一种灌胶型碳化硅智能功率模组的制作方法

1.本技术涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种灌胶型碳化硅智能功率模组。


背景技术：

2.智能功率模组，即ipm(intelligent power module)，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率半导体系统产品。智能功率模组把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内藏有欠电压、过电流和过热等故障检测电路。电压一般为600v，电流一般为1a～50a。集成的功率器件为硅igbt和硅mosfet等。智能功率模组一方面接收mcu、asic的控制信号，进行电压和电流放大、高低压隔离，驱动后续电路工作，另一方面，进行异常检测和自我保护，并将异常状态检测信号送回mcu。与传统分立方案相比，智能功率模组以其高集成度、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系统，是工业机械电机驱动，伺服电机驱动，变频家电，电动汽车，新能源的一种理想电力电子器件。
3.目前的ipm内部的hvic采用pn结和hvjt隔离，隔离电压达不到1200v，因此目前没有1200v的ipm，更没有1200v的碳化硅ipm，使得ipm可靠性较较差。碳化硅mos、sbd目前主要为单管封装，其驱动电路主要为板级电路或单管封装hvic，实现半桥、全桥、三相全桥、3-level、斩波等等功率系统电路拓扑需要采用pcb板，系统的面积大，组装比较困难，散热设计比较困难。应用时不方便，使得ipm的使用便捷性较差。


技术实现要素：

4.本技术实施例所要解决的技术问题是如何提高碳化硅智能功率模组的可靠性和使用便捷性。
5.为了解决上述技术问题，本技术实施例提供一种灌胶型碳化硅智能功率模组，所述灌胶型碳化硅智能功率模组包括：外壳、散热基板、引脚结构、碳化硅模组以及用于驱动所述碳化硅模组的hvic封装品，所述散热基板设置到所述外壳内底部，所述引脚结构设置在所述外壳上或所述散热基板上，所述碳化硅模组以及所述hvic封装品设置在所述散热基板上，所述外壳的内部空腔填充绝缘材料，所述hvic封装品与所述碳化硅模组电连接用于驱动所述碳化硅模组。
6.进一步的，所述散热基板为ims基板以及dbc基板中的一种。
7.进一步的，包括铜底板，所述外壳以及所述散热基板设置在所述铜底板上。
8.进一步的，所述绝缘材料为软性绝缘材料或硬性绝缘材料。
9.进一步的，当所述绝缘材料为软性绝缘材料时，所述外壳上方设置有外壳上盖。
10.进一步的，所述碳化硅模组为单路碳化硅模组、半桥碳化硅模组、h桥碳化硅模组、全桥碳化硅模组中的一种。
11.本发明还提供了一种灌胶型碳化硅智能功率模组，包括：外壳、散热基板、信号基板、引脚结构、碳化硅模组以及用于驱动所述碳化硅模组的hvic封装品，所述散热基板设置到所述外壳内底部，所述引脚结构设置在所述外壳上，或所述引脚框架设置在所述散热基
板和所述信号基板上，所述碳化硅模组设置在所述散热基板上，所述外壳的内部空绝缘材料，所述hvic封装品与所述碳化硅模组电连接用于驱动所述碳化硅模组，所述信号基板设置在所述外壳内底部且设置在所述散热基板的一侧，所述hvic封装品设置在所述信号基板上。
12.进一步的，所述信号基板为pcb板。
13.进一步的，所述引脚结构为引脚框架或引脚插针，所述引脚框架设置在所述外壳上，所述引脚插针设置在所述散热基板和所述信号基板上。
14.进一步的，所述引脚插针包括信号侧引脚插针以及功率侧引脚插针，所述信号侧引脚插针设置在所述信号基板上用于与外部电路进行信号传输，所述功率侧引脚插针设置在所述散热基板上用于与外部电路进行功率传输。
15.与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：本技术主要由散热基板(ims基板、dbc基板)、碳化硅模组、hvic封装品、外壳、引脚结构、绝缘材料等组成。通过软钎焊把碳化硅模组以及hvic封装品、被动元器件焊接在散热基板上，通过粘接胶把ims基板组装粘接到外壳(带引脚)上；采用键合线把sic mosfet、sbd键合区与ims基板键合区、引脚键合区进行连接；在外壳的内部空腔注入绝缘材料，把所有芯片和键合线包裹起来，绝缘胶固化。采用软质绝缘胶的模块盖上上盖，硬质绝缘胶的模块无需上盖。能够实现600v、1200v甚至更高电压的sic ipm模组，使传统的sic功率系统小型化和集成化，提高可靠性和使用便捷性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本技术采用ims基板的灌胶型碳化硅智能功率模组的一个实施例的架构图；
18.图2为图1的灌胶型碳化硅智能功率模组的平面示意图；
19.图3是本技术采用ims基板的灌胶型碳化硅智能功率模组的另一个实施例的架构图；
20.图4为图3的灌胶型碳化硅智能功率模组的平面示意图；
21.图5是本技术采用dbc基板+pcb板的灌胶型碳化硅智能功率模组的一个实施例的架构图；
22.图6是图5采用dbc基板+pcb板结构的灌胶型碳化硅智能功率模组的平面示意图；
23.图7是本技术采用dbc基板+pcb板的灌胶型碳化硅智能功率模组的另一个实施例的架构图；
24.图8是图7的灌胶型碳化硅智能功率模组的平面示意图；
25.图9是本技术采用dbc基板的灌胶型碳化硅智能功率模组的一个实施例的平面示意图；
26.图10是本技术采用dbc基板的灌胶型碳化硅模组的另一个实施例的架构图。
具体实施方式
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本技术的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
28.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
30.如图1-图4所示，本技术的灌胶型碳化硅智能功率模组包括：外壳1、散热基板8、引脚结构、碳化硅模组以及用于驱动所述碳化硅模组的hvic封装品6(内置高压集成电路)，所述散热基板8设置到所述外壳1内底部，所述引脚结构设置在所述外壳1上或所述散热基板8上，所述碳化硅模组以及所述hvic封装品6设置在所述散热基板8上，所述外壳1的内部空腔填充绝缘材料3，所述hvic封装品6与所述碳化硅模组电连接用于驱动所述碳化硅模组。
31.其中，所述散热基板8为ims基板以及dbc基板中的一种。具体的，具体的，ims基板的成本较低、设计灵活性较高、封装难度大、集成度较高、寄生电容较大、散热一般、绝缘耐压5000v、绝缘层缺陷较多、抗腐蚀好、机械强度较好、热匹配较好。dbc基板的成本中等、设计灵活性中等、封装难度低、集成度中等、寄生电容小、散热较好、绝缘耐压10000v以上、绝缘层缺陷少、抗腐蚀一般、机械强度陶瓷抗冲击较差、热匹配取决于陶瓷材料。当然，散热基板8还可以是hiset基板，hiset基板的运输成本高、设计灵活性低、封装难度中等、集成度较低、寄生电容小、散热一般、绝缘耐压5000v、绝缘层缺陷较多、抗腐蚀一般、机械强度较好、热匹配较差。三种散热基板有各自的区别和优缺点，可以根据传递模型碳化硅智能功率模组的具体使用场景以及需求侧重点来选择。
32.所述绝缘材料3可以为软性绝缘材料(如软性绝缘胶)或硬性绝缘材料(如硬性绝缘胶)。需要说明的是，当所述绝缘材料3为软性绝缘材料(软性绝缘胶)时，所述外壳1上方设置有外壳上盖7。当所述绝缘材料3为硬性绝缘材料(硬性绝缘胶)时，所述外壳1上方不设置外壳上盖7。
33.所述引脚结构为引脚框架2或引脚插针2’，所述引脚框架2设置在所述外壳1上，所述引脚插针2’设置在所述散热基板8上。
34.在本技术实施例中，碳化硅模组包括一个或多个集成碳化硅mos管5(sicmosfet芯片)和碳化硅特基二极管4(sic sbd芯片)组成。所述碳化硅模组可以为单路碳化硅模组、半桥碳化硅模组、h桥碳化硅模组、全桥碳化硅模组中的任意一种。本实施例中，附图主要以全桥的灌胶型碳化硅智能功率模组为例进行展示说明。当然，单路、半桥(双路)、h桥(4路)的灌胶型碳化硅智能功率模组也类似设计。进而得到不同的碳化硅智能功率模组，满足不同的需求。单路、半桥(双路)、h桥(4路)的灌胶型碳化硅智能功率模组没有展示对应附图。
35.需要说明的是，散热基板8、引脚结构、碳化硅模组以及hvic封装品6之间可以是通过键合线以及软钎焊来实现连接的。
36.具体的，如图1所示，图1是本技术采用ims基板的灌胶型碳化硅智能功率模组的一个实施例的架构图。其中，散热基板8为ims基板，碳化硅模组(集成碳化硅mos管5(sic mosfet芯片)和碳化硅特基二极管4(sic sbd芯片))、hvic封装品6组装在ims基板上，ims基板起到散热、电压隔离、逻辑电路连接、功率电路连接作用。引脚框架2嵌套在外壳1上，通过键合线与ims基板连接，与外部电路进行信号传输和功率传输。ims基板组装和粘贴在外壳1上，外壳1的内部空腔填充软性绝缘材料，如绝缘胶，进行电压隔离，同时起到应力缓冲作用，外壳1顶部加上硬质的外壳上盖7进行保护。或外壳1的内部空腔填充硬性绝缘材料，进行电压隔离，无需加外壳上盖7。
37.更具体的，如图2所示，图2为图1的灌胶型碳化硅智能功率模组的平面示意图。以ims基板作为电路板，上面设置有sic mosfet芯片5、sic sbd芯片4、hvic封装品6、信号线路、功率线路、被动元器件，引脚结构仅作为对外的连接。
38.通过软钎焊把碳化硅模组(集成碳化硅mos管5(sic mosfet芯片)和碳化硅特基二极管4(sic sbd芯片))以及hvic封装品6、被动元器件焊接在ims基板上，通过粘接胶把ims基板组装粘接到外壳1(带引脚)上；采用键合线把sic mosfet、sbd键合区与ims基板键合区、引脚键合区进行连接；在外壳1的内部空腔注入绝缘胶，把所有芯片和键合线包裹起来，绝缘胶固化。采用软质绝缘胶的模组需要盖上外壳上盖7，硬质绝缘胶的模块无需外壳上盖7。
39.如图3所示，图3是本技术采用ims基板的灌胶型碳化硅智能功率模组的另一个实施例的架构图。散热基板8为ims基板，碳化硅模组(集成碳化硅mos管5(sic mosfet)和碳化硅特基二极管4(sic sbd))、hvic封装品6组装在ims基板上，ims基板起到散热、电压隔离、逻辑电路连接、功率电路连接作用。该引脚结构为插针式的引脚插针2’，引脚插针2’与ims基板连接，与外部电路进行信号传输和功率传输。ims基板组装和粘贴在外壳1上，外壳1的内部空腔填充软性绝缘材料，进行电压隔离，同时起到应力缓冲作用，外壳1顶部加上硬质的外壳上盖7进行保护。或外壳1的内部空腔填充硬性绝缘材料，进行电压隔离，无需加盖上盖。
40.如图4所示，图4为图3的灌胶型碳化硅智能功率模组的平面示意图。以ims基板作为电路板，上面设置有sic mosfet芯片5、sic sbd芯片4、hvic封装品6、信号线路、功率线路、被动元器件，该框架引脚为插针式，通过引脚插针2’作为对外的连接。
41.通过软钎焊把sic mosfet、sbd等功率芯片以及hvic封装品6、被动元器件焊接在ims基板上；采用键合线把sic mosfet、sbd键合区与ims基板键合区、引脚键合区进行连接；通过软钎焊把引脚插针2’焊接到ims基板上；通过粘接胶把ims基板组装粘接到外壳1(不带引脚)上；在外壳1的内部空腔注入绝缘胶，把所有芯片和键合线包裹起来，绝缘胶固化。采用软质绝缘胶的模块盖上上盖，硬质绝缘胶的模块无需上盖。
42.在本技术一实施方式中，如图5-8所示，该灌胶型碳化硅智能功率模组包括外壳1、散热基板8、信号基板9、引脚结构、碳化硅模组以及用于驱动所述碳化硅模组的hvic封装品6，所述散热基板8设置到所述外壳1内底部，所述引脚结构设置在所述外壳1上，或所述引脚框架设置在所述散热基板8和所述信号基板9上，所述碳化硅模组设置在所述散热基板8上，
所述外壳1的内部空绝缘材料，所述hvic封装品6与所述碳化硅模组电连接用于驱动所述碳化硅模组，所述信号基板9设置在所述外壳1内底部且设置在所述散热基板8的一侧，所述hvic封装品6设置在所述信号基板9上。
43.其中，所述信号基板9为pcb板。当引脚结构为引脚框架2时，所述引脚框架2设置在所述外壳1上。所述引脚结构为引脚插针2’，所述引脚插针2’设置在所述散热基板8和所述信号基板9上，所述引脚插针2’包括信号侧引脚插针以及功率侧引脚插针，所述信号侧引脚插针设置在所述信号基板9上用于与外部电路进行信号传输，所述功率侧引脚插针设置在所述散热基板8上用于与外部电路进行功率传输。
44.具体的，如图5所示，图5是本技术采用dbc基板+pcb板的灌胶型碳化硅智能功率模组的一个实施例的架构图。散热基板8为dbc基板，信号基板9为pcb板，将sic mosfet芯片、sic sbd芯片组装在dbc基板上；hvic封装品6组装在pcb板上，dbc基板起到散热、电压隔离、功率电路连接作用。pcb板起到电压隔离、逻辑电路连接作用。引脚框架2嵌套在外壳1上，通过键合线与dbc基板、pcb板连接，与外部电路进行信号传输和功率传输。pcb侧引脚框架2主要为信号传输，可以成为信号侧引脚框架2。dbc侧引脚框架2主要为功率传输，可以成为功率侧引脚框架2。dbc基板和pcb板组装和粘贴在外壳1上，外壳1的内部空腔填充软性绝缘材料，进行电压隔离，同时起到应力缓冲作用，顶部加盖硬质上盖进行保护。或外壳1的内部空腔填充硬性绝缘材料，进行电压隔离，无需加盖上盖。
45.如图6所示，图6是图5采用dbc基板+pcb板结构的灌胶型碳化硅智能功率模组的平面示意图。以dbc基板作为功率路板，上面设置有sic mosfet芯片、sic sbd芯片；pcb板和引脚框架2作为信号电路和对外的连接，pcb板上面布局设置有hvic封装品6、信号线路。
46.通过软钎焊把sic mosfet、sbd等功率芯片焊接在dbc基板上,hvic封装品6、被动元器件焊接在pcb板上，通过粘接胶把dbc基板和pcb板组装粘接到外壳1(带引脚)上；采用键合线把sic mosfet、sbd键合区、dbc基板键合区、pcb板键合区、引脚键合区进行连接；在外壳1的内部空腔注入绝缘胶，把所有芯片和键合线包裹起来，绝缘胶固化。采用软质绝缘胶的模块盖上外壳上盖7，硬质绝缘胶的模块无需上盖。
47.如图7所示，图7是本技术采用dbc基板+pcb板的灌胶型碳化硅智能功率模组的另一个实施例的架构图。散热基板8为dbc基板，信号基板9为pcb板，将sic mosfet芯片、sic sbd芯片组装在dbc基板上；hvic封装品6组装在pcb板上，该引脚结构为插针式的引脚插针2’，引脚插针2’与dbc基板、pcb板连接，dbc基板起到散热、电压隔离、功率电路连接作用。pcb板起到电压隔离、逻辑电路连接作用。pcb板侧的引脚插针2’主要为信号传输，可以成为信号侧引脚插针。dbc侧的引脚插针2’主要为功率传输，可以成为功率侧引脚插针。dbc基板、pcb板组装和粘贴在外壳1上，外壳1的内部空腔填充软性绝缘材料，进行电压隔离，同时起到应力缓冲作用，顶部加盖硬质上盖进行保护。或外壳1的内部空腔填充硬性绝缘材料，进行电压隔离，无需加盖上盖。
48.如图8所示，图8是图7的灌胶型碳化硅智能功率模组的平面示意图，以dbc基板作为功率电路板，上面布局设计sic mosfet芯片、sic sbd芯片；pcb板作为信号电路，上面布局设计hvic封装品6、信号线路。引脚插针2’焊接在dbc和pcb板上，作为对外线路连接。
49.在本技术实施例中，如图9-图10，灌胶型碳化硅智能功率模组包括铜底板10，所述外壳1以及所述散热基板8设置在所述铜底板10上。
50.如图9所示，图9是本技术采用dbc基板的灌胶型碳化硅智能功率模组的一个实施例的架构图。散热基板8为dbc基板，将sic mosfet芯片、sic sbd芯片、hvic封装品6组装在dbc基板上，dbc基板组装在铜底板10上，dbc基板起到散热、电压隔离、逻辑电路连接、功率电路连接作用。铜底板10起到散热作用，用于将内部热量散热到外部，从而与散热基板8起到双重散热功能。引脚框架2嵌套在外壳1上，通过键合线与dbc基板连接，与外部电路进行信号传输和功率传输。外壳1组装粘贴在铜底板10上，外壳1的内部空腔填充软性绝缘材料，进行电压隔离，同时起到应力缓冲作用，顶部加盖硬质上盖进行保护。或外壳1的内部空腔填充硬性绝缘材料，进行电压隔离，无需加盖上盖。
51.如图2所示，以dbc基板作为电路板，上面设置有sic mosfet芯片、sicsbd芯片、hvic封装品6、信号线路、功率线路、被动元器件，引脚框架2仅作为对外的连接。
52.通过软钎焊把sic mosfet、sbd等功率芯片,hvic封装品6、被动元器件焊接在dbc基板上，通过软钎焊把dbc焊接到铜基板上；通过粘接胶把外壳1(带引脚)粘接到铜基板上；采用键合线把sic mosfet、sbd键合区、dbc基板键合区、引脚键合区进行连接；在外壳1内部注入绝缘胶，把所有芯片和键合线包裹起来，绝缘胶固化。采用软质绝缘胶的模块盖上上盖，硬质绝缘胶的模块无需上盖。
53.如图10所示，图10是本技术采用dbc基板的灌胶型碳化硅模组的另一个实施例的架构图。散热基板8为dbc基板，将hvic封装品6、sic mosfet芯片、sic sbd芯片组装在dbc基板上，dbc基板组装在铜底板10上，dbc基板起到散热、电压隔离、功率电路连接作用。该引脚为插针式，引脚插针2’与dbc基板连接，引脚插针2’起到电压隔离、逻辑电路连接作用。与外部电路进行信号传输和功率传输。外壳1组装粘贴在铜底板10上，外壳1的内部空腔填充软性绝缘材料，进行电压隔离，同时起到应力缓冲作用，顶部加盖硬质上盖进行保护。或外壳1的内部空腔填充硬性绝缘材料，进行电压隔离，无需加盖上盖。
54.如图4所示，以dbc基板作为电路板，上面设置有碳化硅模组(sic mosfet芯片、sic sbd芯片)、hvic封装品6、信号线路、功率线路、被动元器件，该框架引脚为插针式，通过引脚插作为对外的连接。
55.通过软钎焊把碳化硅模组(sic mosfet、sbd等功率芯片),hvic封装品6、被动元器件焊接在dbc基板上，采用键合线把sic mosfet、sbd键合区、dbc基板键合区进行连接；通过软钎焊把dbc焊接到铜基板上；通过软钎焊把引脚插针2’焊接到dbc上；通过粘接胶把外壳1(不带引脚)粘接到铜基板上；在外壳1内部注入绝缘胶，把所有芯片和键合线包裹起来，绝缘胶固化。采用软质绝缘胶的模块盖上上盖，硬质绝缘胶的模块无需上盖。
56.在本技术实施例中，灌胶型碳化硅智能功率模组主要由散热基板8(ims基板、dbc基板)、碳化硅模组、hvic封装品6、外壳1、引脚结构、绝缘材料3等组成。通过软钎焊把碳化硅模组以及hvic封装品6、被动元器件焊接在散热基板8上，通过粘接胶把ims基板组装粘接到外壳1(带引脚)上；采用键合线把sic mosfet、sbd键合区与ims基板键合区、引脚键合区进行连接；在外壳1的内部空腔注入绝缘材料3，把所有芯片和键合线包裹起来，绝缘胶固化。采用软质绝缘胶的模块盖上上盖，硬质绝缘胶的模块无需上盖。能够实现600v、1200v甚至更高电压的sic ipm模组，使传统的sic功率系统小型化和集成化，提高可靠性和使用便捷性。
57.显然，以上所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，附
图中给出了本技术的较佳实施例，但并不限制本技术的专利范围。本技术可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本技术说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本技术专利保护范围之内。