智能功率模块及其制造方法

智能功率模块及其制造方法
【专利摘要】本发明适用于电子器件技术，提供了一种智能功率模块及其制造方法，智能功率模块包括金属基板，其中一表面覆盖有绝缘层；电路布线层，形成于所述绝缘层表面；多个IGBT管，设置在所述电路布线层上的预设位置；栅极驱动管，数量与所述IGBT管相同，每个所述栅极驱动管分别作为相应的所述IGBT管的驱动电路，且每个所述栅极驱动管的驱动端与所述IGBT管的栅极电连接的走线长度相同；金属线，连接于所述电路布线层、IGBT管和栅极驱动管之间以形成预设电路。保证从栅极驱动管到IGBT管栅极的走线可以做到相同，使得IGBT管动态特性的相同性，并且也不会增加智能功率模块的走线。
【专利说明】智能功率模块及其制造方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于电子器件制造工艺领域，尤其涉及一种智能功率模块及其制造方法。

【背景技术】
[0002] 智能功率模块（Intelligent Power Module, IPM)是一种将电力电子和集成电路 技术结合的功率驱动类产品。IPM把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内藏有 过电压、过电流和过热等故障检测电路。IPM -方面接收MCU (Microprogrammed Control Unit，微程序控制器）的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将系统的状态检测信号送 回MCU。与传统分立方案相比，IPM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] 现行智能功率模块100的电路原理如图1 (A)所示：
[0004] HVIC (High Voltage Integrated Circuit，高压集成电路）管 101 的 VCC 端作为 智能功率模块100的低压区供电电源正端VDD，VDD -般为15V ;HVIC管101的HIN1端作为 智能功率模块100的U相上桥臂输入端UHIN ;HVIC管101的HIN2端作为智能功率模块100 的V相上桥臂输入端VHIN ;HVIC管101的HIN3端作为智能功率模块100的W相上桥臂输 入端WHIN ;HVIC管101的LIN1端作为智能功率模块100的U相下桥臂输入端ULIN ;HVIC 管101的LIN2端作为智能功率模块100的V相下桥臂输入端VLIN ;HVIC管101的LIN3端 作为智能功率模块100的W相下桥臂输入端WLIN。在此，智能功率模块100的U、V、W三相 的六路输入接收〇?5V的输入信号。
[0005] HVIC管101的GND端作为智能功率模块100的低压区供电电源负端COM ;HVIC管 101的VB1端作为智能功率模块100的U相高压区供电电源正端UVB ;HVIC管101的H01端 与U相上桥臂IGBT (Insulated Gate Bipolar Translator,绝缘栅门极晶体管)管121的 栅极相连；HVIC管101的VS1端与IGBT管121的发射极、FRD (Fast Recovery Diode，快 速恢复二极管）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， 并作为智能功率模块100的U相高压区供电电源负端UVS ;HVIC管101的VB2端作为智能 功率模块1〇〇的U相高压区供电电源正端VVB ;HVIC管101的H03端与V相上桥臂IGBT管 123的栅极相连；HVIC管101的VS2端与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，并作为智能功率模块100的W相高压区 供电电源负端WS ;HVIC管101的VB3端作为智能功率模块100的W相高压区供电电源正 端WVB ;HVIC管101的H03端与W相上桥臂IGBT管123的栅极相连；HVIC管101的VS3端 与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，并作为智能功率模块100的W相高压区供电电源负端WVS ;HVIC管101的L01 端与IGBT管124的栅极相连；HVIC管101的L02端与IGBT管125的栅极相连；HVIC管101 的L03端与IGBT管126的栅极相连；IGBT管124的发射极与FRD管114的阳极相连，并作 为智能功率模块100的U相低电压参考端UN ; IGBT管125的发射极与FRD管115的阳极相 连，并作为智能功率模块100的V相低电压参考端VN ;IGBT管126的发射极与FRD管116 的阳极相连，并作为智能功率模块100的W相低电压参考端WN。
[0006] IGBT管121的集电极、FRD管111的阴极、IGBT管122的集电极、FRD管112的阴 极、IGBT管123的集电极、FRD管113的阴极相连，并作为智能功率模块100的高电压输入 端P，P -般接300V。
[0007] HVIC 管 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HOI、H02、H03和L01、L02、L03,其中HOI、H02、H03是VS? VS+15V的逻辑信号，L01、L02、L03是0?15V的逻辑信号。
[0008] 参照图1 (B)说明现有智能功率模块100的结构。图1 (C)是智能功率模块100 的取出封装树脂后的俯视图，图1 (D)是图1 (B)的X-X'线剖面图。
[0009] 智能功率模块100具有如下结构，其包括：电路基板206 ;设于电路基板206表面 上的绝缘层207上形成的电路布线208 ;被固定在电路布线208上的IGBT管121?126、 FRD管111?116、HVIC管101等元器件；连接元器件和电路布线208的金属线205 ;与电 路布线208连接的引脚201 ;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，会使铝基板206的背面露出到外部的状 态下进行密封。
[0010] 从图1 (C)可以看出，现行的智能功率模块由1枚HVIC管控制6枚IGBT管，导致 走线很长，线路间容易造成干扰；并且，由于从HVIC管到6枚IGBT管的距离不相同，导致 6枚IGBT管的驱动信号传输相同性难以控制；此外，因为基板上的电路布线过多势必增加 基板的面积，导致现行智能功率模块的面积加大，增加了智能功率模块的制造成本，影响了 智能功率模块在低端领域的普及；另外，由于需要留出电路布线面积，导致元器件间距离较 大，通过金属线使元器件间产生连接的邦线较长，影响了邦线的可靠性，并且有在模制过程 中有引起冲线的风险。


【发明内容】

[0011] 本发明旨在解决现有技术的不足，提供一种保证走线少，功率器件的驱动信号传 输相同的智能功率模块，可降低智能功率模块的面积，保证其驱动信号传输相同易于控制， 提高可靠性及性能。
[0012] 本发明是这样实现的，一种智能功率模块，包括：
[0013] 金属基板，其中一表面覆盖有绝缘层；
[0014] 电路布线层，形成于所述绝缘层表面；
[0015] 多个IGBT管，设置在所述电路布线层上的预设位置；
[0016] 栅极驱动管，数量与所述IGBT管相同，每个所述栅极驱动管分别作为相应的所述 IGBT管的驱动电路，且每个所述栅极驱动管的驱动端与所述IGBT管的栅极电连接的走线 长度相同；
[0017] 金属线，连接于所述电路布线层、IGBT管和栅极驱动管之间以形成预设电路。
[0018] 上述智能功率模块的有益效果是：由各自独立的栅极驱动管配置在对应IGBT管 上，从栅极驱动管到IGBT管栅极的走线可以做到相同，从而可有效保证IGBT管动态特性的 相同性；而且栅极驱动管的走线不再是一个区域的集中式走线，设置多个各自独立的栅极 驱动管可以减少走线到栅极驱动管的距离，使得走线大大减少，减少走线过长带来的不稳 定性同时也节省电路布线层的面积，从而使智能功率模块的金属基板的面积大幅减小，使 成本进一步降低。
[0019] 本发明的另一目的在于提供一种智能功率模块的制造方法，包括以下步骤：
[0020] 制作金属基板，并于所述金属基板的其中一表面覆盖绝缘层，于所述绝缘层表面 布设电路布线层；
[0021] 于所述电路布线层上的多个预设位置配设IGBT管；
[0022] 设置数量与所述IGBT管相同且分别作为相应的所述IGBT管的驱动电路的栅极驱 动管，其中，每个所述栅极驱动管的驱动端与所述IGBT管的栅极电连接的走线长度相同；
[0023] 于所述电路布线层、IGBT管和栅极驱动管之间连接金属线以形成预设电路。
[0024] 上述智能功率模块的制造方法制造上述的智能功率模块由于装配IGBT管和装配 栅极驱动管使用不同的工序进行，从而可以通过不同的焊料和焊接参数对此两类电路元件 进行固定，可以从一定程度上降低对焊接工艺的参数要求，对提高焊接质量和焊接成品率 有积极作用，而且减少了走线，降低了在模制过程中有引起冲线的风险。

【专利附图】

【附图说明】
[0025] 图1 ( A )为现有的智能功率模块的电路原理图；
[0026] 图1 (B)为现有的智能功率模块的正面图；
[0027] 图1 (C)为现有的智能功率|吴块的取出封装树脂后的俯视图结构不意图；
[0028] 图1 (D)为图1 (B)的X-X'线剖面图；
[0029] 图2 ( A )为本发明一实施例提供的智能功率模块的电路原理图；
[0030] 图2 (B)为本发明一实施例提供的智能功率模块的正面图；
[0031] 图2 (C)是图2 (B)的俯视图结构示意图；
[0032] 图2 (D)是本发明一个实施例中的图2 (B)中沿X-X'线的剖面图；
[0033] 图3 (A)为本发明另一实施例提供的智能功率模块的电路原理图；
[0034] 图3 (B)为本发明另一实施例提供的智能功率模块的俯视图结构示意图；
[0035] 图3 (C)是本发明另一个实施例中的剖面图；
[0036] 图4 (A)、4 (B)是本发明实施例提供的设置基板、绝缘层及电路布线层的工序；
[0037] 图5 (A)、5 (B)为本发明实施例提供的设置IGBT管、FRD管、引脚的工序；
[0038] 图6 (A)、6 (B)为本发明第一实施例提供的设置栅极驱动管的工序；
[0039] 图7 (A)、7 (B)为本发明实施例提供的进行邦线连接及清洗工序；
[0040] 图8为本发明实施例提供的密封工序；
[0041] 图9为本发明实施例提供的进行引脚切筋成型并进行测试的工序。

【具体实施方式】
[0042] 为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0043] 结合图2 (A)、2 (B)、2 (C)、2 (D)，在一个实施例中，智能功率模块1包括金属基 板306、绝缘层307、电路布线层308、多个IGBT管20、数量与IGBT管20相同的FRD管10、 数量与IGBT管20相同的栅极驱动管40和金属线305。
[0044] 金属基板306其中一表面覆盖有绝缘层307。电路布线层308形成于绝缘层307 的表面。多个IGBT管20设置在电路布线层308上的预设位置308A ;栅极驱动管40数量与 IGBT管20相同，每个栅极驱动管40分别作为相应的IGBT管20的驱动电路，且每个栅极 驱动管40的驱动端（HO、L0)与IGBT管20的栅极电连接的走线长度相同。金属线305连 接于电路布线层308、IGBT管20和栅极驱动管40之间以形成预设电路。从栅极驱动管40 至IJ IGBT管20栅极的走线可以做到相同，从而可有效保证IGBT管20动态特性的相同性。
[0045] 在优选的实施例中，多个栅极驱动管40分别设置于多个IGBT管20的发射极上， 栅极驱动管40的驱动端(如图2 (A)所示的HO、L0)通过金属线305与IGBT管20的栅极 连接。在其他实施方式中，栅极驱动管40可以设置于相应的IGBT管20的一侧，也可以保 证从栅极驱动管40到IGBT管20栅极的走线可以做到相同，并且也不会增加智能功率模块 1的走线。
[0046] 进一步地，智能功率模块1还包括引脚301，在金属基板306的边缘，形成有用于配 置引脚301的引脚焊盘308B。电路布线层308包括靠近金属基板306的表面边缘的引脚焊 盘308B，引脚301与引脚焊盘308B连接并自金属基板向外延伸。根据功能需要，也可在金 属基板306的一边、两边、三边或四边附近设置多个用于配置引脚301的引脚焊盘308B。
[0047] 在优选的实施例中，多个栅极驱动管40包括数量相等的用于驱动上桥臂的HVIC 管和驱动下桥臂的LVIC (Low Voltage Integrated Circuits,低压集成电路）管。参考3 (A)和3 (B)，栅极驱动管40为6个，分别标号为41、42、43、44、45、46,其中包括3个HVIC 管 41、42、43 和 3 个 LVIC 管 44、45、46。
[0048] 在优选的实施例中，电路布线层308上用于设置IGBT管20的预设位置308A呈阵 列排布。电预设位置308A数量与IGBT管20相同，并用以固定IGBT管20的电路图案，而 且该用于设置IGBT管20的预设位置308A呈阵列排布。具体是，根据金属基板306的形状 以及引脚301所设置的位置，为减少引脚301与IGBT管20、栅极驱动管40的电路布线长 度，预设位置308A的可以是矩阵排布、圆形阵列排布等。
[0049] 如图2 (A)、2 (C)所示，本实施例中，智能功率模块1还包括数量与IGBT管20相 同的FRD管10,多个FRD管10分别通过IGBT管20固定于电路布线层308。进一步地，FRD 管10的阴极固定于IGBT管20的集电极、FRD管10的阳极通过金属线305与IGBT管20的 发射极电连接。
[0050] IGBT管20和FRD管10被固定在电路布线层308上构成规定的电路。在此，6枚 IGBT管20的具有发射极和栅极的面朝上、具有集电极的面朝下安装，FRD管1的具有阳极 的面朝上、具有阴极的面朝下安装
[0051] 电路布线层308由铜等金属构成，电路布线层308根据预设的电路形成于金属基 板306上的特定位；根据功率需要，可设计成0. 035mm或0. 07mm等的厚度，对于一般的智能 功率模块，优先考虑设计成〇. 〇7mm，本实施例中采用0. 07mm的厚度。
[0052] 参考图3 (A)、3 (B)和3 (C)，以相关电路原理进一步说明智能功率模块1的具体 实施方式。
[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 固定的位置为IGBT管的发射极，对于一般的额定电流为30A的IGBT管20,发射极的面积 不会小于6mm 2,对于一般的单臂HVIC管41、42、43和单臂LVIC管44、45、46,面积不会大于 mm2〇
[0054] U相上桥臂输出电路41 (HVIC管41 )、V相上桥臂输出电路41 (HVIC管42)、W相 上桥臂输出电路41 (HVIC管43)是3枚驱动上桥臂IGBT管21、22、23的单臂HVIC管，他 们的构完全相同，作用是将输入端HIN的0?5V的逻辑信号传到输出端（即驱动端）H0,其 中H0是VS?VS+15V的逻辑信号；由于VS的会在0?300V之间变化，所以U相上桥臂输 出电路、V相上桥臂输出电路、W相上桥臂输出电路需要耐高压的流片工艺实现，有时为了 降低成本，使用650V的B⑶工艺，有时为了降低耐压结构设计难度，使用650V的SOI工艺。
[0055] U相下桥臂输出电路（LVIC管44)、V相下桥臂输出电路（LVIC管45)、W相下桥臂 输出电路（LVIC管46)是3枚驱动下桥臂IGBT管24、25、26的单臂LVIC管，他们的构完全 相同，作用是将输入端LIN的0?5V的逻辑信号传到输出端（即驱动端)L0,其中L0是0? 15V的逻辑信号；由于U相下桥臂输出电路、V相下桥臂输出电路、W相下桥臂输出电路无需 耐高压的流片工艺实现，为了降低成本，LVIC管可以通过低成本的BIPOLAR或C0MS等低压 工艺实现。
[0056] U相上桥臂输出电路41、U相下桥臂输出电路44的VCC、V相上桥臂输出电路42、V 相下桥输出电路45的VCC、W相上桥臂输出电路43、W相下桥臂输出电路44的VCC相连，并 作为智能功率模块1的VDD端，VDD是智能功率模块1的低压区供电电源，VDD -般为15V。
[0057] U相上桥臂输出电路41的HIN端作为智能功率模块1的U相上桥臂输入端UHIN ; V相上桥臂输出电路42的HIN端作为智能功率模块1的V相上桥臂输入端VHIN ;W相上桥 臂输出电路43的HIN端作为智能功率模块1的W相上桥臂输入端WHIN ;U相下桥臂输出电 路44的LIN端作为智能功率模块1的U相下桥臂输入端ULIN ;V相下桥臂输出电路45的 LIN端作为智能功率模块1的V相下桥臂输入端VLIN ;W相下桥臂输出电路46的LIN端作 为智能功率模块1的W相下桥臂输入端WLIN ;在此，智能功率模块1的U、V、W三相的六路 输入接收〇?5V的输入信号。
[0058] U相上桥输出电路41的GND端、V相上桥输出电路42的GND端、W相上桥输出电 路43的GND端、U相下桥输出电路44的GND端、V相下桥输出电路45的GND端、W相下桥 输出电路46的GND端相连，并作为智能功率模块1的COM端，COM为VDD供电电源的负端。
[0059] U相上桥臂输出电路41的VB端作为智能功率模块1的U相高压区供电电源正端 UVB ;V相上桥臂输出电路42的VB端作为智能功率模块1的V相高压区供电电源正端VVB ; W相上桥臂输出电路41的VB端作为智能功率模块1的W相高压区供电电源正端WVB ;U相 上桥臂输出电路41的H0端与IGBT管21的栅极相连，U相上桥臂输出电路41的VS端与 IGBT管21的射极、FRD管11的阳极、IGBT管24的集电极、FRD管14的阴极相连，并作为 智能功率模块1的U相高压区供电电源负端UVS ;V相上桥臂输出电路42的H0端与IGBT 管22的栅极相连，V相上桥臂输出电路42的VS端与IGBT管22的射极、FRD管12的阳极、 IGBT管25的集电极、FRD管15的阴极相连，并作为智能功率模块1的V相高压区供电电源 负端VVS。
[0060] W相上桥臂输出电路43的H0端与IGBT管23的栅极相连，W相上桥臂输出电路43 的VS端与IGBT管23的射极、FRD管13的阳极、IGBT管26的集电极、FRD管16的阴极相 连，并作为智能功率模块1的W相高压区供电电源负端WVS。
[0061] IGBT管21的集电极、FRD管11的阴极、IGBT管22的集电极、FRD管12的阴极、 IGBT管23的集电极、FRD管13的阴极相连，并作为智能功率模块1的高电压输入端P，高 电压输入端P -般接300V。
[0062] U相下桥臂输出电路44的L0端与IGBT管24的栅极相连，IGBT管24的射极与 FRD管14的阳极相连，并作为智能功率模块1的U相低电压参考端UN ;V相下桥臂输出电路 45的L0端与IGBT管25的栅极相连，IGBT管25的射极与FRD管15的阳极相连，并作为智 能功率模块1的V相低电压参考端VN ;W相下桥臂输出电路46的L0端与IGBT管26的栅 极相连，IGBT管26的射极与FRD管16的阳极相连，并作为智能功率模块1的W相低电压 参考端WN。
[0063] 参照图3 (B)、3 (C)，另一实施例的智能功率模块1的结构图。
[0064] 本发明的智能功率模块1具有在表面上形成有由绝缘层307的金属基板306,配 置在绝缘层307上的电路布线层308,配置在电路布线层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,配置在电路布线层308的边缘部分的引脚301，用于连使上述各元 素间形成电连接的金属线305,和密封该电路且至少完全覆盖金属基板306上表面所有元 素的密封树脂302。
[0065] 以下以一个实施例说明智能功率模块1各构成要素。
[0066] 金属基板306是由1100等材质的铝构成的矩形板材。为了提高板材的耐腐蚀性， 有时会对表面进行阳极氧化，为了节约制造成本，在某些对抗腐蚀性要求不高的应用场合， 也可只对错材表面进行拉丝处理。金属基板306的厚度可选用1.5mm。
[0067] 绝缘层307形成于金属基板306至少一个表面，并在环氧树脂等树脂材料内高浓 度填充氧化铝等填料提高热导率。
[0068] 电路布线层308由铜等金属构成，形成于金属基板306上的特定位置，根据功率 需要，可设计成0. 035mm或0. 07mm等的厚度，对于一般的智能功率模块，优先考虑设计成 0.07mm，本实施例中采用0.07mm的厚度。特别地，在金属基板306的边缘，形成有用于配置 引脚301的电路布线层308。在此，在金属基板306的两边附近设置多个用于配置引脚301 的电路布线层308,根据功能需要，也可在金属基板306的一边、三边、四边附近设置多个用 于配置引脚301的电路布线层308。
[0069] IGBT管21?26和FRD管11?16被固定在电路布线层308上构成规定的电路。 在此，6枚IGBT管21?26的具有射极和栅极的面朝上、具有集电极的面朝下安装，FRD管 11?16的具有阳极的面朝上、具有阴极的面朝下安装。
[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上被固定的位置为IGBT管21?26的发射极，对于一般的额定电流为30A的IGBT管，发 射极的面积不会小于6mm 2,对于一般的单臂HVIC管21、22、23和单臂LVIC管24、25、26,面 积不会大于2mm2。
[0071] 金属线15可以是铝线、金线或铜线，通过邦定使各电路元件(如图2 (C)所示的 IGBT管20、FRD管10、栅极驱动管40)和电路布线层308之间建立电连接关系，有时还用于 使引脚301和电路布线层308建立电连接关系。
[0072] 引脚301被固定在设于金属基板306边缘的电路布线层308上，其具有例如与外 部进行输入、输出的作用。在此，设计成相对两边上设有多条引脚301，引脚301和电路布线 层308通过焊锡等导电电性粘结剂焊接。引脚301-般采用铜等金属制成，铜表面通过化 学镀和电镀形成一层镍锡合金层，合金层的厚度一般为5 μ m，镀层可保护铜不被腐蚀氧化， 并可提高可焊接性。
[0073] 密封层302可通过传递模方式使用热硬性树脂模制，也可通过注入模方式使用热 塑性树脂模制。在此，密封层302完全密封金属基板306上表面上的所有兀素，而对于致密 性要求高的智能功率模块，一般会对金属基板306的整体也进行密封处理，本实施例中，为 了提高智能功率模块的散热性，金属基板306的背面了露出。
[0074] 参考3(C)，上述智能功率模块1由各自独立的栅极驱动管40配置在对应IGBT管 20上，从栅极驱动管40到IGBT管20栅极的走线长度可以做到相同，从而可有效保证IGBT 管20动态特性的相同性，使得IGBT管10的驱动信号传输相同性易于控制；栅极驱动管40 的走线不再是到一个区域的集中式走线，设置多个各自独立的栅极驱动管40可以减少走 线到栅极驱动管40的距离，使得走线大大减少，减少走线过长带来的不稳定性同时也节省 电路布线层的面积，从而使智能功率模块1的金属基板306的面积大幅减小，使成本进一步 降低。
[0075] 结合图4至图9, 一种智能功率模块的制造方法，包括以下步骤：
[0076] 步骤S11，制作金属基板306,并于金属基板306的其中一表面覆盖绝缘层307,于 绝缘层307表面布设电路布线层308。
[0077] 步骤S12,于电路布线层308上的多个预设位置308A配设IGBT管20。
[0078] 步骤S13,设置数量与IGBT管20相同且分别作为相应的IGBT管20的驱动电路的 栅极驱动管40,其中，每个栅极驱动管40的驱动端与IGBT管20的栅极电连接的走线长度 相同。
[0079] 步骤S14,于电路布线层308、IGBT管20和栅极驱动管40之间连接金属线305以 形成预设电路。
[0080] 在优选的实施例中，步骤S11具体包括：将多个栅极驱动管40分别设置于多个 IGBT管20的发射极上；将栅极驱动管40的驱动端（HO、L0)通过金属线305与IGBT管20 的栅极连接。在其他实施方式中，栅极驱动管40可以设置于相应的IGBT管20的一侧，也 可以保证从栅极驱动管40到IGBT管20栅极的走线可以做到相同，并且也不会增加智能功 率模块1的走线。
[0081] 在优选的实施例中，步骤S12中，电路布线层308上用于设置IGBT管20的预设位 置308A呈阵列排布。电预设位置308A数量与IGBT管20相同，并用以固定IGBT管20的 电路图案，而且该用于设置IGBT管20的预设位置308A呈阵列排布。具体是，根据金属基 板306的形状以及引脚301所设置的位置，为减少引脚301与IGBT管20、栅极驱动管40的 电路布线长度，预设位置308A的可以是矩阵排布、圆形阵列排布等。
[0082] 在优选的实施例中，多个栅极驱动管40包括数量相等的HVIC管和LVIC管。参考 3 (A)和3 (B)，栅极驱动管40为6个，分别标号为41、42、43、44、45、46，其中包括3个狀1〇 管 41、42、43 和 3 个 LVIC 管 44、45、46。
[0083] 在优选的实施例中，在步骤S12之后还包括：设置数量与IGBT管20相同的FRD管， 该多个FRD管分别通过IGBT管20固定于电路布线层308。
[0084] 其中，将FRD管的阴极固定于IGBT管20的集电极、阳极通过金属线305与IGBT 管20的发射极电连接。
[0085] 在另一个实施例中，本发明智能功率模块的制造方法包括：在铝基板306表面上 设置绝缘层307的工序；在绝缘层307307的表面上形成电路布线层3308工序；在电路布线 层308配置多个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；用金属线305连接各电路元件和电路布线306的工序；烘烤并模制的工 序；对引脚301进行成型的工序；进行功能测试的工序。
[0086] 以下说明的各工序的详细情况。
[0087] 第一工序：参照图4,本工序是在大小合适的铝基板上形成绝缘层307并在绝缘层 307表面形成电路布线的工序。
[0088] 首先，参照俯视图4 (A)和侧视图4 (B)，根据需要的电路布局准备大小合适的铝 基板306,对于一般的智能功率模块可选取44mmX 20mm的大小，两面进行防蚀处理。在铝基 板的至少一面的表面上设有绝缘层307。另外，在绝缘层307的表面粘贴有作为导电图案的 铜箔。然后将该工序制造的铜箔进行蚀刻，局部地除去铜箔，形成电路布线层308。
[0089] 在此，大小合适的铝基板的形成可以通过直接对lmXlm的铝材进行冲切等方式 形成，也可通过先lmXlm的铝材形成V槽，然后剪切的方式形成。
[0090] 第二工序：参照图5,本工序是在电路布线层308上安装IGBT管20、FRD管10和 引脚301的工序。
[0091] 参照俯视图5 (A)和侧视图5 (B)，通过锡膏等焊料将IGBT管20、FRD管10和引 脚301安装在电路布线层308的规定位置。
[0092] 在此，为了减小锡膏焊接后的空洞率，并且进行成本控制，可以考虑使用具有氮气 保护的回流炉进行锡膏固定，如果成本允许，也可以考虑使用真空回流的形式。锡膏的融化 温度一般为280°C左右。
[0093] 第三工序：参考图6,本工序是在IGBT管20的射极位置安装HVIC管和LVIC管的 工序。
[0094] 首先，参照俯视图6(A)和侧视图6(B)，在IGBT管20上安装HVIC管，在三个IGBT 管20上安装HVIC管，在三个IGBT管20上安装LVIC管。在此，如果HVIC管和LVIC管的 背面并非GND等电极，可以使用具有导电性的银胶等作为固定材料，如果HVIC管和LVIC管 的背面为GND等电极，可以使用非导电性的红胶等作为固定材料。
[0095] 其次，通过175°C烘烤的形式，将银胶或红胶固化，在此，银胶或红胶的固化温度为 170°C左右，固化时间约为2小时。因为烘烤温度远低于锡膏的融化温度，所以在此加热过 程中，不会影响到IGBT管20、FRD管10和引脚301的焊接效果。
[0096] 第四工序：参考图7,本工序是通过金属线305在电路元件和电路布线层308间形 成电连接的工序。
[0097] 参照俯视图7(4)和侧视图7(8)，进行1681'管20、？1?管10、栅极驱动管40(狀1〇 管和LVIC管）和电路布线层308的邦线(金属线305)连接。
[0098] 根据通流能力需要，选择适当直径的铝线作为邦定线，对于用于信号控制的部分， 如HVIC管和LVIC管，也可考虑使用15 μ m的金线或38 μ m的铝线作为邦定线。对功率管 部分，如IGBT管20和FRD管10,邦定使用200μπι?400μπι的铝线。
[0099] 考虑到邦线机台震动对邦定线的影响，可使用先邦粗线再邦细线的方式；出于防 静电考虑，可使用先邦细线再邦粗线的方式。具体根据机台的震动幅度和机台邦头的防静 电效果而定。
[0100] 第五工序：参照图8,说明由密封层302密封铝基板306的工序。
[0101] 在无氧环境中对金属基板306进行烘烤，烘烤时间不应小于2小时，烘烤温度和选 择125°C。将配置好引脚301的金属基板306搬送到模型44及45。通过使引脚301的特 定部分与固定装置46接触，进行金属基板306的定位。
[0102] 合模时，在形成于模具50内部的模腔中放置金属基板306,然后由浇口 53注入密 封树脂。进行密封的方法可采用使用热硬性树脂的传递模模制或使用热硬性树脂的注入模 模制。而且，对应自浇口 53注入的密封树脂模腔内部的气体通过排气口 54排放到外部。对 于浇口 53位置的选择，应选择不完全具有引脚301的一边，即图7 (A)的上边，对于排气口 54的选择，应选择完全具有引脚301的一边，即图7 (A)的下边。
[0103] 在此，金属基板306的背面紧贴在下模45上，但仍会有少量密封树脂进入到金属 基板306的背面和下模型45之间，因此，在脱模后，需要进行激光蚀刻或者研磨，将残留在 金属基板306背面的少量密封树脂去除，使金属基板306的背面从密封树脂露出，而金属基 板306的背面以上部分被密封树脂密封。
[0104] 第六工序：参照图8,本工序是进行引脚11切筋成型并进行模块功能测试的工序， 上述的智能功率1旲块1经由此工序后制品完成。
[0105] 在前工序即传递模模装工序使除引脚301以外的其他部分都被密封树脂密封。本 工序根据使用的长度和形状需要，例如，在虚线的位置将外部引脚301切断，有时还会折弯 成一定形状，便于后续装配。
[0106] 然后将模块放入测试设备中，进行常规的电参数测试，一般包括绝缘耐压、静态功 耗、迟延时间等测试项目，测试合格者为成品。
[0107] 利用上述工序，完成图2所示的智能功率模块1。
[0108] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种智能功率模块，其特征在于，包括： 金属基板，其中一表面覆盖有绝缘层； 电路布线层，形成于所述绝缘层表面； 多个IGBT管，设置在所述电路布线层上的预设位置； 栅极驱动管，数量与所述IGBT管相同，每个所述栅极驱动管分别作为相应的所述IGBT 管的驱动电路，且每个所述栅极驱动管的驱动端与所述IGBT管的栅极电连接的走线长度 相同； 金属线，连接于所述电路布线层、IGBT管和栅极驱动管之间以形成预设电路。
2. 如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，多个所述栅极驱动管分别设置于 多个所述IGBT管的发射极上，所述栅极驱动管的驱动端通过所述金属线与所述IGBT管的 栅极连接。
3. 如权利要求1或2所述的智能功率模块，其特征在于，所述电路布线层上用于设置所 述IGBT管的预设位置呈阵列排布。
4. 如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，多个所述栅极驱动管包括数量相 等的HVIC管和LVIC管。
5. 如权利要求1、2或4所述的智能功率模块，其特征在于，所述栅极驱动管为6个，其 中包括3个HVIC管和3个LVIC管。
6. 如权利要求1、2或4所述的智能功率模块，其特征在于，还包括数量与所述IGBT管 相同的FRD管，多个FRD管分别通过所述IGBT管固定于所述电路布线层。
7. 如权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述FRD管的阴极固定于所述 IGBT管的集电极、阳极通过所述金属线与所述IGBT管的发射极电连接。
8. -种智能功率模块的制造方法，其特征在于，包括以下步骤： 制作金属基板，并于所述金属基板的其中一表面覆盖绝缘层，于所述绝缘层表面布设 电路布线层； 于所述电路布线层上的多个预设位置配设IGBT管； 设置数量与所述IGBT管相同且分别作为相应的所述IGBT管的驱动电路的栅极驱动 管，其中，每个所述栅极驱动管的驱动端与所述IGBT管的栅极电连接的走线长度相同； 于所述电路布线层、IGBT管和栅极驱动管之间连接金属线以形成预设电路。
9. 如权利要求8所述的智能功率模块的制造方法，其特征在于，所述设置数量与所述 IGBT管相同且分别作为相应的所述IGBT管的驱动电路的栅极驱动管的步骤包括： 将多个所述栅极驱动管分别设置于多个所述IGBT管的发射极上； 将所述栅极驱动管的驱动端通过所述金属线与所述IGBT管的栅极连接。
10. 如权利要求8或9所述的智能功率模块的制造方法，其特征在于，所述于所述电路 布线层上的多个预设位置配设IGBT管的步骤中，所述电路布线层上用于设置所述IGBT管 的预设位置呈阵列排布。
11. 如权利要求8所述的智能功率模块的制造方法，其特征在于，多个所述栅极驱动管 包括数量相等的HVIC管和LVIC管。
12. 如权利要求8或11所述的智能功率模块的制造方法，其特征在于，在所述于所述电 路布线层上的多个预设位置配设IGBT管的步骤之后还包括： 设置数量与所述IGBT管相同的FRD管，该多个FRD管分别通过所述IGBT管固定于所 述电路布线层； 其中，将所述FRD管的阴极固定于所述IGBT管的集电极、阳极通过所述金属线与所述 IGBT管的发射极电连接。
【文档编号】H01L21/50GK104112740SQ201310435355
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】冯宇翔 申请人:广东美的制冷设备有限公司