一种智能功率模块及其制造方法与流程

1.本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种智能功率模块及其制造方法。


背景技术：

2.随着科技的进步和电子行业的发展，高效节能已经成为电源的必然发展趋势。目前，已经有部分公司做出了98％效率的ac-dc模块，在业界引起了轰动。现有的一种高效率的电源利用图腾柱无桥pfc电路替代传统有桥pfc电路中导通压降较高的整流桥，由于图腾柱无桥pfc电路的导通电阻更小，因此，能使电源具有更高的效率、更高的功率密度。
3.但是现有的图腾柱无桥pfc电路集成度不高，这会增加图腾柱无桥pfc电路在电源模块上使用的困难度。因此，需要对现有的包括腾柱无桥pfc电路的模块进行改进。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种智能功率模块，该智能功率模块将图腾柱无桥pfc拓扑电路模块化，高度集成的pfc模块能够降低无桥pfc的应用难度，使得电源功率模块更高效。
5.一种智能功率模块，包括：
6.基体，所述基体上安装有无桥pfc控制芯片、驱动芯片以及功率模块，所述无桥pfc控制芯片与所述驱动芯片电连接；所述驱动芯片与所述功率模块电连接，用以驱动所述功率模块运行。
7.在本发明较佳的技术方案中，所述基体包括电路板、双面覆铜陶瓷基板以及铜框架；所述电路板以及所述双面覆铜陶瓷基板塑封形成塑封体，所述电路板与所述双面覆铜陶瓷基板通过金线电连接，所述铜框架设置在所述塑封体外围；
8.所述无桥pfc控制芯片、所述驱动芯片设置在所述电路板上，所述功率模块设置在所述双面覆铜陶瓷基板上。
9.在本发明较佳的技术方案中，所述功率模块通过铝线与所述铜框架连接。
10.在本发明较佳的技术方案中，所述基体包括双面覆铜陶瓷基板以及铜框架，所述双面覆铜陶瓷基板被塑封形成塑封体，所述无桥pfc控制芯片、所述驱动芯片以及所述功率模块均安装在所述双面覆铜陶瓷基板上。
11.在本发明较佳的技术方案中，所述塑封体上设有散热管，所述散热管一端外露在所述塑封体外，另一端贯穿所述塑封体与所述双面覆铜陶瓷基板相接。
12.在本发明较佳的技术方案中，所述基体上设有ntc温控模块。
13.一种智能功率模块的制造方法，所述方法用于制造如上所述的智能功率模块。
14.在本发明较佳的技术方案中，所述方法包括以下步骤：
15.获得基板；
16.在基板上印刷锡膏图形，并将元器件粘接在对应的锡膏图形上，其中，元器件包括无桥pfc控制芯片；
17.将粘接有元器件的基板与铜框架进行组装；
18.将组装好的基板与铜框架放入回流焊设备，将元器件、铜框架焊接在基板上；
19.清洗掉经过回流焊的产品多余的助焊剂，并将清洗后的产品干燥，得到半成品；
20.将半成品按照设计要求进行元器件的铝线焊接、金线焊接，实现元器件的电连接，并在电路板对应位置点银胶，画出银胶图形；
21.塑封铝线焊接、金线焊后的产品，并进行切筋测试，得到智能功率模块的成品。
22.在本发明较佳的技术方案中，所述将清洗后的产品干燥，包括：
23.将清洗后的产品干燥放入充满氮气的烤箱；
24.设置烘烤模式，将产品烘烤1小时-3小时；
25.其中烘烤模式为：
26.50℃-60℃烘烤30分钟-1小时；
27.升温至120℃-150℃烘烤30分钟-1小时；
28.降温至60℃-70℃烘烤30分钟-1小时。
29.在本发明较佳的技术方案中，所述将组装好的基板与铜框架放入回流焊设备，将元器件、铜框架焊接在基板上，包括：
30.焊接前，获取锡膏类型，并获取与锡膏类型对应的理想温度曲线，根据理想温度曲线编辑时间-理想温度控制曲线；
31.焊接过程中，获取焊接部位的实际温度曲线，生成时间-实际温度控制曲线；
32.将时间-实际温度控制曲线与时间-理想温度控制曲线进行比对，得到温度补偿值；
33.将温度补偿值反馈到回流焊设备的控制器处，补偿焊接过程的温度。
34.本发明的有益效果为：
35.本发明提供的一种智能功率模块，包括基体，所述基体上安装有无桥pfc控制芯片、驱动芯片以及功率模块，无桥pfc控制芯片与驱动芯片电连接；驱动芯片与所述功率模块电连接，用以驱动所述功率模块运行。该智能功率模块利用无桥pfc控制芯片将图腾柱无桥pfc拓扑电路模块化，与传统的有桥pfc电路相比，效率更高，电能利用率更高。而且高度集成的无桥pfc控制芯片，能够缩短产品的开发周期，降低开发成本，另外，还能够增加电路的可靠性，减少电路的占板面积。功率模块在高频工作时，高度集成的模块的杂散参数更小，更利于大功率应用。
附图说明
36.图1是本发明提供的智能功率模块的电路图；
37.图2是本发明的实施例1提供的智能功率模块的剖面图；
38.图3是本发明的实施例1提供的智能功率模块的内部结构的示意图；
39.图4是本发明的实施例2提供的智能功率模块的剖面图；
40.图5是本发明提供的智能功率模块的制造方法的流程图。
41.附图标记：
42.1、无桥pfc控制芯片；2、ntc温控模块；3、驱动芯片；4、金线；5、功率模块；6、铝线；7、铜框架；10、电路板；20、双面覆铜陶瓷基板；
具体实施方式
43.下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
44.在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
45.应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
46.由于现有的图腾柱无桥pfc电路集成度不高，这会增加图腾柱无桥pfc电路在电源模块上使用的困难度。并且，已有的集成传统pfc方案，一般没有包含控制芯片，这造成现有的功率模块控制不变。基于此，本技术提出一种智能功率模块。
47.实施例1
48.如图1-图3所示，本实施例中，一种智能功率模块5，包括：
49.基体，所述基体上安装有无桥pfc控制芯片1、驱动芯片3以及功率模块5，所述无桥pfc控制芯片1与所述驱动芯片3电连接；所述驱动芯片3与所述功率模块5电连接，用以驱动所述功率模块5运行。所述基体为该功率模块5的主体，所述驱动芯片3采用栅极驱动芯片3。
50.在一种更具体的实施方式中，栅极驱动芯片3包括采样电路、驱动电路以及比较器电路，采样电路连接被功率模块5，用于采集功率模块5的状态参量。比较器电路连接功率模块5，用于监测功率模块5的电压信号是否大于保护阈值，当大于保护阈值时，输出故障信号；驱动电路连接功率模块5，用于接收栅极驱动信号驱动功率模块5。
51.上述的一种智能功率模块5，包括基体，所述基体上安装有无桥pfc控制芯片1、驱动芯片3以及功率模块5，无桥pfc控制芯片1与驱动芯片3电连接；驱动芯片3与所述功率模块5电连接，用以驱动所述功率模块5运行。该智能功率模块5利用无桥pfc控制芯片1将图腾柱无桥pfc拓扑电路模块化，与传统的有桥pfc电路相比，效率更高，电能利用率更高。而且高度集成的无桥pfc控制芯片1，能够缩短产品的开发周期，降低开发成本，另外，还能够增加电路的可靠性，减少电路的占板面积。功率模块5在高频工作时，高度集成的模块的杂散参数更小，更利于大功率应用。上述的一种智能功率模块5，包括基体，所述基体上安装有无桥pfc控制芯片1、驱动芯片3以及功率模块5，所述无桥pfc控制芯片1与所述驱动芯片3电连接；所述驱动芯片3与所述功率模块5电连接，用以驱动所述功率模块5运行。该智能功率模块5将图腾柱无桥pfc拓扑电路模块化，高度集成的pfc模块能够降低无桥pfc的应用难度，使得电源功率模块5更高效。
52.进一步地，所述基体包括电路板10、双面覆铜陶瓷基板20以及铜框架7；所述电路
板10以及所述双面覆铜陶瓷基板20塑封形成塑封体，所述电路板10与所述双面覆铜陶瓷基板20通过金线4电连接，所述铜框架7设置在所述塑封体外围；
53.所述无桥pfc控制芯片1、所述驱动芯片3设置在所述电路板10上，所述功率模块5设置在所述双面覆铜陶瓷基板20上。更具体地，所述功率模块5通过铝线6与所述铜框架7连接。铝线6起到传输信号及传输热量的作用。
54.在本实施例中，基体设置两块不同的电路板10，这便于将不同的元器件分别安装，有利于提高设计的便利性。所述双面覆铜陶瓷基板20设置在电路板10的一侧，电路板10可以采用印刷电路板10。
55.在一种更佳的实施方式中，所述塑封体上设有散热管，所述散热管一端外露在所述塑封体外，另一端贯穿所述塑封体与所述双面覆铜陶瓷基板20相接。
56.该散热管采用毛细管来实现，毛细管的一端双面覆铜陶瓷基板20相接、另一端伸出所述塑封体外，毛细管的设计便于塑封体散热，有助于延长该功率模块5的使用寿命。
57.在更佳的实施方式中，所述基体上设有ntc温控模块2。ntc温控模块2用于监测功率模块5的温度，在功率模块5的温度超过阈值时，通过控制器发出警报信号。并且，增加温度监控，更便于产品的热设计及热管理。
58.本技术还提供一种智能功率模块5的制造方法，所述方法用于制造如上所述的智能功率模块5。
59.更具体地，如图5所示，所述方法包括以下步骤：
60.s100、获得基板；该基本可以是dbc基板，也可以是pcb板。或该基板包括dbc基板与是pcb板。
61.s200、在基板上印刷锡膏图形，并将元器件粘接在对应的锡膏图形上，其中，元器件包括无桥pfc控制芯片1；具体过程为：首先根据控制芯片、功率芯片、电容、电阻等元器件的外形尺寸、厚度等信息，设计钢网，在钢网上加工出对用的芯片、器件外形。通过印刷设备通过印刷的方式，在基板上通过钢网的图形在对应的位置印刷出锡膏图形，这些图形用于将各种芯片、电容、电阻、ntc等元器件粘贴在对应的位置。印刷锡膏图形过程中，需要根据元器件的形状尺寸评估钢网开口，以免开口过大导致锡膏浪费。
62.s300、将粘接有元器件的基板与铜框架7进行组装；组装过程通过相关治具来进行。
63.s400、将组装好的基板与铜框架7放入回流焊设备，将元器件、铜框架7焊接在基板上；回流焊工艺采用现有的回流焊设备。
64.s500、清洗掉经过回流焊的产品多余的助焊剂，并将清洗后的产品干燥，得到半成品；
65.s600、将半成品按照设计要求进行元器件的铝线6焊接、金线4焊接，实现元器件的电连接，并在电路板10对应位置点银胶，画出银胶图形。金线4焊接的方式是完成电参数连接。具体包括将芯片的电极与pcb上预留的焊盘通过金线4进行连接，形成电路。金线4焊接时，金线4通过空心夹具的毛细管穿出，然后经过电弧放电使伸出部分熔化，并在表面张力作用下成球形，然后通过夹具将球压焊到芯片的电极上，压下后作为第一个焊点，为球焊点，然后从第一个焊点抽出弯曲的金线4再压焊到相应的位置上，形成第二个焊点，为平焊焊点，然后又形成另一个新球用作于下一个的第一个球焊点。球焊选用毛细管头，一般用陶
瓷或钨制成；焊点是在温度(一般为100-500℃)、超声波、压力以及时间的综合作用下形成的。
66.s700、塑封铝线6焊接、金线4焊后的产品，并进行切筋测试，得到智能功率模块5的成品。将焊接后的产品封装测试，测试合格的即可送入下一工艺流程。
67.更佳地，所述将清洗后的产品干燥，包括：
68.将清洗后的产品干燥放入充满氮气的烤箱；
69.设置烘烤模式，将产品烘烤1小时-3小时；
70.其中烘烤模式为：
71.50℃-60℃烘烤30分钟-1小时；
72.升温至120℃-150℃烘烤30分钟-1小时；
73.降温至60℃-70℃烘烤30分钟-1小时。
74.氮气烤箱可以防止烘干过程中产品发生氧化，这有助于保证产品的质量。在更佳的实施方式中，可以向烤箱中通入50℃-60℃氮气5-10分钟，利用高温氮气驱赶烤箱内的湿气。而后开启烤箱的加热功能，使得烤箱中的温度保持在50℃-60℃，烘烤30分钟-1小时后，再升温至120℃-150℃烘烤30分钟-1小时进行深度烘烤，最后降温至60℃-70℃烘烤30分钟-1小时。水分对半导体器件的寿命直观重要，因此，需要保证保证干燥完成后，功率模块上不会有多余的水分。但是如果一直使用高温干燥，功率模块的油墨容易冒出，这会影响产品的外观及质量。在干燥过程中，经过实验验证，干燥温度以及烘烤时间对功率模块的质量有着重要影响。因此，本技术通过设置阶梯式的烘烤温度，使得烘烤过程中的温度先上升再下降，配合限定的烘烤时间，最后得到干燥度高的产品，保证功率模块被烘烤后不会被水分影响质量。另外，通过测定观察后的产品可以，经过本技术的烘烤模式烘烤的功率模块，不会出现冒油现象，产品质量高，性能优异。
75.进一步地，所述将组装好的基板与铜框架7放入回流焊设备，将元器件、铜框架7焊接在基板上，包括：
76.焊接前，获取锡膏类型，并获取与锡膏类型对应的理想温度曲线，根据理想温度曲线编辑时间-理想温度控制曲线；
77.焊接过程中，获取焊接部位的实际温度曲线，生成时间-实际温度控制曲线；
78.将时间-实际温度控制曲线与时间-理想温度控制曲线进行比对，得到温度补偿值；
79.将温度补偿值反馈到回流焊设备的控制器处，补偿焊接过程的温度。其中补偿结果为使得实际温度趋近于锡膏的理论温度。
80.由于不同的锡膏，其焊接温度也不一样，如果不能针对不同的锡膏控制不同的焊接温度，则制造处理的产品有可能因为焊接不牢固、焊接质量不达标而导致产品容易出现鼓掌。本技术通过根据不同的锡膏类型，编辑时间-理想温度控制曲线。再获取焊接过程中的实际温度，得到时间-实际温度控制曲线，将时间-实际温度控制曲线与时间-理想温度控制曲线进行比对，其目标是保证焊接过程中的实际温度趋近于理论温度。该方法可以保证焊接过程中的温度不会出现较大的波动，与理论温度一直处于设定的阈值范围内，以保证回流焊的质量，从而保证制造出来的产品的性能优异。在实际的应用过程中，由于厂区常用的锡膏优先，因此，可以根据生产经验在回流焊控制系统中预存不同的锡膏类型的时间-理
想温度控制曲线，而后在生产时直接调用相关的数据即可。需要说明的是，利用温度补偿值补偿焊接过程的温度是将实际焊接温度与温度补偿值作差，使得实际焊接温度趋近于理想温度。另外，在大批量生产过程中，先调取时间-理想温度控制曲线，再利用小块产品进行打样生产，再观察利用温度补偿值补偿焊接过程的温度后的产品，判断得到的差评质量是否达标。在打样生产的产品质量合格后，再进行大批量生产。
81.概而言之，本技术通过将时间-理想温度控制曲线与锡膏类型对应的时间-理想温度控制曲线进行不对控温，根据两者的差值进行温度控制，这保证了控温的准确性，大大提升了产品的质量。
82.实施例2
83.如图4所示，该实施例仅描述与实施例1的不同之处，其余技术特征与上述实施例相同。
84.在本实施例中，所述基体包括双面覆铜陶瓷基板20以及铜框架7，所述双面覆铜陶瓷基板20被塑封形成塑封体，所述无桥pfc控制芯片1、所述驱动芯片3以及所述功率模块5均安装在所述双面覆铜陶瓷基板20上。
85.在本实施例中，功率模块5仅以一块的双面覆铜陶瓷基板20作为元器件的安装载体，相对实施例1而言，本实施例的智能功率模块制造工艺更简单，生成成本更低。
86.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
87.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。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。

技术特征：
1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：基体，所述基体上安装有无桥pfc控制芯片、驱动芯片以及功率模块，所述无桥pfc控制芯片与所述驱动芯片电连接；所述驱动芯片与所述功率模块电连接，用以驱动所述功率模块运行。2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于：所述基体包括电路板、双面覆铜陶瓷基板以及铜框架；所述电路板以及所述双面覆铜陶瓷基板塑封形成塑封体，所述电路板与所述双面覆铜陶瓷基板通过金线电连接，所述铜框架设置在所述塑封体外围；所述无桥pfc控制芯片、所述驱动芯片设置在所述电路板上，所述功率模块设置在所述双面覆铜陶瓷基板上。3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于：所述功率模块通过铝线与所述铜框架连接。4.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于：所述基体包括双面覆铜陶瓷基板以及铜框架，所述双面覆铜陶瓷基板被塑封形成塑封体，所述无桥pfc控制芯片、所述驱动芯片以及所述功率模块均安装在所述双面覆铜陶瓷基板上。5.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于：所述塑封体上设有散热管，所述散热管一端外露在所述塑封体外，另一端贯穿所述塑封体与所述双面覆铜陶瓷基板相接。6.根据权利要求1-5任一项所述的智能功率模块，其特征在于：所述基体上设有ntc温控模块。7.一种智能功率模块的制造方法，其特征在于：所述方法用于制造如权利要求1-6任一项所述的智能功率模块。8.根据权利要求7所述的智能功率模块的制造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：获得基板；在基板上印刷锡膏图形，并将元器件粘接在对应的锡膏图形上，其中，元器件包括无桥pfc控制芯片；将粘接有元器件的基板与铜框架进行组装；将组装好的基板与铜框架放入回流焊设备，将元器件、铜框架焊接在基板上；清洗掉经过回流焊的产品多余的助焊剂，并将清洗后的产品干燥，得到半成品；将半成品按照设计要求进行元器件的铝线焊接、金线焊接，实现元器件的电连接，并在电路板对应位置点银胶，画出银胶图形；塑封铝线焊接、金线焊后的产品，并进行切筋测试，得到智能功率模块的成品。9.根据权利要求8所述的智能功率模块的制造方法，其特征在于：所述将清洗后的产品干燥，包括：将清洗后的产品干燥放入充满氮气的烤箱；设置烘烤模式，将产品烘烤1小时-3小时；其中烘烤模式为：
50℃-60℃烘烤30分钟-1小时；升温至120℃-150℃烘烤30分钟-1小时；降温至60℃-70℃烘烤30分钟-1小时。10.根据权利要求8所述的智能功率模块的制造方法，其特征在于：所述将组装好的基板与铜框架放入回流焊设备，将元器件、铜框架焊接在基板上，包括：焊接前，获取锡膏类型，并获取与锡膏类型对应的理想温度曲线，根据理想温度曲线编辑时间-理想温度控制曲线；焊接过程中，获取焊接部位的实际温度曲线，生成时间-实际温度控制曲线；将时间-实际温度控制曲线与时间-理想温度控制曲线进行比对，得到温度补偿值；将温度补偿值反馈到回流焊设备的控制器处，补偿焊接过程的温度。

技术总结
本发明提供了一种智能功率模块及其制造方法，属于集成电路技术领域，该智能功率模块包括基体，所述基体上安装有无桥PFC控制芯片、驱动芯片以及功率模块，所述无桥PFC控制芯片与所述驱动芯片电连接；所述驱动芯片与所述功率模块电连接，用以驱动所述功率模块运行。该智能功率模块将图腾柱无桥PFC拓扑电路模块化，高度集成的PFC模块能够降低无桥PFC的应用难度，使得电源功率模块更高效。使得电源功率模块更高效。使得电源功率模块更高效。


技术研发人员：曹俊
受保护的技术使用者：志豪微电子（惠州）有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/9/14