智能功率模块的控制电路、智能功率模块及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能功率模块技术领域，尤其涉及一种小型化和低成本化的智能功率模块的控制电路、智能功率模块以及其制造方法。
【背景技术】
[0002]智能功率模块(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类产品。智能功率模块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。智能功率模块一方面接收MCU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MClL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。
[0003]参照图1 (A)、图1 (B)、图1 (C)、图1 (D)和图1 (E)，图1 (A)是现有的智能功率模块的电路图，图1(B)是现有的智能功率模块的俯视图，图1(C)是图1(B)去除树脂后的示意图，图1(D)是图1(B)的X-X’线的截面图，图1(E)是现有的智能功率模块安装在铝散热器上的示意图。
[0004]现行智能功率模块100包括:电路基板206 ;设于所述电路基板206表面上的绝缘层207上形成的所述电路布线208 ;被固定在所述电路布线208上的所述IGBT管121?126、所述FRD管111?116、所述HVIC管101等元器件；连接元器件和所述电路布线208的金属线205 ;与所述电路布线208连接的引脚201 ;所述电路基板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，会使所述铝基板206的背面露出到外部的状态下进行密封。
[0005]从图1 (C)可以看出，现行的智能功率模块由I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管的距离不一致，导致6枚IGBT管的信号传输一致性难以控制，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。
[0006]并且，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作为散热器帮助所述IGBT管及FRD管散热，对于功率较大的应用场合，如驱动变频空调压缩机的场合，如图1(E)所示，在所述电路基板106上还需外接更大的铝散热器220，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。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于提供一种智能功率模块的控制电路，以减少功率模块的体积，并降低功率模块的成本，此外，本发明的另一目的还在于提出一种体积小、成本低且具有良好散热效果的包括上述控制电路的智能功率模块及其制造方法。
[0008]为了达到上述目的，本发明提出一种智能功率模块的控制电路，包括三个上桥臂功率器件和三个下桥臂功率器件，以及分别与所述三个上桥臂功率器件对应连接的U相高压驱动集成管、V相高压驱动集成管、W相高压驱动集成管，和分别与所述三个下桥臂功率器件对应连接的U相低压驱动集成管、V相低压驱动集成管、W相低压驱动集成管。
[0009]优选地，所述三个上桥臂功率器件分别为第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件，所述三个下桥臂功率器件分别为第四功率器件、第五功率器件、第六功率器件；所述第一功率器件包括第一 IGBT管和与第一 FRD管，所述第二功率器件包括第二 IGBT管和第二 FRD管，所述第三功率器件包括第三IGBT管和第三FRD管，所述第四功率器件包括第四IGBT管和第四FRD管，所述第五功率器件包括第五IGBT管和第五FRD管，所述第六功率器件包括第六IGBT管和第六FRD管；
[0010]所述U、V、W三相高压驱动集成管包括电源端、输入端、输出端、高压电源正端、高压电源负端和接地端，所述U、V、W三相低压驱动集成管包括电源端、输入端、输出端和接地端;
[0011]所述U、V、W三相高压驱动管的输入端分别作为所述智能功率模块的U、V、W三相上桥臂输入端；所述U、V、W三相低压驱动管的输入端分别作为所述智能功率模块的U、V、W三相下桥臂输入端；
[0012]所述U、V、W三相高压驱动管和所述U、V、W三相低压驱动集成管的电源端相连并作为所述智能功率模块的低压区供电电源的正端，所述u、v、w三相高压驱动管和所述u、v、W三相低压驱动集成管的接地端相连作为所述智能功率模块的低压区供电电源的负端，所述U、V、W三相高压驱动管的高压电源正端分别作为所述智能功率模块的U、V、W三相高压区供电电源的正端；
[0013]所述U相高压驱动集成管的输出端与所述第一 IGBT管的栅极相连，所述U相高压驱动集成管的高压电源负端与所述第一 IGBT管的射极、所述第一 FRD管的阳极、所述第四IGBT管的集电极、所述第四FRD管的阴极相连，并作为所述智能功率模块的U相高压区供电电源的负端；所述V相高压驱动集成管的输出端与所述第二 IGBT管的栅极相连，所述V相高压驱动集成管的高压电源负端与所述第二 IGBT管的射极、所述第二 FRD管的阳极、所述第五IGBT管的集电极、所述第五FRD管的阴极相连，并作为所述智能功率模块的V相高压区供电电源的负端；所述W相高压驱动集成管的输出端与所述第三IGBT管的栅极相连，所述W相高压驱动集成管的高压电源负端与所述第三IGBT管的射极、所述第三FRD管的阳极、所述第六IGBT管的集电极、所述第六FRD管的阴极相连，并作为所述智能功率模块的W相高压区供电电源的负端；
[0014]所述第一 IGBT管的集电极、所述第一 FRD管的阴极、所述第二 IGBT管的集电极、所述第二 FRD管的阴极、所述第三IGBT管的集电极、所述第三FRD管的阴极相连，并作为所述智能功率模块的高电压输入端；
[0015]所述U相低压驱动集成管的输出端与第四IGBT管的栅极相连，所述第四IGBT管的射极与所述第四FRD管的阳极相连，并作为所述智能功率模块的U相低压参考端，所述V相低压驱动集成管的输出端与第五IGBT管的栅极相连，所述第五IGBT管的射极与所述第五FRD管的阳极相连，并作为所述智能功率模块的V相低压参考端，所述W相低压驱动集成管的输出端与第六IGBT管的栅极相连，所述第六IGBT管的射极与所述第六FRD管的阳极相连，并作为所述智能功率模块的W相低压参考端。
[0016]本发明还提出一种智能功率模块，包括电路布线、金属线和设置于所述电路布线上的功率元件，所述电路布线、所述金属线和所述功率元件构成所述智能功率模块的控制电路。
[0017]优选地，所述智能功率模块还包括作为载体的纸质散热器，所述散热器的一面作为正面覆盖有绝缘层，所述电路布线设置在所述绝缘层上远离所述散热器的一面，所述散热器的另一面作为背面，设置有用于散热的皱褶，所述皱褶距所述散热器的各边缘的距离至少为1.5mm。
[0018]优选地，该智能功率模块还包括配置在所述电路布线上的非功率元件和配置在所述功率模块边缘、与所述电路布线连接并向外延伸作为输入输出的引脚，所述电路布线、所述功率元件、所述非功率元件、所述金属线，以及所述引脚与所述电路布线的连接部分由树脂封装。
[0019]优选地，所述散热器和所述皱褶均为湿式碳素复合材料功能纸，所述散热器与所述皱褶粘接或者一体制成，所述散热器的厚度为1.5mm?2.5_，所述散热器的厚度大于所述皱褶的厚度。
[0020]本发明还提出一种上述智能功率模块制造方法，包括以下步骤:
[0021]形成纸质散热器，在所述散热器的正面覆盖绝缘层，在绝缘层表面形成电路布线；
[0022]在所述电路布线的表面装配相应的IGBT管、FRD管和预先制成的引脚；
[0023]在所述IGBT管的射极位置安装相应的高压驱动集成管、低压驱动集成管；
[0024]通过金属线将所述IGBT管、所述FRD管、所述高压驱动集成管、所述低压驱动集成管以及所述电路布线连接形成相应的控制电路；
[0025]通过密封树脂将所述散热器的正面密封；
[0026]在所述散热器的背面覆盖预先制成的皱褶。
[0027]优选地，所述在所述电路布线的表面装配IGBT管、FRD管和预先制成的引脚的步骤之前还包括:制成独立的带镀层的引脚；具体包括:
[0028]选取铜基材，对铜基材通过冲压或蚀刻的方式，制成一排引脚，引脚之间通过加强筋连接；
[0029]在所述引脚表面依次形成镍层和镍锡合金层，得到带镀层的引脚。
[0030]优选地，所述形成纸质散热器，在所述散热器的正面覆