一种智能功率模块、封装结构及封装结构的制备方法与流程

1.本发明涉及智能功率模块技术领域，特别涉及一种智能功率模块、封装结构及封装结构的制备方法。


背景技术：

2.ipm(intelligent power module)，即智能功率模块，把igbt/mosfet/frd/bdi等功率开关元件和驱动电路集成在一起，且内部集成电流传感器。其具备过电压，过电流和过热等故障检测电路，即使发生负载事故或使用不当，快速保护电路也可以保证ipm自身不受损坏。
3.ipm以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电力电子器件。
4.目前绝大部分ipm封装，组成的桥路，下路igbt发射极/mosfet源极都不直接与驱动ic引线连接，而是外部电路进行连接，这样一来驱动信号与发射极大电流通路共用这根引线，该引线的寄生电感会分压，导致栅极电压下降，导致开关速度变慢，使得开关损耗增加；且该寄生电感在电流剧烈变化时，电压噪音也会反馈到栅极，使得栅极电压波形畸变。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种智能功率模块、封装结构及封装结构的制备方法，上述智能功率模块的损耗更小、开关速度更快。
6.为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
7.一种智能功率模块，包括驱动电路以及与所述驱动电路连接且受所述驱动电路驱动的多个桥臂，其中，每个所述桥臂均包括串联连接的上桥臂开关管和下桥臂开关管，每个所述桥臂中的下桥臂开关管的发射极，均与所述驱动电路中驱动所述下桥臂开关管的驱动芯片的共地端连接。
8.上述智能功率模块中，通过将每个所述桥臂中的下桥臂开关管的发射极与所述驱动电路中驱动所述下桥臂开关管的驱动芯片的共地端连接，使得驱动信号加到各个下桥臂开关管的路线不共用大电流线路，从而可以大大降低电流剧烈变化时对各个下桥臂开关管的控制端电压的影响，降低开关损耗，使得智能功率模块的开关速度加快，同时消除各个下桥臂开关管产生的噪音及延迟。
9.优选地，所述驱动电路包括一个用于同时驱动所有桥臂中上桥臂开关管和下桥臂开关管的驱动芯片；或者，
10.所述驱动电路包括用于驱动所有桥臂中的上桥臂开关管的第一驱动芯片以及用于驱动所有桥臂中的下桥臂开关管的第二驱动芯片；或者，
11.所述驱动电路包括多个驱动芯片，且每个所述驱动芯片驱动一个桥臂。
12.本发明还提供了一种智能功率模块的封装结构，包括：
13.基板，所述基板包括用于设置驱动电路的驱动电路区域以及用于设置桥臂的桥臂区域；
14.形成于所述基板上的导电电路层，所述导电电路层包括形成于所述驱动电路区域内的第一导电电路层以及形成于所述桥臂区域内的第二导电电路层，所述第一导电电路层和所述第二导电电路层绝缘；
15.形成于所述第一导电电路层背离所述基板一侧的驱动芯片，所述驱动芯片通过焊接部固定于所述第一导电电路层；
16.形成于所述第二导电电路层背离所述基板一侧的多个桥臂，每个所述桥臂均包括串联连接的上桥臂开关管和下桥臂开关管，所述上桥臂开关管和下桥臂开关管均通过焊接部固定于所述第二导电电路层，其中，每个所述下桥臂开关管均与驱动电路中驱动所述下桥臂开关管的驱动芯片的共地端连接；
17.用于将基板、导电电路层、驱动芯片、上桥臂开关管和下桥臂开关管进行封装的封装层；
18.多个引脚，每一个所述引脚的一端伸入所述封装层内以与对应的驱动芯片、上桥臂开关管和下桥臂开关管连接，另一端探出所述封装层。
19.优选地，所述上桥臂开关管和/或下桥臂开关管为igbt管或mosfet管。
20.优选地，当所述上桥臂开关管或下桥臂开关管为未带反并联二极管结构的igbt管时，每个所述桥臂还包括与每个所述上桥臂开关管或下桥臂开关管一一对应且并联设置的二极管。
21.本发明还提供了一种封装结构的制备方法，所述封装结构用于智能功率模块的封装，包括：
22.在基板的驱动电路区域形成第一导电电路层，在基板的桥臂区域形成与所述第一导电电路层绝缘的第二导电电路层；
23.在所述基板上形成多个与驱动电路、桥臂分别对应的引脚，每个所述引脚的一端固定于所述基板、另一端伸出所述基板；
24.在所述第一导电电路层上形成驱动芯片，所述驱动芯片与相对应的引脚之间电性连接；
25.在所述第二导电电路层上形成多个桥臂，每个桥臂包括一个上桥臂开关管和一个下桥臂开关管，将每个上桥臂开关管和下桥臂开关管均与相对应的引脚电性连接，将每个所述上桥臂开关管和下桥臂开关管分别与驱动电路电性连接，其中，每个所述下桥臂开关管的发射极分别与所述驱动电路中驱动所述下桥臂开关管的驱动芯片的共地端连接；
26.将所述基板、导电电路层、驱动芯片、上桥臂开关管、下桥臂开关管以及所述引脚位于基板上的部分进行封装以形成封装层；
27.将所述封装层进行固化。
28.优选地，所述驱动芯片与所述第一导电电路层之间通过焊接固定；每个所述上桥臂开关管和下桥臂开关管与所述第二导电电路层之间均通过焊接固定。
29.优选地，每个所述下桥臂开关管的发射极与所述驱动电路中驱动所述下桥臂开关管的驱动芯片的共地端之间通过引线连接。
30.本发明还提供了一种空调，包括上述技术方案中提供的任意一种智能功率模块的
封装结构。
附图说明
31.图1为本发明提供的第一种智能功率模块的结构示意图；
32.图2为本发明提供的第一种智能功率模块的封装结构示意图；
33.图3为本发明提供的第二种智能功率模块的结构示意图；
34.图4为本发明提供的第二种智能功率模块的封装结构示意图；
35.图5为本发明提供的第三种智能功率模块的结构示意图；
36.图6为本发明提供的第四种智能功率模块的结构示意图。
37.图标：
38.1-驱动芯片；2-上桥臂开关管；3-下桥臂开关管；4-二极管；5-发射极；6-基板；7-第一导电电路层；8-第二导电电路层；9-引脚；10-引线；11-源极。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.请参考图1、图3，本发明提供一种智能功率模块，包括驱动电路以及与驱动电路连接且受驱动电路驱动的多个桥臂，其中，每个桥臂均包括串联连接的上桥臂开关管2和下桥臂开关管3，每个桥臂中的下桥臂开关管3的发射极5，均与驱动电路中驱动下桥臂开关管3的驱动芯片1的共地端连接。
41.上述智能功率模块中，通过将每个下桥臂开关管的发射极5均与驱动电路中驱动下桥臂开关管3的驱动芯片1的共地端连接，使得各个下桥臂开关管3的路线不共用大电流线路，从而可以大大降低电流剧烈变化时对各个下桥臂开关管3的控制端电压的影响，降低开关损耗，使得智能功率模块的开关速度加快，同时消除各个下桥臂开关管3产生的噪音及延迟。
42.在一种实施方式中，如图1、图2、图5和图6所示，上桥臂开关管2和/或下桥臂开关管3为igbt管，此时，每个下桥臂开关管的发射极5均与驱动电路中驱动下桥臂开关管3的驱动芯片1的共地端连接。
43.在上述实施方式中，下桥臂开关管3选用igbt管，在进行电路连接时，需要将各个下桥臂开关管的基极与驱动电路中驱动该下桥臂开关管3的驱动芯片连接、将各个下桥臂开关管3的发射极分别与驱动电路中驱动该下桥臂开关管3的驱动芯片的共地端连接、将各个下桥臂开关管3的集电极与该下桥臂开关管3与该桥臂中的上桥臂开关管2的发射极连接。
44.具体地，各个上桥臂开关管2和/或下桥臂开关管3可以选用igbt管，当选用未带反并联二极管结构igbt管时，需要反向并联二极管4使用，即当每个下桥臂开关管3选用未自带反并联二极管的igbt管时，各个igbt管中的发射极与集电极之间均需并联有一个二极管4，每个二极管4的阳极和与该二极管4对应的下桥臂开关管3的发射极连接、每个二极管4的
阴极和与该二极管4对应的下桥臂开关管的集电极连接。
45.另一种实施方式中，如图3和图4所示，上桥臂开关管2和/或下桥臂开关管3也可以选用mosfet管，此时需将每个下桥臂开关管的源极11均与驱动电路中驱动下桥臂开关管3的驱动芯片1的共地端连接。
46.在上述实施方式中，开关管为自带反并联二极管的mosfet管，在进行电路连接时，需要将各个下桥臂开关管的栅极与驱动电路中驱动该下桥臂开关管3的驱动芯片连接、将各个下桥臂开关管的源极分别与驱动电路中驱动该下桥臂开关管3的驱动芯片的共地端连接、将各个下桥臂开关管3的漏极与该下桥臂开关管3与该桥臂中的上桥臂开关管2的源极连接。
47.具体地，如图6所示，驱动电路包括一个用于同时驱动所有桥臂中上桥臂开关管2和下桥臂开关管3的驱动芯片；或者，
48.如图1和图3所示，驱动电路包括用于驱动所有桥臂中的上桥臂开关管2的第一驱动芯片以及用于驱动所有桥臂中的下桥臂开关管3的第二驱动芯片；或者，
49.如图5所示，驱动电路包括多个驱动芯片，且每个驱动芯片驱动一个桥臂。
50.本发明还提供了一种智能功率模块的封装结构，如图2和图4所示，包括：
51.基板6，基板6包括用于设置驱动电路的驱动电路区域以及用于设置桥臂的桥臂区域；
52.形成于基板6上的导电电路层，导电电路层包括形成于驱动电路区域内的第一导电电路层7以及形成于桥臂区域内的第二导电电路层8，第一导电电路层7和第二导电电路层8绝缘；
53.形成于第一导电电路层7背离基板6一侧的驱动芯片，驱动芯片通过焊接部固定于第一导电电路层7；
54.形成于第二导电电路层8背离基板6一侧的多个桥臂，每个桥臂均包括串联连接的上桥臂开关管2和下桥臂开关管3，上桥臂开关管2和下桥臂开关管3均通过焊接部固定于第二导电电路层8，其中，每个下桥臂开关管3均与驱动电路中驱动下桥臂开关管3的驱动芯片的共地端连接；
55.用于将基板6、导电电路层、驱动芯片1、上桥臂开关管2和下桥臂开关管3进行封装的封装层；
56.多个引脚9，每一个引脚9的一端伸入封装层内以与对应的驱动芯片、上桥臂开关管2和下桥臂开关管3连接，另一端探出封装层。
57.上述智能功率模块的封装结构包括基板6、形成于基板6且相互绝缘的第一导电电路层7和第二导电电路层8、形成于第一导电电路层7上的至少一个驱动芯片、形成于第二导电电路层8上的多对上桥臂开关管2和下桥臂开关管3、以及用于封装的封装层和用于将智能功率模块进行连接使用的引脚9，其中，上述智能功率模块的封装结构中每个下桥臂开关管3的发射极5分别与驱动该下桥臂开关管3的驱动芯片的共地端连接，从而可以使得每个下桥臂开关管3不通过大电流线路获取驱动信号，从而大大降低电流剧烈变化时对每个下桥臂开关管3的控制端电压的影响，降低开关损耗，使得智能功率模块的开关速度加快，同时消除各个下桥臂开关管3产生的噪音及延迟。
58.在一种实施方式中，如图2所示，上桥臂开关管2和/或下桥臂开关管3为igbt管，在
这种实施方式中，每个下桥臂开关管的发射极5均与驱动电路中驱动下桥臂开关管3的驱动芯片1的共地端连接；在另一种实施方式中，上桥臂开关管2和/或下桥臂开关管3为mosfet管，在这种实施方式中，每个下桥臂开关管的源极11均与驱动电路中驱动下桥臂开关管3的驱动芯片1的共地端连接。
59.本发明还提供了一种封装结构的制备方法，封装结构用于智能功率模块的封装，包括：
60.第一步：在基板6的驱动电路区域形成第一导电电路层7，在基板6的桥臂区域形成与第一导电电路层7绝缘的第二导电电路层8；
61.第二步：在基板6上形成多个与驱动电路、桥臂分别对应的引脚9，每个引脚9的一端固定于基板6、另一端伸出基板6；
62.第三步：在第一导电电路层7上形成驱动芯片，驱动芯片与相对应的引脚9之间电性连接；
63.第四步：在第二导电电路层8上形成多个桥臂，每个桥臂包括一个上桥臂开关管2和一个下桥臂开关管3，将每个上桥臂开关管2和下桥臂开关管3均与相对应的引脚9电性连接，将每个上桥臂开关管2和下桥臂开关管3分别与驱动电路电性连接，其中，每个下桥臂开关管3的发射极5分别与驱动电路中驱动下桥臂开关管3的驱动芯片的共地端连接；
64.第五步：将基板6、导电电路层、驱动芯片、上桥臂开关管2、下桥臂开关管3以及引脚9位于基板6上的部分进行封装以形成封装层；
65.第六步：将封装层进行固化。
66.上述封装结构的制备方法中，在将驱动芯片、每个桥臂中的上桥臂开关管2和下桥臂开关管3以及各个引脚9进行电连接时，需要将每个下桥臂开关管3的发射极5分别与驱动该下桥臂开关管3的驱动芯片的共地端电连接，以使各个下桥臂开关管3在获取驱动信号时不通过大电流线路，避免由于电流剧烈变化而对各个下桥臂开关管3的控制端电压造成影响，从而可以降低开关损耗，使得智能功率模块的开关速度加快，同时消除各个下桥臂开关管3产生的噪音及延迟，通过该封装结构的制备方法制备的智能功率模块的封装结构具备更高的电学性能。
67.上述封装结构的制备方法中，在将封装层进行固化之后还需要进行镭射印码、切筋成型以及测试，保证封装后的产品的质量。
68.具体地，驱动电路中的各个驱动芯片与第一导电电路层7之间通过焊接固定；每个桥臂中的上桥臂开关管2和下桥臂开关管3与第二导电电路层8之间均通过焊接固定。
69.驱动芯片与第一导电电路层7之间通过焊接的方式形成焊接部从而达到固定效果，焊接部的材质为银，在具体实施过程中，首先将银浆涂覆在第一导电电路层7，然后将驱动芯片设置于银浆上，最后将银浆通过烘烤固化形成焊接部，使得驱动芯片与第一导电电路层7之间固定连接，焊接部的材质也可以选用其他的导电材质，此处不做限定；桥臂与第二导电电路层8之间通过焊接的方式形成焊接部从而达到固定效果，焊接部的材质为锡线，在具体实施过程中，将每个桥臂中的上桥臂开关管2和下桥臂开关管3中用于与第二导电电路层8固定连接的连接端通过锡线与第二导电电路层8中用于连接桥臂中的上桥臂开关管2和下桥臂开关管3的各个连接端对应连接，以使每个桥臂中的上桥臂开关管2和下桥臂开关管3第二导电电路层8固定连接，焊接部的材质也可以选用其他的导电材质，此处不做限定。
70.具体地，每个下桥臂开关管3的发射极与驱动电路中驱动下桥臂开关管3的驱动芯片的共地端之间通过引线10连接。
71.当各个下桥臂开关管3选用igbt管时，将各个下桥臂开关管3的发射极5分别与驱动下桥臂开关管3的驱动芯片1的共地端通过引线10电连接，从而避免各个下桥臂开关管3的发射极5通过大电流线路获取驱动信号，可以增加各个下桥臂开关管3开关速度；
72.当各个下桥臂开关管3选用mosfet管时，将各个下桥臂开关管3的源极11分别与驱动下桥臂开关管3的驱动芯片1的共地端通过引线10电连接，从而避免各个下桥臂开关管3的源极11通过大电流线路获取驱动信号，可以增加各个下桥臂开关管3开关速度。
73.本发明还提供了一种空调，包括上述技术方案中提供的智能功率模块的封装结构。
74.上述空调包括本发明提供的智能功率模块的封装结构，更佳灵敏与高效。
75.显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。