智能功率模块的制备方法、智能功率模块和电力电子设备与流程

本发明涉及智能功率模块技术领域，具体而言，涉及一种智能功率模块的制备方法、一种智能功率模块和一种电力电子设备。

背景技术：

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结合的功率驱动器件(Deriver Integrated Circuit，即Driver IC)。由于具有高集成度、高可靠性等优势，智能功率模块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、伺服驱动和变频家电常用的电力电子器件。

现行智能功率模块100的电路结构如图1所示：

HVIC(Hyper-Velocity integrated circuit，高速集成控制电路)芯片101的VCC端作为所述智能功率模块100的低压区供电电源正端VDD，VDD一般为15V；所述HVIC芯片101的HIN1端作为所述智能功率模块100的U相上桥臂输入端UHIN；所述HVIC芯片101的HIN2端作为所述智能功率模块100的V相上桥臂输入端VHIN；所述HVIC芯片101的HIN3端作为所述智能功率模块100的W相上桥臂输入端WHIN；所述HVIC芯片101的LIN1端作为所述智能功率模块100的U相下桥臂输入端ULIN；所述HVIC芯片101的LIN2端作为所述智能功率模块100的V相下桥臂输入端VLIN；所述HVIC芯片101的LIN3端作为所述智能功率模块100的W相下桥臂输入端WLIN；在此，所述智能功率模块100的U、V、W三相的六路输入接收0～5V的输入信号；所述HVIC芯片101的GND端作为所述智能功率模块100的低压区供电电源负端COM；所述HVIC芯片101的VB1端作为所述智能功率模块100的U相高压区供电电源正端UVB；所述HVIC芯片101的HO1端与U相上桥臂IGBT管121的基极相连；所述HVIC芯片101的VS1端与所述IGBT管121的发射极、FRD管111的阳极、U相下桥臂IGBT管124的集电极、FRD管114的阴极相连，并作为所述智能功率模块100的U相高压区供电电源负端UVS；所述HVIC芯片101的VB2端作为所述智能功率模块100的U相高压区供电电源正端VVB；所述HVIC芯片101的HO3端与V相上桥臂IGBT管123的基极相连；所述HVIC芯片101的VS2端与所述IGBT管122的发射极、FRD管112的阳极、V相下桥臂IGBT管125的集电极、FRD管115的阴极相连，并作为所述智能功率模块100的W相高压区供电电源负端VVS；所述HVIC芯片101的VB3端作为所述智能功率模块100的W相高压区供电电源正端WVB；所述HVIC芯片101的HO3端与W相上桥臂IGBT管123的基极相连；所述HVIC芯片101的VS3端与所述IGBT管123的发射极、FRD管113的阳极、W相下桥臂IGBT管126的集电极、FRD管116的阴极相连，并作为所述智能功率模块100的W相高压区供电电源负端WVS；所述HVIC芯片101的LO1端与所述IGBT管124的基极相连；所述HVIC芯片101的LO2端与所述IGBT管125的基极相连；所述HVIC芯片101的LO3端与所述IGBT管126的基极相连；所述IGBT管124的发射极与所述FRD管114的阳极相连，并作为所述智能功率模块100的U相低电压参考端UN；所述IGBT管125的发射极与所述FRD管115的阳极相连，并作为所述智能功率模块100的V相低电压参考端VN；所述IGBT管126的发射极与所述FRD管116的阳极相连，并作为所述智能功率模块100的W相低电压参考端WN；所述IGBT管121的集电极、所述FRD管111的阴极、所述IGBT管122的集电极、所述FRD管112的阴极、所述IGBT管123的集电极、所述FRD管113的阴极相连，并作为所述智能功率模块100的高电压输入端P，P一般接300V。

其中，所述HVIC芯片101的作用是：将输入端HIN1、HIN2、HIN3和LIN1、LIN2、LIN3的0～5V的逻辑信号分别传到输出端HO1、HO2、HO3和LO1、LO2、LO3，其中HO1、HO2、HO3是VS～VS+15V的逻辑信号，LO1、LO2、LO3是0～15V的逻辑信号。

参照图2(A)和图2(B)说明现有智能功率模块100的结构。

图2(A)是所述智能功率模块100的取出封装树脂后的俯视图。

图2(B)是图2(A)的X-X’线剖面图。

如图2(A)和图2(B)所示，智能功率模块包括：电路基板206；设于上述电路基板206表面上的绝缘层207上形成的上述电路布线208；被固定在上述电路布线208上的上述IGBT管121～126、上述FRD管111～116、上述HVIC芯片101等元器件；连接元器件和上述电路布线208的金属线205；与上述电路布线208连接的引脚201；上述电路基板206的至少一面被密封树脂202密封，为了提高密封性，会将电路基板206全部密封，为了提高散热性，会使上述铝基板206的背面露出到外部的状态下进行密封。

上述智能功率模块的制造方法包括：将铝材形成适当大小作为上述电路基板206，在上述电路基板206表面上设置上述绝缘层207并在上述绝缘层207上形成铜箔，通过刻蚀使铜箔形成上述电路布线208；在上述电路布线208的特定位置涂装锡膏；在锡膏上放置上述元器件和上述引脚201；通过回流焊使锡膏固化，上述元器件和上述引脚101固定在上述电路布线208上；通过喷淋、超声等清洗方式，清除残留在上述电路基板206上的助焊剂；通过邦定金属线205，使上述元器件间、上述元器件和上述电路布线208间形成连接；通过使用热塑性树脂的注入模模制或使用热硬性树脂的传递模模制方式，将上述电路元件密封；将上述引脚201多余部分切除并形成所需的形状；箭头组件209是IGBT管123往电路基板206方向的散热途径；通过测试设备进行必要的测试，测试合格者就成为上述智能功率模块。

从图1、图2(A)和图2(B)可以看出现有智能功率模块至少存在以下缺陷：

(1)现行的智能功率模块的HVIC芯片与6对IGBT、FRD管同处一块电路基板上，容易受热，降低性能.

(2)由于现行智能功率模块的结构造成的分布电感、电容较大，造成开关损耗很高，现行智能功率模块实际工作时发热非常严重，所以需要厚重的电路基板206作为散热器帮助上述IGBT管及FRD管散热。

(3)对于功率较大的应用场合，如驱动变频空调压缩机的场合，如果在上述电路基板上外接更大的铝散热器，增加了智能功率模块的材料成本、运输成本和应用成本，阻碍了智能功率模块的普及。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出了一种智能功率模块的制备方法。

本发明的另一个目的在于提出了一种智能功率模块。

本发明的另一个目的在于提出了一种电力电子设备。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例，提出了一种智能功率模块的制备方法，包括：在基板的正侧形成隔离槽，以将基板划分为隔离的第一区域和第二区域；在第一区域上形成高功率器件，高功率器件包括MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Translator，绝缘栅门极晶体管)和快速恢复二极管；在第二区域上形成低功率器件，低功率器件包括高速集成控制电路；在高功率器件和低功率器件之间形成邦定线。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通过形成隔离槽将基板划分为第一区域和第二区域，以实现高功率器件和低功率器件之间的隔离，减少了高功率器件工作过程产生的热量向低功率器件传输，进而减少了低功率器件的热噪声和热串扰，尤其是对于高速集成控制电路这一类低功率器件而言，有效地提高了器件可靠性和使用寿命。

根据本发明的上述实施例的智能功率模块的制备方法，还可以具有以下技术特征：

优选地，还包括：采用热硬性树脂材料对形成邦定线的基板进行半包封装或全包封装，以形成覆盖高功率器件、低功率器件和邦定线的封装外壳。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通过形成覆盖高功率器件、低功率器件和邦定线的封装外壳，减少了电磁干扰对智能功率模块的干扰，进一步地提升了器件可靠性。

优选地，还包括：在进行半包封装或全包封装前，形成伸出于封装外壳的高功率器件的引脚和低功率器件的引脚。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通过在进行半包封装或全包封装前，形成伸出于封装外壳的高功率器件的引脚和低功率器件的引脚，可以便捷地将智能功率模块插接于外围电路板，适于批量生产。

优选地，在基板上形成隔离槽前，还包括：将金属基材切割为指定尺寸的板材；在板材的正侧依次形成绝缘层和图形化的电路布线，其中，隔离槽与电路布线之间的最小距离为100微米。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通常将金属基材切割为表面积为44mm×20mm的板材，另外，通过设置隔离槽与电路布线之间的最小距离为100微米，减少了隔离槽制备工艺对电路布线的影响，尤其是降低了电路布线断路或剥落的可能性，提升了电路布线的可靠性。

优选地，在板材的正侧依次形成绝缘层和图形化的电路布线，具体包括以下步骤：采用氧化工艺或淀积工艺在板材的正侧形成氧化层，作为绝缘层；在氧化层的指定区域形成覆铜层；对覆铜层进行图形化刻蚀，以形成电路布线，第一区域的电路布线的指定区域用于焊接高功率器件，第二区域的电路布线的指定区域用于焊接低功率器件。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通过设置第一区域的电路布线的指定区域用于焊接高功率器件，第二区域的电路布线的指定区域用于焊接低功率器件，实现了高功率器件和低功率器件之间的隔离，减少了高功率器件工作过程产生的热量向低功率器件传输，进而减少了低功率器件的热噪声和热串扰，尤其是对于高速集成控制电路这一类低功率器件而言，有效地提高了器件可靠性和使用寿命。

优选地，还包括：对形成封装外壳的基板进行绝缘耐压测试、静态功耗测试和延迟时间测试中的至少一种测试。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通过对形成封装外壳的基板进行绝缘耐压测试、静态功耗测试和延迟时间测试中的至少一种测试，提升了智能功率模块的可靠性和成品率。

根据本发明的第二方面的实施例，提出了一种智能功率模块，包括：基板的正侧依次复合有绝缘层和电路布线；隔离槽，将基板划分为第一区域和第二区域；高功率器件，设于第一区域上，高功率器件包括MOSFET、IGBT和快速恢复二极管；低功率器件，设于第二区域上，低功率器件包括高速集成控制电路；邦定线，连接于低功率器件和高功率器件之间。

根据本发明的实施例的智能功率模块，通过形成隔离槽将基板划分为第一区域和第二区域，以实现高功率器件和低功率器件之间的隔离，减少了高功率器件工作过程产生的热量向低功率器件传输，进而减少了低功率器件的热噪声和热串扰，尤其是对于高速集成控制电路这一类低功率器件而言，有效地提高了器件可靠性和使用寿命。

根据本发明的上述实施例的智能功率模块，还可以具有以下技术特征：

优选地，还包括：封装外壳，全包封装或半包封装以覆盖高功率器件、低功率器件和邦定线。

根据本发明的实施例的智能功率模块，通过设置覆盖高功率器件、低功率器件和邦定线的封装外壳，减少了电磁干扰对智能功率模块的干扰，进一步地提升了器件可靠性。

优选地，还包括：高功率器件的引脚和低功率器件的引脚，伸出于封装外壳的外侧。

根据本发明的实施例的智能功率模块，通过设置高功率器件的引脚和低功率器件的引脚，伸出于封装外壳的外侧，可以便捷地将智能功率模块插接于外围电路板，适于批量生产。

优选地，还包括：合金层，设于引脚的表层，合金层的厚度范围为0.1～10微米。

根据本发明的实施例的智能功率模块，通过在引脚的表层设置合金层，另外，合金层可以保护引脚不被腐蚀氧化，提升了引脚焊接工艺的可靠性。

优选地，合金层的厚度为5微米。

优选地，还包括：绝缘层，形成于基板的正侧，绝缘层内掺杂有散热颗粒，散热颗粒的形状包括球形和角型；图形化的电路布线，形成于绝缘层上，隔离槽与电路布线之间的最小距离为100微米，其中，第一区域上的电路布线设有高功率器件，第二区域上的电路布线设有低功率器件。

根据本发明的实施例的智能功率模块，通过设置第一区域的电路布线的指定区域用于焊接高功率器件，第二区域的电路布线的指定区域用于焊接低功率器件，实现了高功率器件和低功率器件之间的隔离，减少了高功率器件工作过程产生的热量向低功率器件传输，进而减少了低功率器件的热噪声和热串扰，尤其是对于高速集成控制电路这一类低功率器件而言，有效地提高了器件可靠性和使用寿命。

优选地，邦定线的线宽范围为350～400微米。

优选地，电路布线的厚度为0.0175毫米或0.035毫米或0.07毫米。

根据本发明的第三方面的实施例，提出了一种电力电子设备，包括如上述第二方面的技术方案所述的智能功率模块。

优选地，电力电子设备为空调器。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了相关技术中智能功率模块的电路示意图；

图2(A)示出了相关技术中智能功率模块的俯视示意图；

图2(B)示出了图2(A)中智能功率模块的剖视示意图；

图3(A)示出了根据本发明的实施例的智能功率模块的俯视示意图；

图3(B)示出了图3(A)的实施例的智能功率模块的剖视示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法的实施例一的示意流程图；

图5示出了根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法的实施例二的示意流程图；

图6示出了根据本发明的实施例的电力电子设备的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图3(A)示出了根据本发明的实施例的智能功率模块的俯视示意图。

图3(B)示出了图3(A)的实施例的智能功率模块的剖视示意图。

下面结合图3(A)和图3(B)对根据本发明的实施例的智能功率模块进行具体说明。

如图3(A)和图3(B)所示，根据本发明的实施例的智能功率模块300，包括：基板的正侧依次复合有绝缘层和电路布线；隔离槽302，将基板划分为第一区域304和第二区域306；高功率器件，设于第一区域304上，高功率器件包括MOSFET、IGBT和快速恢复二极管；低功率器件，设于第二区域306上，低功率器件包括高速集成控制电路312；邦定线314，连接于低功率器件和高功率器件之间。

根据本发明的实施例的智能功率模块300，通过形成隔离槽302将基板划分为第一区域304和第二区域306，以实现高功率器件和低功率器件之间的隔离，减少了高功率器件工作过程产生的热量向低功率器件传输，进而减少了低功率器件的热噪声和热串扰，尤其是对于高速集成控制电路312这一类低功率器件而言，有效地提高了器件可靠性和使用寿命。

其中，在形成隔离槽302的同时，绝缘层被切割为分离的第一区域的绝缘层320和第二区域的绝缘层322，但是，电路布线在图形化过程中，形成分离的两部分布线区，也即第一区域的电路布线316，形成于第一区域的绝缘层320上，第而区域的电路布线318，形成于第二区域的绝缘层322上。

如图3(A)所示，第一区域的电路布线的指定区域焊接有多组IGBT和FRD，上三相分别为第一IGBT 308A和第一FRD 310A、第二IGBT 308B和第二FRD 310B、第三IGBT 308C和第三FRD 310C，下三相分别为第四IGBT 308D和第四FRD 310D、第五IGBT 308E和第五FRD 310E、第六IGBT 308F和第六FRD 310F，HVIC 312焊接于第二区域的电路布线的指定区域，另外，全部引脚328的具体作用与背景技术中描述相同。

根据本发明的上述实施例的智能功率模块300，还可以具有以下技术特征：

优选地，还包括：封装外壳324，全包封装或半包封装以覆盖高功率器件、低功率器件和邦定线314。

根据本发明的实施例的智能功率模块300，通过设置覆盖高功率器件、低功率器件和邦定线314的封装外壳324，减少了电磁干扰对智能功率模块300的干扰，进一步地提升了器件可靠性。

优选地，还包括：高功率器件的引脚和低功率器件的引脚，伸出于封装外壳324的外侧。

根据本发明的实施例的智能功率模块300，通过设置高功率器件的引脚和低功率器件的引脚，伸出于封装外壳324的外侧，可以便捷地将智能功率模块300插接于外围电路板，适于批量生产。

优选地，还包括：合金层，设于引脚的表层，合金层的厚度范围为0.1～10微米。

根据本发明的实施例的智能功率模块300，通过在引脚的表层设置合金层，另外，合金层可以保护引脚不被腐蚀氧化，提升了引脚焊接工艺的可靠性。

优选地，合金层的厚度为5微米。

优选地，还包括：绝缘层，形成于基板的正侧，绝缘层内掺杂有散热颗粒，散热颗粒的形状包括球形和角型；图形化的电路布线，形成于绝缘层上，隔离槽302与电路布线之间的最小距离为100微米，其中，第一区域304上的电路布线设有高功率器件，第二区域306上的电路布线设有低功率器件。

根据本发明的实施例的智能功率模块300，通过设置第一区域304的电路布线的指定区域用于焊接高功率器件，第二区域306的电路布线的指定区域用于焊接低功率器件，实现了高功率器件和低功率器件之间的隔离，减少了高功率器件工作过程产生的热量向低功率器件传输，进而减少了低功率器件的热噪声和热串扰，尤其是对于高速集成控制电路312这一类低功率器件而言，有效地提高了器件可靠性和使用寿命。

优选地，邦定线314的线宽范围为350～400微米。

优选地，电路布线的厚度为0.0175毫米或0.035毫米或0.07毫米。

图4示出了根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法的实施例一的示意流程图。

图5示出了根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法的实施例二的示意流程图。

下面结合图4和图5对根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法进行具体说明。

实施例一：

如图4所示，根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，包括：步骤402，在基板的正侧形成隔离槽，以将基板划分为隔离的第一区域和第二区域；步骤404，在第一区域上形成高功率器件，高功率器件包括MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Translator，绝缘栅门极晶体管)和快速恢复二极管；步骤406，在第二区域上形成低功率器件，低功率器件包括高速集成控制电路；步骤408，在高功率器件和低功率器件之间形成邦定线。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通过形成隔离槽将基板划分为第一区域和第二区域，以实现高功率器件和低功率器件之间的隔离，减少了高功率器件工作过程产生的热量向低功率器件传输，进而减少了低功率器件的热噪声和热串扰，尤其是对于高速集成控制电路这一类低功率器件而言，有效地提高了器件可靠性和使用寿命。

根据本发明的上述实施例的智能功率模块的制备方法，还可以具有以下技术特征：

优选地，还包括：采用热硬性树脂材料对形成邦定线的基板进行半包封装或全包封装，以形成覆盖高功率器件、低功率器件和邦定线的封装外壳。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通过形成覆盖高功率器件、低功率器件和邦定线的封装外壳，减少了电磁干扰对智能功率模块的干扰，进一步地提升了器件可靠性。

优选地，还包括：在进行半包封装或全包封装前，形成伸出于封装外壳的高功率器件的引脚和低功率器件的引脚。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通过在进行半包封装或全包封装前，形成伸出于封装外壳的高功率器件的引脚和低功率器件的引脚，可以便捷地将智能功率模块插接于外围电路板，适于批量生产。

优选地，在基板上形成隔离槽前，还包括：将金属基材切割为指定尺寸的板材；在板材的正侧依次形成绝缘层和图形化的电路布线，其中，隔离槽与电路布线之间的最小距离为100微米。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通常将金属基材切割为表面积为44mm×20mm的板材，另外，通过设置隔离槽与电路布线之间的最小距离为100微米，减少了隔离槽制备工艺对电路布线的影响，尤其是降低了电路布线断路或剥落的可能性，提升了电路布线的可靠性。

优选地，在板材的正侧依次形成绝缘层和图形化的电路布线，具体包括以下步骤：采用氧化工艺或淀积工艺在板材的正侧形成氧化层，作为绝缘层；在氧化层的指定区域形成覆铜层；对覆铜层进行图形化刻蚀，以形成电路布线，第一区域的电路布线的指定区域用于焊接高功率器件，第二区域的电路布线的指定区域用于焊接低功率器件。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通过设置第一区域的电路布线的指定区域用于焊接高功率器件，第二区域的电路布线的指定区域用于焊接低功率器件，实现了高功率器件和低功率器件之间的隔离，减少了高功率器件工作过程产生的热量向低功率器件传输，进而减少了低功率器件的热噪声和热串扰，尤其是对于高速集成控制电路这一类低功率器件而言，有效地提高了器件可靠性和使用寿命。

优选地，还包括：对形成封装外壳的基板进行绝缘耐压测试、静态功耗测试和延迟时间测试中的至少一种测试。

根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，通过对形成封装外壳的基板进行绝缘耐压测试、静态功耗测试和延迟时间测试中的至少一种测试，提升了智能功率模块的可靠性和成品率。

实施例二：

如图5所示，根据本发明的实施例的智能功率模块的制备方法，包括：步骤502，对基板进行压制和刻蚀工艺，将基板开槽，形成隔离槽，以划分为负载区和控制区；步骤504，将HVIC贴装在控制区，将IGBT和FRD贴在负载区；步骤506，安装引脚，并且形成电路元件和电路布线间的金属连线；步骤508，采用树脂密封料进行半包封或全包封；步骤510，进行后固化、去毛边和切筋成型工序。

图6示出了根据本发明的实施例的电力电子设备的示意图。

如图6所示，根据本发明的实施例的电力电子设备600，包括如上述图3(A)和图3(B)所示的智能功率模块300。

优选地，电力电子设备600为空调器。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中提出的智能功率模块的热稳定性问题，本发明提出了一种智能功率模块的制备方法、智能功率模块和电力电子设备，通过形成隔离槽将基板划分为第一区域和第二区域，以实现高功率器件和低功率器件之间的隔离，减少了高功率器件工作过程产生的热量向低功率器件传输，进而减少了低功率器件的热噪声和热串扰，尤其是对于高速集成控制电路这一类低功率器件而言，有效地提高了器件可靠性和使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。