一种方便布线的智能功率模组及其制造方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是一种方便布线的智能功率模组及其制造方法。


背景技术：

2.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mcu。与传统分立方案相比，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，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。
3.智能功率模组，是两个或两个以上的智能功率模块集成在一起。如采用sip(单列直插)全绝缘封装结构的pfc结合三相逆变模块的模组，其管脚比较密集，管脚排列和管脚形状定下来后，其应用的电控pcb模组部分的布线就基本定，不方便做样化设计，从而影响了电控pcb设计灵活性。由于智能功能率模组集成了多个智能功率模块，其功能多，管脚也较多，外形结构和管脚排列一定，就会导致其应用的电控的pcb设计不可能多样化，特别是一些已有的电控结构的应用场境，会出现由于智能功率模组的结构和管脚的排列方式的问题而无法用。


技术实现要素：

4.针对上述缺陷，本发明的一个目的在于提出一种方便布线的智能功率模组，解决了现有的智能功率模组会出现由于智能功率模组的结构和管脚的排列方式的问题而无法布线的问题。
5.针对上述缺陷，本发明的另一个目的在于提出一种方便布线的智能功率模组的制造方法，解决了现有的智能功率模组会出现由于智能功率模组的结构和管脚的排列方式的问题而无法布线的问题。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种方便布线的智能功率模组，包括主模组封装组件、管脚封装组件和多个智能功率模块；
7.所述主模组封装组件包括第一封装体、焊盘凹槽、卡位槽组，所述智能功率模块被封装于所述第一封装体内；
8.所述焊盘凹槽开设于所述第一封装体的上表面和任意一个侧壁面的交接处，所述卡位槽组开设于所述第一封装体的表面并与所述焊盘凹槽连通，所述焊盘凹槽设有多个管脚接触焊盘，所述管脚接触焊盘与所述智能功率模块中的电路元件电连接；
9.所述管脚封装组件包括第二封装体、凸出件组和多个管脚，所述第二封装体的结构与所述焊盘凹槽的结构相对应，所述凸出件组与所述第二封装体的表面连接，所述凸出
件组与所述卡位槽组相对应，所述管脚的一端被封装于所述第二封装体内，所述管脚的另一端向所述第二封装体的外部延伸；
10.所述管脚与所述管脚接触焊盘一一对应，当所述第二封装体安装于所述第一封装体后，所述管脚与对应的管脚接触焊盘电连接。
11.值得说明的是，所述管脚的另一端为折弯结构，所述管脚分为单数管脚和双数管脚，所述单数管脚的长度不等于所述双数管脚的长度，所述单数管脚和双数管脚于所述第二封装体交替分布。
12.可选地，所述卡位槽组包括多个独立卡位槽，所述独立卡位槽分布于所述第一封装体的表面，并且所有所述独立卡位槽均与所述焊盘凹槽连通；
13.所述凸出件组包括多个独立凸出件，所述独立凸出件与所述独立卡位槽一一对应，所述独立凸出件分布于所述第二封装体的表面。
14.具体地，所述卡位槽组包括两个独立卡位槽，两个所述独立卡位槽分布于所述焊盘凹槽的两侧；
15.所述凸出件组包括两个独立凸出件，所述独立凸出件分布于所述第二封装体两侧。
16.优选的，两个所述独立卡位槽的长度、宽度或深度中至少有一个尺度不相等，两个所述独立凸出件的长度、宽度或高度中至少有一个尺度不相等。
17.值得说明的是，所述焊盘凹槽为方体形状的凹槽，所述第二封装体为方体结构、所述独立卡位槽为方体结构，所述独立凸出件为方体结构。
18.可选地，所述智能功率模块包括电路元件、金属基板、绝缘层和布线层，所述金属基板的上表面设有所述绝缘层，所述绝缘层的上表面设有所述布线层，所述布线层的上表面设有所述电路元件，所述电路元件与所述布线层电连接。
19.具体地，一种方便布线的智能功率模组的制造方法，用于制造所述方便布线的智能功率模组，包括以下步骤：
20.a1：将金属板切割成金属基板，在金属基板的下表面通过激光蚀刻和打磨的方式形成纹理部；
21.a2：在所述金属基板的上表面设置绝缘层，在所述绝缘层的上表面设置铜箔，并通过刻蚀使所述铜箔形成布线层；
22.a3：在所述布线层的上表面涂装锡膏；
23.a4：在涂装有锡膏的位置放置电路元件和管脚接触焊盘；
24.a5：通过汇流焊使锡膏固化，使所述电路元件和所述管脚接触焊盘固定；
25.a6：通过喷淋和超声的清洗方式，清除残留在金属基板的助焊剂；
26.a7：通过注入模制或传递模制方式，将密封树脂形成第一封装体，将电路元件、整金属与基板、绝缘层和布线层密封；
27.在形成所述第一封装体时，于所述第一封装体的上表面和任意一个侧壁面的交接处形成焊盘凹槽，使所述管脚接触焊盘位于所述焊盘凹槽；还于所述第一封装体的表面形成与所述焊盘凹槽连通的卡位槽组；
28.a8：将铜材切割成管脚，通过注入模制或传递模制方式，将密封树脂形成第二封装体，将管脚的一端密封；
29.在形成所述第二封装体时，于所述第二封装体的表面形成凸出件组；
30.其中当使用注入模制方式时，所述密封树脂为热塑性树脂，当使用传递模制方式时，所述密封树脂为热硬性树脂。
31.上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：
32.1、在所述方便布线的智能功率模组中，所述主模组封装组件没有引出管脚，只外露有管脚接触焊盘，管脚封装组件中的管脚可按客户的实际应用环境的要求而布局，从而不会使电路的布线局限于管脚的排列和管脚的形状。安装时，先在主模组封装组件的管脚接触焊盘刷锡膏，然后选择合适管脚布局的管脚封装组件安装到对应的外部支架上再嵌入到所述主模组封装组件，通过回流焊使锡膏固化，所述的管脚封装组件就能固定在主模组封装组件的第一封装体使得智能功率模组给更加灵活从而方便布线。
33.2、安装时，只需要将所述第二封装体对准所述第一封装提的焊盘凹槽，然后将所述第二封装体安装于所述焊盘凹槽内就能使所述管脚与对应的管脚接触焊盘电连接，使管脚接通与其对应的智能功率模块的端口。所述卡位槽组和所述凸出件组的配合，能提高在所述第二封装体安装于所述焊盘凹槽的稳固性，避免所述第二封装体相对于所述第一封装体晃动。
附图说明
34.图1是本发明的一个实施例的主模组封装组件的结构示意图；
35.图2是本发明的一个实施例的管脚封装组件的结构示意图；
36.图3是本发明的另一个实施例的管脚封装组件的结构示意图；
37.图4是本发明的一个实施例的智能功率模块的结构示意图；
38.图5是本发明的一个实施例的hvic芯片的电路图；
39.图6是本发明的一个实施例的智能功率模块的电路图；
40.图7是本发明的一个实施例的智能功率模块的电路图；
41.其中：1主模组封装组件；11第一封装体；12焊盘凹槽；13卡位槽组；131独立卡位槽；14管脚接触焊盘；2管脚封装组件；21第二封装体；22凸出件组；221独立凸出件；23管脚；231单数管脚；232双数管脚；31电路元件；32金属基板；33绝缘层；34布线层。
具体实施方式
42.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.下面结合图1至图7，描述本发明实施例的一种方便布线的智能功率模组，包括主模组封装组件1、管脚封装组件2和多个智能功率模块；
45.所述主模组封装组件1包括第一封装体11、焊盘凹槽12、卡位槽组13，所述智能功率模块被封装于所述第一封装体11内；
46.所述焊盘凹槽12开设于所述第一封装体11的上表面和任意一个侧壁面的交接处，所述卡位槽组13开设于所述第一封装体11的表面并与所述焊盘凹槽12连通，所述焊盘凹槽12设有多个管脚接触焊盘14，所述管脚接触焊盘14与所述智能功率模块中的电路元件31电连接；
47.所述管脚封装组件2包括第二封装体21、凸出件组22和多个管脚23，所述第二封装体21的结构与所述焊盘凹槽12的结构相对应，所述凸出件组22与所述第二封装体21的表面连接，所述凸出件组22与所述卡位槽组13相对应，所述管脚23的一端被封装于所述第二封装体21内，所述管脚23的另一端向所述第二封装体21的外部延伸；
48.所述管脚23与所述管脚接触焊盘14一一对应，当所述第二封装体21安装于所述第一封装体11后，所述管脚23与对应的管脚接触焊盘14电连接。
49.在所述方便布线的智能功率模组中，所述主模组封装组件1没有引出管脚，只外露有管脚接触焊盘14，管脚封装组件2中的管脚23可按客户的实际应用环境的要求而布局，从而不会使电路的布线局限于管脚23的排列和管脚23的形状。安装时，先在主模组封装组件1的管脚接触焊盘14刷锡膏，然后选择合适管脚23布局的管脚封装组件2安装到对应的外部支架上再嵌入到所述主模组封装组件1，通过回流焊使锡膏固化，所述的管脚封装组件2就能固定在主模组封装组件1的第一封装体11使得智能功率模组给更加灵活从而方便布线。
50.安装时，只需要将所述第二封装体21对准所述第一封装提的焊盘凹槽12，然后将所述第二封装体21安装于所述焊盘凹槽12内就能使所述管脚23与对应的管脚接触焊盘14电连接，使管脚23接通与其对应的智能功率模块的端口。所述卡位槽组13和所述凸出件组22的配合，能提高在所述第二封装体21安装于所述焊盘凹槽12的稳固性，避免所述第二封装体21相对于所述第一封装体11晃动。
51.一些实施例中，如图2和3所示，所述管脚23的另一端为折弯结构，所述管脚23分为单数管脚231和双数管脚232，所述单数管脚231的长度不等于所述双数管脚232的长度，所述单数管脚231和双数管脚232于所述第二封装体21交替分布。一个实施例中，所述单数管脚231的长度长于所述双数管脚232的长度，如此，所述单数管脚231折弯后的另一端的长度长，所述双数管脚232折弯后的另一端的长度短，在接线时，相邻的单数管脚231的另一端和双数管脚232的另一端相错开，不容易焊接在一起，方便接线。另一个实施例中，所述单数管脚231的长度短于所述双数管脚232的长度，如此，所述单数管脚231折弯后的另一端的长度短，所述双数管脚232折弯后的另一端的长度长，在接线时，相邻的单数管脚231的另一端和双数管脚232的另一端相错开，不容易焊接在一起，方便接线。
52.值得说明的是，所述卡位槽组13包括多个独立卡位槽131，所述独立卡位槽131分布于所述第一封装体11的表面，并且所有所述独立卡位槽131均与所述焊盘凹槽12连通；所述凸出件组22包括多个独立凸出件221，所述独立凸出件221与所述独立卡位槽131一一对应，所述独立凸出件221分布于所述第二封装体21的表面。设置多个独立位槽和与其相对应的多个独立凸出件221，能从多个角度固定住所述第二封装体21。
53.可选地，所述卡位槽组13包括两个独立卡位槽131，两个所述独立卡位槽131分布于所述焊盘凹槽12的两侧；所述凸出件组22包括两个独立凸出件221，所述独立凸出件221
分布于所述第二封装体21两侧。如此，能在所述第二封装体21的两侧加强固定。另外由于只设有两个独立凸出件221，不会浪费过多的材料。
54.具体地，两个所述独立卡位槽131的长度、宽度或深度中至少有一个尺度不相等，两个所述独立凸出件221的长度、宽度或高度中至少有一个尺度不相等。如图1所示，如此，能避免所述第二封装体21在安装于所述焊盘凹槽12时左右放反，起到防呆的作用。一个实施例中，两个所述独立卡位槽131的长度不相等，两个所述独立凸出件221的长度不相等，在所述第二封装体21安装于所述焊盘凹槽12时，只能使所述第二封装体21往一个方向摆放，当所述第二封装体21向其他方向摆放时，所述第二封装体21就不能放进所述焊盘凹槽12内；另一个实施例中，两个所述独立卡位槽131的宽度和深度都不相等，两个所述独立凸出件221的宽度和高度都不相等，在所述第二封装体21安装于所述焊盘凹槽12时，只能使所述第二封装体21往一个方向摆放，当所述第二封装体21向其他方向摆放时，所述第二封装体21就不能放进所述焊盘凹槽12内。当两个所述独立卡位槽131的长度、宽度和深度都相等，两个所述独立凸出件221的长度、宽度和高度都相等时，所述第二封装体21可以从左到右的方向安装于所述焊盘凹槽12，也可以从右到左的方向安装于所述焊盘凹槽12，此时就容易将所述管脚电连接到与其不对应的管脚接触焊盘14，导致短路。
55.优选的，所述焊盘凹槽12为方体形状的凹槽，所述第二封装体21为方体结构、所述独立卡位槽131为方体结构，所述独立凸出件221为方体结构。方体形状的焊盘凹槽12、方体结构的二封装体、方体结构的独立卡位槽131和方体结构的独立凸出件221容易切割加工，从而提高生产的效率。
56.一些实施例中，如图4所示，所述智能功率模块包括电路元件31、金属基板32、绝缘层33和布线层34，所述金属基板32的上表面设有所述绝缘层33，所述绝缘层33的上表面设有所述布线层34，所述布线层34的上表面设有所述电路元件31，所述电路元件31与所述布线层34电连接。具体地，所述金属基板32为铝基板，所述金属基板32的下表面设有纹理部，从而提高所述金属基板32的摩擦力。另外，在某些电路元件31的端口无法与布线层34直接电连接的位置通过金属绑定线电连接。
57.如图5-7所示，所述hvic芯片为现有的芯片，所述hvic芯片包括三通道的高侧驱动电路、三通道的低侧驱动电路、一通道的pfc igbt驱动电路和电源电路，其中三通道的高侧驱动电路的输出端分别为ho1输出端、ho2输出端和ho3输出端，三通道的低侧驱动电路的输出端分别为lo1输出端、lo2输出端和lo3输出端，一通道的pfc igbt驱动电路的输出端为pfcout输出端；
58.所述高侧驱动电路内部设有高侧欠压保护电路和自举电路，实现高侧驱动欠压保护功能和自举供电功能；高侧驱动电路与低侧驱动电路之间设有互锁和死区电路实现互锁和死区功能；电源电路包括5v ldo电路和1.2v bandgap电路，给hvic芯片内部的所有电路和与hvic芯片电连接的外部电路供给5v电压，给hvic芯片以及其外部电路提供稳定的1.2v电压基准；电源电路与电源欠压保护电路连接，实现电源欠压保护功能；hvic芯片内部还设有使能电路、过流保护电路、过压保护电路、温度保护电路和报错电路；使能电路实现使能功能；过流保护电路实现过流保护功能；过压保护电路实现过压保护功能；温度保护电路实现温度保护功能；报错电路在内部出现欠压、过流、过压或过温情况时，通过hvic芯片对外输出报错信号。
59.所述智能功率模块的电路结构为现有技术的电路结构，所述智能功率模块的电路元件31，包括hvic芯片、三相逆变桥和igbt1晶体管；所述三相逆变器包括a相桥臂、b相桥臂和c相桥臂；所述a相桥臂包括igbt2晶体管和igbt3晶体管，所述igbt2晶体管的g极与所述hvic芯片的ho1输出端电连接，所述igbt3晶体管的g极与所述hvic芯片的lo1输出端电连接，所述igbt2晶体管的e极与所述igbt3晶体管的c极电连接，所述igbt3晶体管的e极作为所述智能功率模块的u-端口引出；所述b相桥臂包括igbt4晶体管和igbt5晶体管，所述igbt4晶体管的g极与所述hvic芯片的ho2输出端电连接，所述igbt5晶体管的g极与所述hvic芯片的lo2输出端电连接，所述igbt4晶体管的e极与所述igbt5晶体管的c极电连接，所述igbt5晶体管的e极作为所述智能功率模块的v-端口引出；所述c相桥臂包括igbt6晶体管和igbt7晶体管，所述igbt6晶体管的g极与所述hvic芯片的ho3输出端电连接，所述igbt7晶体管的g极与所述hvic芯片的lo3输出端电连接，所述igbt6晶体管的e极与所述igbt7晶体管的c极电连接，所述igbt7晶体管的e极作为所述智能功率模块的w-端口引出；所述igbt2晶体管的c极、所述igbt4晶体管的c极和所述igbt6晶体管的c极并联后作为所述智能功率模块的vcc2端口引出；所述igbt1晶体管的g极与所述hvic芯片的pfcout输出端电连接，所述igbt1晶体管的c极经过frd二极管后作为所述智能功率模块的vcc1端口引出，所述igbt1晶体管的e极作为所述智能功率模块的-vcc端口引出。所述igbt1晶体管、igbt2晶体管、igbt3晶体管、igbt4晶体管、igbt5晶体管、igbt6晶体管和igbt7晶体管的c极和e极之间均并联有一个frd二极管。
60.值得说明的是，一种方便布线的智能功率模组的制造方法，用于制造权利所述方便布线的智能功率模组，包括以下步骤：
61.a1：将金属板切割成金属基板32，在金属基板32的下表面通过激光蚀刻和打磨的方式形成纹理部；
62.a2：在所述金属基板32的上表面设置绝缘层33，在所述绝缘层33的上表面设置铜箔，并通过刻蚀使所述铜箔形成布线层34；
63.a3：在所述布线层34的上表面涂装锡膏；
64.a4：在涂装有锡膏的位置放置电路元件31和管脚接触焊盘14；
65.a5：通过汇流焊使锡膏固化，使所述电路元件31和所述管脚接触焊盘14固定；从而使所述电路元件31通过布线层34与所述管脚接触焊盘14之间形成电连接结构；
66.a6：通过喷淋和超声的清洗方式，清除残留在金属基板32的助焊剂；
67.a7：通过注入模制或传递模制方式，将密封树脂形成第一封装体11，将电路元件31、整金属与基板、绝缘层33和布线层34密封；
68.在形成所述第一封装体11时，于所述第一封装体11的上表面和任意一个侧壁面的交接处形成焊盘凹槽12，使所述管脚接触焊盘14位于所述焊盘凹槽12；还于所述第一封装体11的表面形成与所述焊盘凹槽12连通的卡位槽组13；
69.a8：将铜材切割成管脚23，通过注入模制或传递模制方式，将密封树脂形成第二封装体21，将管脚23的一端密封；
70.在形成所述第二封装体21时，于所述第二封装体21的表面形成凸出件组22；
71.其中当使用注入模制方式时，所述密封树脂为热塑性树脂，当使用传递模制方式时，所述密封树脂为热硬性树脂。
72.根据本发明实施例的一种方便布线的智能功率模组及其制造方法的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
73.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
74.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。