GND端、W相上橋輸出電 路43的GND端、U相下橋輸出電路44的GND端、V相下橋輸出電路45的GND端、W相下橋 輸出電路46的GND端相連，並作為智能功率模塊1的COM端，COM為VDD供電電源的負端。
[0059] U相上橋臂輸出電路41的VB端作為智能功率模塊1的U相高壓區供電電源正端 UVB ;V相上橋臂輸出電路42的VB端作為智能功率模塊1的V相高壓區供電電源正端VVB ; W相上橋臂輸出電路41的VB端作為智能功率模塊1的W相高壓區供電電源正端WVB ;U相 上橋臂輸出電路41的H0端與IGBT管21的柵極相連，U相上橋臂輸出電路41的VS端與 IGBT管21的射極、FRD管11的陽極、IGBT管24的集電極、FRD管14的陰極相連，並作為 智能功率模塊1的U相高壓區供電電源負端UVS ;V相上橋臂輸出電路42的H0端與IGBT 管22的柵極相連，V相上橋臂輸出電路42的VS端與IGBT管22的射極、FRD管12的陽極、 IGBT管25的集電極、FRD管15的陰極相連，並作為智能功率模塊1的V相高壓區供電電源 負端VVS。
[0060] W相上橋臂輸出電路43的H0端與IGBT管23的柵極相連，W相上橋臂輸出電路43 的VS端與IGBT管23的射極、FRD管13的陽極、IGBT管26的集電極、FRD管16的陰極相 連，並作為智能功率模塊1的W相高壓區供電電源負端WVS。
[0061] IGBT管21的集電極、FRD管11的陰極、IGBT管22的集電極、FRD管12的陰極、 IGBT管23的集電極、FRD管13的陰極相連，並作為智能功率模塊1的高電壓輸入端P，高 電壓輸入端P -般接300V。
[0062] U相下橋臂輸出電路44的L0端與IGBT管24的柵極相連，IGBT管24的射極與 FRD管14的陽極相連，並作為智能功率模塊1的U相低電壓參考端UN ;V相下橋臂輸出電路 45的L0端與IGBT管25的柵極相連，IGBT管25的射極與FRD管15的陽極相連，並作為智 能功率模塊1的V相低電壓參考端VN ;W相下橋臂輸出電路46的L0端與IGBT管26的柵 極相連，IGBT管26的射極與FRD管16的陽極相連，並作為智能功率模塊1的W相低電壓 參考端WN。
[0063] 參照圖3 (B)、3 (C)，另一實施例的智能功率模塊1的結構圖。
[0064] 本發明的智能功率模塊1具有在表面上形成有由絕緣層307的金屬基板306,配 置在絕緣層307上的電路布線層308,配置在電路布線層308上的IGBT管21、IGBT管22、 IGBT 管 23、IGBT 管 24、IGBT 管 25、IGBT 管 26 和 FRD 管 11、FRD 管 12、FRD 管 13、FRD 管 14、FRD管15、FRD管16,配置在電路布線層308的邊緣部分的引腳301，用於連使上述各元 素間形成電連接的金屬線305,和密封該電路且至少完全覆蓋金屬基板306上表面所有元 素的密封樹脂302。
[0065] 以下以一個實施例說明智能功率模塊1各構成要素。
[0066] 金屬基板306是由1100等材質的鋁構成的矩形板材。為了提高板材的耐腐蝕性， 有時會對表面進行陽極氧化，為了節約製造成本，在某些對抗腐蝕性要求不高的應用場合， 也可只對錯材表面進行拉絲處理。金屬基板306的厚度可選用1.5mm。
[0067] 絕緣層307形成於金屬基板306至少一個表面，並在環氧樹脂等樹脂材料內高濃 度填充氧化鋁等填料提高熱導率。
[0068] 電路布線層308由銅等金屬構成，形成於金屬基板306上的特定位置，根據功率 需要，可設計成0. 035mm或0. 07mm等的厚度，對於一般的智能功率模塊，優先考慮設計成 0.07mm，本實施例中採用0.07mm的厚度。特別地，在金屬基板306的邊緣，形成有用於配置 引腳301的電路布線層308。在此，在金屬基板306的兩邊附近設置多個用於配置引腳301 的電路布線層308,根據功能需要，也可在金屬基板306的一邊、三邊、四邊附近設置多個用 於配置引腳301的電路布線層308。
[0069] IGBT管21?26和FRD管11?16被固定在電路布線層308上構成規定的電路。 在此，6枚IGBT管21?26的具有射極和柵極的面朝上、具有集電極的面朝下安裝，FRD管 11?16的具有陽極的面朝上、具有陰極的面朝下安裝。
[0070] HVIC管41被固定IGBT管21上，HVIC管42被固定IGBT管22上，HVIC管43被 固定IGBT管23上，LVIC管44被固定IGBT管24上，LVIC管45被固定IGBT管25上，LVIC 管46被固定IGBT管26上。在此，HVIC管21、22、23和LVIC管24、25、26在IGBT管21? 26上被固定的位置為IGBT管21?26的發射極，對於一般的額定電流為30A的IGBT管，發 射極的面積不會小於6mm 2,對於一般的單臂HVIC管21、22、23和單臂LVIC管24、25、26,面 積不會大於2mm2。
[0071] 金屬線15可以是鋁線、金線或銅線，通過邦定使各電路元件(如圖2 (C)所示的 IGBT管20、FRD管10、柵極驅動管40)和電路布線層308之間建立電連接關係，有時還用於 使引腳301和電路布線層308建立電連接關係。
[0072] 引腳301被固定在設於金屬基板306邊緣的電路布線層308上，其具有例如與外 部進行輸入、輸出的作用。在此，設計成相對兩邊上設有多條引腳301，引腳301和電路布線 層308通過焊錫等導電電性粘結劑焊接。引腳301-般採用銅等金屬製成，銅表面通過化 學鍍和電鍍形成一層鎳錫合金層，合金層的厚度一般為5 μ m，鍍層可保護銅不被腐蝕氧化， 並可提高可焊接性。
[0073] 密封層302可通過傳遞模方式使用熱硬性樹脂模製，也可通過注入模方式使用熱 塑性樹脂模製。在此，密封層302完全密封金屬基板306上表面上的所有兀素，而對於緻密 性要求高的智能功率模塊，一般會對金屬基板306的整體也進行密封處理，本實施例中，為 了提高智能功率模塊的散熱性，金屬基板306的背面了露出。
[0074] 參考3(C)，上述智能功率模塊1由各自獨立的柵極驅動管40配置在對應IGBT管 20上，從柵極驅動管40到IGBT管20柵極的走線長度可以做到相同，從而可有效保證IGBT 管20動態特性的相同性，使得IGBT管10的驅動信號傳輸相同性易於控制；柵極驅動管40 的走線不再是到一個區域的集中式走線，設置多個各自獨立的柵極驅動管40可以減少走 線到柵極驅動管40的距離，使得走線大大減少，減少走線過長帶來的不穩定性同時也節省 電路布線層的面積，從而使智能功率模塊1的金屬基板306的面積大幅減小，使成本進一步 降低。
[0075] 結合圖4至圖9, 一種智能功率模塊的製造方法，包括以下步驟：
[0076] 步驟S11，製作金屬基板306,並於金屬基板306的其中一表面覆蓋絕緣層307,於 絕緣層307表面布設電路布線層308。
[0077] 步驟S12,於電路布線層308上的多個預設位置308A配設IGBT管20。
[0078] 步驟S13,設置數量與IGBT管20相同且分別作為相應的IGBT管20的驅動電路的 柵極驅動管40,其中，每個柵極驅動管40的驅動端與IGBT管20的柵極電連接的走線長度 相同。
[0079] 步驟S14,於電路布線層308、IGBT管20和柵極驅動管40之間連接金屬線305以 形成預設電路。
[0080] 在優選的實施例中，步驟S11具體包括：將多個柵極驅動管40分別設置於多個 IGBT管20的發射極上；將柵極驅動管40的驅動端（HO、L0)通過金屬線305與IGBT管20 的柵極連接。在其他實施方式中，柵極驅動管40可以設置於相應的IGBT管20的一側，也 可以保證從柵極驅動管40到IGBT管20柵極的走線可以做到相同，並且也不會增加智能功 率模塊1的走線。
[0081] 在優選的實施例中，步驟S12中，電路布線層308上用於設置IGBT管20的預設位 置308A呈陣列排布。電預設位置308A數量與IGBT管20相同，並用以固定IGBT管20的 電路圖案，而且該用於設置IGBT管20的預設位置308A呈陣列排布。具體是，根據金屬基 板306的形狀以及引腳301所設置的位置，為減少引腳301與IGBT管20、柵極驅動管40的 電路布線長度，預設位置308A的可以是矩陣排布、圓形陣列排布等。
[0082] 在優選的實施例中，多個柵極驅動管40包括數量相等的HVIC管和LVIC管。參考 3 (A)和3 (B)，柵極驅動管40為6個，分別標號為41、42、43、44、45、46，其中包括3個狀1〇 管 41、42、43 和 3 個 LVIC 管 44、45、46。
[0083] 在優選的實施例中，在步驟S12之後還包括：設置數量與IGBT管20相同的FRD管， 該多個FRD管分別通過IGBT管20固定於電路布線層308。
[0084] 其中，將FRD管的陰極固定於IGBT管20的集電極、陽極通過金屬線305與IGBT 管20的發射極電連接。
[0085] 在另一個實施例中，本發明智能功率模塊的製造方法包括：在鋁基板306表面上 設置絕緣層307的工序；在絕緣層307307的表面上形成電路布線層3308工序；在電路布線 層308配置多個IGBT管和FRD管10的工序；在IGBT管20上配置HVIC管41?43和LVIC 管44?46的工序；用金屬線305連接各電路元件和電路布線306的工序；烘烤並模製的工 序；對引腳301進行成型的工序；進行功能測試的工序。
[0086] 以下說明的各工序的詳細情況。
[0087] 第一工序：參照圖4,本工序是在大小合適的鋁基板上形成絕緣層307並在絕緣層 307表面形成電路布線的工序。
[0088] 首先，參照俯視圖4 (A)和側視圖4 (B)，根據需要的電路布局準備大小合適的鋁 基板306,對於一般的智能功率模塊可選取44mmX 20mm的大小，兩面進行防蝕處理。在鋁基 板的至少一面的表面上設有絕緣層307。另外，在絕緣層307的表面粘貼有作為導電圖案的 銅箔。然後將該工序製造的銅箔進行蝕刻，局部地除去銅箔，形成電路布線層308。
[0089] 在此，大小合適的鋁基板的形成可以通過直接對lmXlm的鋁材進行衝切等方式 形成，也可通過先lmXlm的鋁材形成V槽，然後剪切的方式形成。
[0090] 第二工序：參照圖5,本工序是在電路布線層308上安裝IGBT管20、FRD管10和 引腳301的工序。
[0091] 參照俯視圖5 (A)和側視圖5 (B)，通過錫膏等焊料將IGBT管20、FRD管10和引 腳301安裝在電路布線層308的規定位置。
[0092] 在此，為了減小錫膏焊接後的空洞率，並且進行成本控制，可以考慮使用具有氮氣 保護的回流爐進行錫膏固定，如果成本允許，也可以考慮使用真空回流的形式。錫膏的融化 溫度一般為280°C左右。
[0093] 第三工序：參考圖6,本工序是在IGBT管20的射極位置安裝HVIC管和LVIC管的 工序。
[0094] 首先，參照俯視圖6(A)和側視圖6(B)，在IGBT管20上安裝HVIC管，在三個IGBT 管20上安裝HVIC管，在三個IGBT管20上安裝LVIC管。在此，如果HVIC管和LVIC管的 背面並非GND等電極，可以使用具有導電性的銀膠等作為固定材料，如果HVIC管和LVIC管 的背面為GND等電極，可以使用非導電性的紅膠等作為固定材料。
[0095] 其次，通過175°C烘烤的形式，將銀膠或紅膠固化，在此，銀膠或紅膠的固化溫度為 170°C左右，固化時間約為2小時。因為烘烤溫度遠低於錫膏的融化溫度，所以在此加熱過 程中，不會影響到IGBT管20、FRD管10和引腳301的焊接效果。
[0096] 第四工序：參考圖7,本工序是通過金屬線305在電路元件和電路布線層308間形 成電連接的工序。
[0097] 參照俯視圖7(4)和側視圖7(8)，進行1681'管20、？1?管10、柵極驅動管40(狀1〇 管和LVIC管）和電路布線層308的邦線(金屬線305)連接。
[0098] 根據通流能力需要，選擇適當直徑的鋁線作為邦定線，對於用於信號控制的部分， 如HVIC管和LVIC管，也可考慮使用15 μ m的金線或38 μ m的鋁線作為邦定線。對功率管 部分，如IGBT管20和FRD管10,邦定使用200μπι?400μπι的鋁線。
[0099] 考慮到邦線機臺震動對邦定線的影響，可使用先邦粗線再邦細線的方式；出於防 靜電考慮，可使用先邦細線再邦粗線的方式。具體根據機臺的震動幅度和機臺邦頭的防靜 電效果而定。
[0100] 第五工序：參照圖8,說明由密封層302密封鋁基板306的工序。
[0101] 在無氧環境中對金屬基板306進行烘烤，烘烤時間不應小於2小時，烘烤溫度和選 擇125°C。將配置好引腳301的金屬基板306搬送到模型44及45。通過使引腳301的特 定部分與固定裝置46接觸，進行金屬基板306的定位。
[0102] 合模時，在形成於模具50內部的模腔中放置金屬基板306,然後由澆口 53注入密 封樹脂。進行密封的方法可採用使用熱硬性樹脂的傳遞模模製或使用熱硬性樹脂的注入模 模製。而且，對應自澆口 53注入的密封樹脂模腔內部的氣體通過排氣口 54排放到外部。對 於澆口 53位置的選擇，應選擇不完全具有引腳301的一邊，即圖7 (A)的上邊，對於排氣口 54的選擇，應選擇完全具有引腳301的一邊，即圖7 (A)的下邊。
[0103] 在此，金屬基板306的背面緊貼在下模45上，但仍會有少量密封樹脂進入到金屬 基板306的背面和下模型45之間，因此，在脫模後，需要進行雷射蝕刻或者研磨，將殘留在 金屬基板306背面的少量密封樹脂去除，使金屬基板306的背面從密封樹脂露出，而金屬基 板306的背面以上部分被密封樹脂密封。
[0104] 第六工序：參照圖8,本工序是進行引腳11切筋成型並進行模塊功能測試的工序， 上述的智能功率1旲塊1經由此工序後製品完成。
[0105] 在前工序即傳遞模模裝工序使除引腳301以外的其他部分都被密封樹脂密封。本 工序根據使用的長度和形狀需要，例如，在虛線的位置將外部引腳301切斷，有時還會折彎 成一定形狀，便於後續裝配。
[0106] 然後將模塊放入測試設備中，進行常規的電參數測試，一般包括絕緣耐壓、靜態功 耗、遲延時間等測試項目，測試合格者為成品。
[0107] 利用上述工序，完成圖2所示的智能功率模塊1。
[0108] 以上僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種智能功率模塊，其特徵在於，包括： 金屬基板，其中一表面覆蓋有絕緣層； 電路布線層，形成於所述絕緣層表面； 多個IGBT管，設置在所述電路布線層上的預設位置； 柵極驅動管，數量與所述IGBT管相同，每個所述柵極驅動管分別作為相應的所述IGBT 管的驅動電路，且每個所述柵極驅動管的驅動端與所述IGBT管的柵極電連接的走線長度 相同； 金屬線，連接於所述電路布線層、IGBT管和柵極驅動管之間以形成預設電路。
2. 如權利要求1所述的智能功率模塊，其特徵在於，多個所述柵極驅動管分別設置於 多個所述IGBT管的發射極上，所述柵極驅動管的驅動端通過所述金屬線與所述IGBT管的 柵極連接。
3. 如權利要求1或2所述的智能功率模塊，其特徵在於，所述電路布線層上用於設置所 述IGBT管的預設位置呈陣列排布。
4. 如權利要求1所述的智能功率模塊，其特徵在於，多個所述柵極驅動管包括數量相 等的HVIC管和LVIC管。
5. 如權利要求1、2或4所述的智能功率模塊，其特徵在於，所述柵極驅動管為6個，其 中包括3個HVIC管和3個LVIC管。
6. 如權利要求1、2或4所述的智能功率模塊，其特徵在於，還包括數量與所述IGBT管 相同的FRD管，多個FRD管分別通過所述IGBT管固定於所述電路布線層。
7. 如權利要求6所述的智能功率模塊，其特徵在於，所述FRD管的陰極固定於所述 IGBT管的集電極、陽極通過所述金屬線與所述IGBT管的發射極電連接。
8. -種智能功率模塊的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟： 製作金屬基板，並於所述金屬基板的其中一表面覆蓋絕緣層，於所述絕緣層表面布設 電路布線層； 於所述電路布線層上的多個預設位置配設IGBT管； 設置數量與所述IGBT管相同且分別作為相應的所述IGBT管的驅動電路的柵極驅動 管，其中，每個所述柵極驅動管的驅動端與所述IGBT管的柵極電連接的走線長度相同； 於所述電路布線層、IGBT管和柵極驅動管之間連接金屬線以形成預設電路。
9. 如權利要求8所述的智能功率模塊的製造方法，其特徵在於，所述設置數量與所述 IGBT管相同且分別作為相應的所述IGBT管的驅動電路的柵極驅動管的步驟包括： 將多個所述柵極驅動管分別設置於多個所述IGBT管的發射極上； 將所述柵極驅動管的驅動端通過所述金屬線與所述IGBT管的柵極連接。
10. 如權利要求8或9所述的智能功率模塊的製造方法，其特徵在於，所述於所述電路 布線層上的多個預設位置配設IGBT管的步驟中，所述電路布線層上用於設置所述IGBT管 的預設位置呈陣列排布。
11. 如權利要求8所述的智能功率模塊的製造方法，其特徵在於，多個所述柵極驅動管 包括數量相等的HVIC管和LVIC管。
12. 如權利要求8或11所述的智能功率模塊的製造方法，其特徵在於，在所述於所述電 路布線層上的多個預設位置配設IGBT管的步驟之後還包括： 設置數量與所述IGBT管相同的FRD管，該多個FRD管分別通過所述IGBT管固定於所 述電路布線層； 其中，將所述FRD管的陰極固定於所述IGBT管的集電極、陽極通過所述金屬線與所述 IGBT管的發射極電連接。
【文檔編號】H01L21/50GK104112740SQ201310435355
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】馮宇翔 申請人:廣東美的製冷設備有限公司