智能功率模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能功率模块，该智能功率模块包括用于驱动第一上桥臂功率器件、第二上桥臂功率器件及第三上桥臂功率器件的开关动作的高压侧控制驱动芯片，用于驱动第一下桥臂功率器件、第二下桥臂功率器件及第三下桥臂功率器件的开关动作的低压侧控制驱动芯片，以及用于设置高压侧控制驱动芯片和低压侧控制驱动芯片的金属基板；金属基板上设有用于安装高压侧控制驱动芯片的第一区域和用于安装低压侧控制驱动芯片的第二区域；第一区域和第二区域的中心连线与金属基板的一边平行。本实用新型能够降低智能功率模块的成本，并且还能够提高智能功率模块的可靠性。
【专利说明】智能功率模块
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子【技术领域】，特别涉及一种智能功率模块。
【背景技术】
[0002]智能功率模块，即IPM(Intelligent Power Module)是一种将电力电子和集成电路技术相结合的功率驱动类产品。智能功率模块把功率器件和高压驱动电路集成在一起，与传统分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种理想电力电子器件。
[0003]图1是现有技术中智能功率模块的模块组装结构示意图，如图1所示，该智能功率模块包括金属基板30,金属基板30上设有栅极驱动集成芯片1、第一上桥臂IGBT管6、第一下桥臂IGBT管7、第二上桥臂IGBT管4、第二下桥臂IGBT管5、第三上桥臂IGBT管2及第三下桥臂IGBT管3。栅极驱动集成芯片I的六个驱动输出端均经过栅极驱动集成芯片I与金属基板30之间的邦定线14、金属基板栅极驱动线路15 (即金属连接导线)及金属基板I与IGBT管的栅极之间的邦定线16将相应的驱动信号传输至对应的IGBT管的栅极，以控制IGBT管的开关动作。如图1所示，由于各IGBT管的面积较大，且IGBT管工作时的发热量也较大，因此在组装智能功率模块时，往往要求上述各个IGBT管之间的间距要大，又由于上述栅极驱动集成芯片I的面积比IGBT管的面积要小得多，从而造成栅极驱动集成芯片I至各IGBT管的金属基板栅极驱动线路15会很长，从而容易产生信号干扰的现象，使得智能功率模块的可靠性降低；并且，由于金属基板上栅极驱动集成芯片I的安装区域与各功率器件的安装区域的距离不相等，从而导致栅极驱动集成芯片I与各功率器件之间的金属基板栅极驱动线路15的长度不相等(即栅极驱动集成芯片I与各功率器件的控制端之间的线路距离不一致)，从而使得各路的寄生电感不相等(线路较长时，寄生电感较大)，从而造成信号传输失真的现象；另外，图1中的栅极驱动集成芯片I是将高压侧控制驱动电路与低压侧控制驱动电路集成在同一个芯片上，因此，制造栅极驱动集成芯片I时，必须采用同一种高压工艺(几百伏)同时制造栅极驱动集成芯片I中的高压侧控制驱动电路与低压侧控制驱动电路，使得该智能功率模块的成本较高。
实用新型内容
[0004]本实用新型的主要目的是降低智能功率模块的成本，提高智能功率模块的可靠性。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供一种智能功率模块，所述智能功率模块包括用于驱动第一上桥臂功率器件、第二上桥臂功率器件及第三上桥臂功率器件的开关动作的高压侧控制驱动芯片，用于驱动第一下桥臂功率器件、第二下桥臂功率器件及第三下桥臂功率器件的开关动作的低压侧控制驱动芯片，以及用于设置所述高压侧控制驱动芯片和低压侧控制驱动芯片的金属基板；其中，
[0006]所述金属基板上设有用于安装所述高压侧控制驱动芯片的第一区域和用于安装所述低压侧控制驱动芯片的第二区域；所述第一区域和所述第二区域的中心连线与所述金属基板的一边平行。
[0007]优选地，所述用于安装所述高压侧控制驱动芯片的第一区域以及所述用于安装所述低压侧控制驱动芯片的第二区域均为矩形；所述第一区域和所述第二区域的中心连线与所述第一区域的长边平行，且与所述第二区域的长边平行。
[0008]优选地，所述金属基板为矩形，所述第一区域和所述第二区域的中心连线与所述金属基板的长边平行。
[0009]优选地，所述金属基板上还设有用于安装所述第一上桥臂功率器件的第三区域、用于安装所述第二上桥臂功率器件的第四区域、用于安装所述第三上桥臂功率器件的第五区域、用于安装所述第一下桥臂功率器件的第六区域、用于安装所述第二下桥臂功率器件的第七区域及用于安装所述第三下桥臂功率器件的第八区域；其中，
[0010]所述第三区域、第四区域及第五区域依次排列于所述第一区域的长边方向的一侧；所述第六区域、第七区域及第八区域依次排列于所述第二区域的长边方向的一侧。
[0011]优选地，所述第三区域、第四区域、第五区域、第六区域、第七区域及第八区域依次排列于所述第一区域和所述第二区域的长边方向的同一侧。
[0012]优选地，所述高压侧控制驱动芯片包括第一驱动输出端、第二驱动输出端及第三驱动输出端；所述低压侧控制驱动芯片包括第四驱动输出端、第五驱动输出端及第六驱动输出端；其中，
[0013]所述第一驱动输出端、第二驱动输出端及第三驱动输出端依次等间距设于所述高压侧控制驱动芯片朝向所述第一上桥臂功率器件、第二上桥臂功率器件及第三上桥臂功率器件的一边；所述第四驱动输出端、第五驱动输出端及第六驱动输出端依次等间距设于所述低压侧控制驱动芯片朝向所述第一下桥臂功率器件、第二下桥臂功率器件及第三下桥臂功率器件一边。
[0014]优选地，所述智能功率模块还包括第一绑定线、第二绑定线、第三绑定线、第四绑定线、第五绑定线及第六绑定线；其中，
[0015]所述第一绑定线的一端与所述第一驱动输出端连接，所述第一绑定线的另一端与所述第一上桥臂功率器件的控制端连接；所述第二绑定线的一端与所述第二驱动输出端连接，所述第二绑定线的另一端与所述第二上桥臂功率器件的控制端连接；所述第三绑定线的一端与所述第三驱动输出端连接，所述第三绑定线的另一端与所述第三上桥臂功率器件的控制端连接；
[0016]所述第四绑定线的一端与所述第四驱动输出端连接，所述第四绑定线的另一端与所述第一下桥臂功率器件的控制端连接；所述第五绑定线的一端与所述第五驱动输出端连接，所述第五绑定线的另一端与所述第二下桥臂功率器件的控制端连接；所述第六绑定线的一端与所述第六驱动输出端连接，所述第六绑定线的另一端与所述第三下桥臂功率器件的控制端连接。
[0017]优选地，所述第一绑定线、第二绑定线、第三绑定线、第四绑定线、第五绑定线及第六绑定线的长度相等。
[0018]优选地，所述第一绑定线、第二绑定线、第三绑定线、第四绑定线、第五绑定线及第六绑定线均为铝硅线；所述第一绑定线、第二绑定线、第三绑定线、第四绑定线、第五绑定线及第六绑定线的线径均大于等于0.0254mm。
[0019]优选地，所述高压侧控制驱动芯片贴合所述金属基板的一面淀积有第一金层，所述低压侧控制驱动芯片贴合所述金属基板的一面均淀积有第二金层；所述第一金层及所述第二金层的厚度均大于等于Ium ;所述高压侧控制驱动芯片与所述金属基板之间以及所述低压侧控制驱动芯片与所述金属基板之间均设有一锡膏连接层。
[0020]本实用新型提供的智能功率模块，包括用于驱动第一上桥臂功率器件、第二上桥臂功率器件及第三上桥臂功率器件的开关动作的高压侧控制驱动芯片，用于驱动第一下桥臂功率器件、第二下桥臂功率器件及第三下桥臂功率器件的开关动作的低压侧控制驱动芯片，以及用于设置高压侧控制驱动芯片和低压侧控制驱动芯片的金属基板；金属基板上设有用于安装高压侧控制驱动芯片的第一区域和用于安装低压侧控制驱动芯片的第二区域；第一区域和第二区域的中心连线与金属基板的一边平行。本实用新型能够降低智能功率模块的成本，同时，还能够提高智能功率模块的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是现有技术中智能功率模块的模块组装结构示意图；
[0022]图2是本实用新型智能功率模块较佳实施例的模块组装结构示意图。
[0023]本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0024]应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0025]本实用新型提供一种智能功率模块。
[0026]参照图2，图2是本实用新型智能功率模块较佳实施例的模块组装结构示意图。
[0027]在一较佳实施例中，该智能功率模块包括金属基板70、高压侧控制驱动芯片10、低压侧控制驱动芯片20、第一上桥臂功率器件51、第二上桥臂功率器件52、第三上桥臂功率器件53、第一下桥臂功率器件61、第二下桥臂功率器件62及第三下桥臂功率器件63。本实施例中，第一上桥臂功率器件51、第二上桥臂功率器件52、第三上桥臂功率器件53、第一下桥臂功率器件61、第二下桥臂功率器件62及第三下桥臂功率器件63均为IGBT管，IGBT管的栅极为控制端。
[0028]其中，上述高压侧控制驱动芯片10用于驱动第一上桥臂功率器件51、第二上桥臂功率器件52及第三上桥臂功率器件53的开关动作；
[0029]上述低压侧控制驱动芯片20用于驱动第一下桥臂功率器件61、第二下桥臂功率器件62及第三下桥臂功率器件63的开关动作。
[0030]金属基板70上设有用于安装高压侧控制驱动芯片10的第一区域和用于安装低压侧控制驱动芯片20的第二区域。其中，第一区域和第二区域的中心连线与金属基板70的一边平行，即本实施例中，高压侧控制驱动芯片10和低压侧控制驱动芯片20的中心连线与金属基板70的一边平行。
[0031]本实施例中，金属基板70为矩形，并且，用于安装高压侧控制驱动芯片10的第一区域也为矩形，用于安装低压侧控制驱动芯片20的第二区域也为矩形。
[0032]本实施例中，第一区域和第二区域的中心连线与第一区域的长边平行，且与第二区域的长边平行；同时，第一区域和第二区域的中心连线与金属基板70的长边平行。即如图2所示，本实施例中，高压侧控制驱动芯片10和低压侧控制驱动芯片20的中心连线与高压侧控制驱动芯片10的长边平行，且与低压侧控制驱动芯片20的长边平行；同时，高压侧控制驱动芯片10和低压侧控制驱动芯片20的中心连线与金属基板70的长边平行。
[0033]进一步地，本实施例中，金属基板70上还设有用于安装第一上桥臂功率器件51的第三区域、用于安装第二上桥臂功率器件52的第四区域、用于安装第三上桥臂功率器件53的第五区域、用于安装第一下桥臂功率器件61的第六区域、用于安装第二下桥臂功率器件62的第七区域及用于安装第三下桥臂功率器件63的第八区域。其中，第三区域、第四区域及第五区域依次排列于第一区域的长边方向的一侧；第六区域、第七区域及第八区域依次排列于第二区域的长边方向的一侧。即本实施例中，第一上桥臂功率器件51、第二上桥臂功率器件52及第三上桥臂功率器件53依次排列于高压侧控制驱动芯片10的长边方向的一侧；第一下桥臂功率器件61、第二下桥臂功率器件62及第三下桥臂功率器件63依次排列于低压侧控制驱动芯片20的长边方向的一侧。
[0034]并且，本实施例中，第三区域、第四区域、第五区域、第六区域、第七区域及第八区域依次排列于第一区域和第二区域的长边方向的同一侧。即本实施例中，第一上桥臂功率器件51、第二上桥臂功率器件52、第三上桥臂功率器件53、第一下桥臂功率器件61、第二下桥臂功率器件62及第三下桥臂功率器件63依次排列于高压侧控制驱动芯片10和低压侧控制驱动芯片20的长边方向的同一侧。
[0035]进一步地，本实施例中，上述高压侧控制驱动芯片10包括第一驱动输出端A、第二驱动输出端B及第三驱动输出端C，上述低压侧控制驱动芯片20包括第四驱动输出端D、第五驱动输出端E及第六驱动输出端F。其中，高压侧控制驱动芯片10的第一驱动输出端A、第二驱动输出端B及第三驱动输出端C依次等间距设于高压侧控制驱动芯片10朝向第一上桥臂功率器件51、第二上桥臂功率器件52及第三上桥臂功率器件53的一边；低压侧控制驱动芯片20的第四驱动输出端D、第五驱动输出端E及第六驱动输出端F依次等间距设于低压侧控制驱动芯片20朝向第一下桥臂功率器件61、第二下桥臂功率器件62及第三下桥臂功率器件63的一边。
[0036]进一步地，本实施例智能功率模块还包括第一绑定线31、第二绑定线32、第三绑定线33、第四绑定线41、第五绑定线42及第六绑定线43。
[0037]其中，第一绑定线31的一端与高压侧控制驱动芯片10的第一驱动输出端A连接，第一绑定线31的另一端与第一上桥臂功率器件51的控制端连接；第二绑定线32的一端与高压侧控制驱动芯片10第二驱动输出端B连接，第二绑定线32的另一端与第二上桥臂功率器件52的控制端连接；第三绑定线33的一端与高压侧控制驱动芯片10的第三驱动输出端C连接，第三绑定线33的另一端与第三上桥臂功率器件53的控制端连接；
[0038]第四绑定线41的一端与低压侧控制驱动芯片20的第四驱动输出端D连接，第四绑定线41的另一端与第一下桥臂功率器件61的控制端连接；第五绑定线42的一端与低压侧控制驱动芯片20的第五驱动输出端E连接，第五绑定线42的另一端与第二下桥臂功率器件62的控制端连接；第六绑定线43的一端与低压侧控制驱动芯片20的第六驱动输出端F连接，第六绑定线43的另一端与第三下桥臂功率器件63的控制端连接。
[0039]本实施例中，上述第一绑定线31、第二绑定线32、第三绑定线33、第四绑定线41、第五绑定线42及第六绑定线43的长度均相等；并且，第一绑定线31、第二绑定线32、第三绑定线33、第四绑定线41、第五绑定线42及第六绑定线43均为铝硅线；同时，本实施例中，第一绑定线31、第二绑定线32、第三绑定线33、第四绑定线41、第五绑定线42及第六绑定线43的线径均大于等于Imil (0.0254mm)，以增强线强度，减少线的寄生电阻和寄生电感。并且，本实施例采用邦定线的连接方式将高压侧控制驱动芯片10与第一上桥臂功率器件
51、第二上桥臂功率器件52、第三上桥臂功率器件53直接连接，以及将低压侧控制驱动芯片20与第一下桥臂功率器件61、第二下桥臂功率器件62、第三下桥臂功率器件63直接连接，降低了金属基板70与各邦定线之间的接触电阻；同时，本实施例能够使高压侧控制驱动芯片10的驱动输出端至各上桥臂功率器件(第一上桥臂功率器件31、第二上桥臂功率器件32及第三上桥臂功率器件33)的控制端之间线路距离及低压侧控制驱动芯片20的驱动输出端至各下桥臂功率器件(第一下桥臂功率器件41、第二下桥臂功率器件42及第三下桥臂功率器件43)的控制端之间的线路距离最短，从而能够减少信号干扰；并且，本实施例由于上述各绑定线的长度均相等，因此避免了现有技术中栅极驱动集成芯片至各功率器件的控制端之间的线路距离不一致而造成的信号传输失真现象，从而提高了智能功率模块的可靠性。
[0040]进一步地，本实施例中，高压侧控制驱动芯片10贴合金属基板70的一面淀积有第一金层，低压侧控制驱动芯片20贴合金属基板70的一面均淀积有第二金层；并且，第一金层及第二金层的厚度均大于等于Ium ;同时，高压侧控制驱动芯片10与金属基板70之间以及低压侧控制驱动芯片20与金属基板70之间均设有一锡膏连接层，即高压侧控制驱动芯片10与金属基板70之间的连接，以及低压侧控制驱动芯片20与金属基板70之间的连接均采用锡膏回流焊方式进行连接，并且，上述第一上桥臂功率器件51、第二上桥臂功率器件
52、第三上桥臂功率器件53、第一下桥臂功率器件61、第二下桥臂功率器件62及第三下桥臂功率器件63与金属基板70之间的连接也是采用锡膏回流焊方式进行连接，而锡膏回流焊的连接方式，相对于现有技术中的银胶粘接方式(银胶粘接方式是芯片与基板的普遍连接方式)，降低了成本，同时，也缩短了生产时间。并且，本实施例中，上述高压侧控制驱动芯片10是采用复杂的高压隔离制造工艺技术生产的，上述低压侧控制驱动芯片20是采用普通的CMOS工艺生产的，而普通的CMOS工艺的工艺简单、技术成熟，从而进一步地降低了本实施例智能功率模块的生产成本。
[0041]本实施例提供的智能功率模块，能够使高压侧控制驱动芯片的驱动输出端至各上桥臂功率器件的控制端之间的线路距离以及低压侧控制驱动芯片的驱动输出端至各下桥臂功率器件的控制端之间的线路距离最短，从而能够减少信号干扰；并且，本实施例智能功率模块由于高压侧控制驱动芯片的驱动输出端至各上桥臂功率器件的控制端之间的线路距离及低压侧控制驱动芯片的驱动输出端至各下桥臂功率器件的控制端之间的线路距离均相等，因此，本实施例智能功率模块避免了现有技术中栅极驱动集成芯片至各功率器件的控制端之间的线路距离不一致而造成的信号传输失真现象，从而提高了智能功率模块的可靠性；同时，本实施例中高压侧控制驱动芯片采用复杂的高压隔离制造工艺技术进行生产，低压侧控制驱动芯片采用普通的CMOS工艺进行生产，而普通的CMOS工艺的工艺简单、技术成熟，使得本实施例智能功率模块相对于现有技术中的智能功率模块，极大地降低了智能功率模块的生产成本。
[0042]以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块包括用于驱动第一上桥臂功率器件、第二上桥臂功率器件及第三上桥臂功率器件的开关动作的高压侧控制驱动芯片，用于驱动第一下桥臂功率器件、第二下桥臂功率器件及第三下桥臂功率器件的开关动作的低压侧控制驱动芯片，以及用于设置所述高压侧控制驱动芯片和低压侧控制驱动芯片的金属基板；其中， 所述金属基板上设有用于安装所述高压侧控制驱动芯片的第一区域和用于安装所述低压侧控制驱动芯片的第二区域；所述第一区域和所述第二区域的中心连线与所述金属基板的一边平行。
2.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述用于安装所述高压侧控制驱动芯片的第一区域以及所述用于安装所述低压侧控制驱动芯片的第二区域均为矩形；所述第一区域和所述第二区域的中心连线与所述第一区域的长边平行，且与所述第二区域的长边平行。
3.如权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述金属基板为矩形，所述第一区域和所述第二区域的中心连线与所述金属基板的长边平行。
4.如权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，所述金属基板上还设有用于安装所述第一上桥臂功率器件的第三区域、用于安装所述第二上桥臂功率器件的第四区域、用于安装所述第三上桥臂功率器件的第五区域、用于安装所述第一下桥臂功率器件的第六区域、用于安装所述第二下桥臂功率器件的第七区域及用于安装所述第三下桥臂功率器件的第八区域；其中， 所述第三区域、第四区域及第五区域依次排列于所述第一区域的长边方向的一侧；所述第六区域、第七区域及第八区域依次排列于所述第二区域的长边方向的一侧。
5.如权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述第三区域、第四区域、第五区域、第六区域、第七区域及第八区域依次排列于所述第一区域和所述第二区域的长边方向的同一侧。
6.如权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，所述高压侧控制驱动芯片包括第一驱动输出端、第二驱动输出端及第三驱动输出端；所述低压侧控制驱动芯片包括第四驱动输出端、第五驱动输出端及第六驱动输出端；其中， 所述第一驱动输出端、第二驱动输出端及第三驱动输出端依次等间距设于所述高压侧控制驱动芯片朝向所述第一上桥臂功率器件、第二上桥臂功率器件及第三上桥臂功率器件的一边；所述第四驱动输出端、第五驱动输出端及第六驱动输出端依次等间距设于所述低压侧控制驱动芯片朝向所述第一下桥臂功率器件、第二下桥臂功率器件及第三下桥臂功率器件一边。
7.如权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括第一绑定线、第二绑定线、第三绑定线、第四绑定线、第五绑定线及第六绑定线；其中， 所述第一绑定线的一端与所述第一驱动输出端连接，所述第一绑定线的另一端与所述第一上桥臂功率器件的控制端连接；所述第二绑定线的一端与所述第二驱动输出端连接，所述第二绑定线的另一端与所述第二上桥臂功率器件的控制端连接；所述第三绑定线的一端与所述第三驱动输出端连接，所述第三绑定线的另一端与所述第三上桥臂功率器件的控制端连接； 所述第四绑定线的一端与所述第四驱动输出端连接，所述第四绑定线的另一端与所述第一下桥臂功率器件的控制端连接；所述第五绑定线的一端与所述第五驱动输出端连接，所述第五绑定线的另一端与所述第二下桥臂功率器件的控制端连接；所述第六绑定线的一端与所述第六驱动输出端连接，所述第六绑定线的另一端与所述第三下桥臂功率器件的控制端连接。
8.如权利要求7所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一绑定线、第二绑定线、第三绑定线、第四绑定线、第五绑定线及第六绑定线的长度相等。
9.如权利要求8所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一绑定线、第二绑定线、第三绑定线、第四绑定线、第五绑定线及第六绑定线均为铝硅线；所述第一绑定线、第二绑定线、第三绑定线、第四绑定线、第五绑定线及第六绑定线的线径均大于等于0.0254mm。
10.如权利要求9所述的智能功率模块，其特征在于，所述高压侧控制驱动芯片贴合所述金属基板的一面淀积有第一金层，所述低压侧控制驱动芯片贴合所述金属基板的一面均淀积有第二金层；所述第一金层及所述第二金层的厚度均大于等于Ium;所述高压侧控制驱动芯片与所述金属基板之间以及所述低压侧控制驱动芯片与所述金属基板之间均设有一锡膏连接层。
【文档编号】H01L25/16GK203932061SQ201420344117
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】潘志坚, 冯宇翔 申请人:广东美的集团芜湖制冷设备有限公司