CN219419024U - 智能功率模块和具有其的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能功率模块和具有其的设备，所述智能功率模块包括：封装体；所述封装体内设置有控制IC芯片和多个功率芯片，所述多个功率芯片的每一个均与所述控制IC芯片连接；多个功率引脚，多个所述功率引脚在所述封装体的靠近所述功率芯片的一侧引出，所述多个功率芯片的每一个通过一个导电件与所述多个功率引脚中对应的功率引脚连接；控制IC引脚，所述控制IC引脚在所述封装体的靠近所述控制IC芯片的一侧引出，所述控制IC引脚与所述控制IC芯片电连接。根据本实用新型实施例的智能功率模块，具有通流能力强、连接牢固、焊接效率高等优点。

Description

智能功率模块和具有其的设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种智能功率模块和具有其的设备。

背景技术

在相关技术中，智能功率模块的功率芯片键合一般采用铝线，并且功率芯片的电流规格要求越高，单个功率芯片需要键合的铝线越多，多个功率芯片的话，键合铝线数量更多，焊接次数较多，因此造成焊接效率较低。并且功率芯片上键合多个铝线，焊接点相对较小，容易发生断焊的问题，导致铝线连接的可靠性带来挑战。此外，铝线细长，抗热疲劳能力和抗机械振动能力以及模流冲击能力都不高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种智能功率模块，该智能功率模块的功率芯片键合焊接次数大大降低，提高了键合效率和连接可靠性，并且具有更好的导电性、更高的抗热疲劳能力、更好的抗机械振动和模流冲击能力、较低的接触电阻和寄生电感和较低的线弧，以及提高了散热能力并且可以分散芯片表面的键合压力。

本实用新型还提出了一种具有智能功率模块的设备。

为实现上述目的，根据本实用新型实施例提出了一种智能模块，包括：封装体；所述封装体内设置有控制IC芯片和多个功率芯片，所述多个功率芯片的每一个通过一个导电件与所述多个功率引脚中对应的功率引脚连接；多个功率引脚，多个功率引脚在所述封装体的靠近所述功率芯片的一侧引出，每个所述功率引脚与对应的功率芯片之间通过一个导电件连接；控制IC引脚，所述控制IC引脚在所述封装体的靠近所述控制IC芯片的一侧引出，所述控制IC引脚与所述控制IC芯片电连接。

根据本实用新型实施例的智能模块，功率芯片通过一个导电件与对应的功率引脚连接，减少了电连接件的数量，从而减少了焊接次数，并且单个的电连接件可以设置更大的横截面积，功率芯片和功率引脚的通流能力更强，抗疲劳能力和抗机械振动能力以及模流冲击能力更高。并且，导电件与功率芯片以及功率引脚可以形成更大的焊接区域，连接更加牢固，因此，根据本实用新型实施例的功率模块，具有通流能力强、连接牢固、焊接效率高等优点。

根据本实用新型的一些具体实施例，所述导电件的第一端具有沿长度方向间隔设置的第一焊接区和第二焊接区，所述导电件在所述第一焊接区和所述第二焊接区分别焊接于所述功率芯片，所述导电件的第二端与对应连接的功率引脚连接。

根据本实用新型的一些具体实施例，所述导电件为铝带，或铝包裹铜芯的导电带。

根据本实用新型的一些具体实施例，所述智能功率模块，还包括：基板，所述基板上具有沿所述封装体的长度方向间隔分布的三个低电位侧导电区和一个高电位侧导电区；多个功率芯片包括三个低电位侧功率芯片和三个高电位侧功率芯片，三个所述低电位侧功率芯片分别设置于三个所述低电位侧导电区，三个所述高电位侧导电区设置于所述高电位侧导电区；所述控制IC芯片与所述多个功率芯片的每一个分别连接。

进一步地，所述控制IC芯片包括低电位侧控制IC芯片和高电位侧控制IC芯片，所述低电位侧控制IC芯片与三个所述低电位侧功率芯片分别连接，所述高电位侧控制IC芯片与三个所述高电位侧功率芯片分别连接；或

所述控制IC芯片包括低电位侧控制IC芯片和三个高电位侧控制IC芯片，所述低电位侧控制IC芯片与三个所述低电位侧功率芯片分别连接，三个所述高电位侧控制IC芯片与三个所述高电位侧芯片分别连接。

根据本实用新型的一些具体实施例，所述基板为第一铜框架，所述第一铜框架的上表面具有三个所述低电位侧导电区和一个所述高电位侧导电区，所述第一铜框架的一端从所述封装体的靠近所述功率芯片的一侧引出以形成所述功率引脚。

进一步地，所述智能功率模块还包括：散热铜板，所述散热铜板的一面通过绝缘层与所述第一铜框架的下表面贴合，所述散热铜板的另一面裸露出所述封装体。

根据本实用新型的一些具体实施例，所述基板包括叠层的内覆铜层、陶瓷层和外覆铜层，所述内覆铜层具有三个所述低电位侧导电区和一个所述高电位侧导电区，所述内覆铜层与所述功率引脚连接，所述外覆铜层的一面裸露出所述封装体。

根据本实用新型的一些具体实施例，所述功率芯片为RC-IGBT芯片。

根据本实用新型第二方面的实施例提出了一种设备。

根据本实用新型第二方面的实施例的设备，包括根据本实用新型上述实施例的智能功率模块和控制器，所述控制器与所述智能功率模块电连接。

根据本实用新型实施例的上述实施例的设备，具有通流能力强、连接牢固、焊接效率高等优点。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中的智能功率模块的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的智能功率模块的结构示意图；

图3是根据本实用新型另一实施例的智能功率模块的导电件连接功率芯片和功率引脚的示意图；

图4是根据本实用新型实施例的智能功率模块的铜芯包裹铝的导电带连接功率和功率引脚的示意图；

图5是图4中的导电件的剖视图；

图6是根据本实用新型实施例的智能功率模块的宽度方向上的结构示意图；

图7是根据本实用新型另一实施例的智能功率模块的宽度方向上的结构示意图；

图8是根据本实用新型再一实施例的智能功率模块的宽度方向上的结构示意图。

附图标记：

现有技术：

智能功率模块1＇、铝线10＇、功率芯片110＇、功率引脚200＇、

本实用新型：

智能功率模块1、封装体100、控制IC芯片110、功率芯片120、功率引脚200、

导电件300、控制IC引脚400、第一焊接区310、第二焊接区320、基板500、

第一铜框架501、低电位侧导电区510、

高电位侧导电区520、低电位侧功率芯片530、

高电位侧功率芯片540、低电位侧控制IC芯片550、高电位侧控制IC芯片560、

散热铜板700、铜芯10、铝20、绝缘层502、内覆铜层503、陶瓷层504、

外覆铜层505。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

下面参考附图描述根据本实用新型实施例的智能功率模块1。

如图1-图8所示，根据本实用新型实施例的智能功率模块1，包括封装体100、多个功率引脚200和控制IC引脚400。

封装体100内设置有控制IC芯片110和多个功率芯片120，每个功率芯片120均与控制IC芯片110连接，多个功率引脚200在封装体100的靠近功率芯片120的一侧引出，多个功率芯片200的每一个通过一个导电件300与多个功率引脚200中对应的功率引脚200连接，控制IC引脚400在封装体100的靠近控制IC芯片110的一侧引出，控制IC引脚400与控制IC芯片110电连接。

举例而言，控制IC引脚400在智能功率模块1的外部与外部控制器的PCB板连接，功率引脚200在智能功率模块1的外部连接至被驱动件，从而实现功率芯片120与外部电路的电气连接。导电件300可以为铝带，每个功率芯片120与功率引脚200只通过一个导电件300相连。导电件300的两端通过焊接的方式连接于功率芯片120和功率引脚200。

根据本实用新型实施例的智能功率模块1，通过在每个功率引脚200与对应的功率芯片120之间通过一个导电件300连接，在对应的功率芯片120以及功率引脚200之间形成整体的连接结构，使导电件300可以设置较大的横截面积的形状，功率芯片120和功率引脚200之间的通流能力更强，进而导电件300发热较低，导电件300也可以具有较低的接触电阻和寄生电感，实现较低的线弧。而且由于导电件300的横截面积较大，导电件300具有更好的抗热疲劳能力和抗机械振动能力以及抗模流冲击能力。并且每一个功率芯片120均通过一个导电件300与对应的功率引脚200连接，导电件300与功率芯片120以及功率引脚200的连接处可以形成较大的焊接区域，相比如图1所示的现有技术中的多个铝线10＇连接功率芯片120＇和功率引脚200＇的智能功率模块1＇，在一个导电件300与功率芯片120的连接处，以及与控制IC芯片110的连接处均只需一次焊接，焊接操作简单，提升了生产效率。并且，导电件300与功率芯片120以及功率引脚200的连接处形成较大的焊接区域，焊接位置相对较为集中，且焊接面积更大，导电件300与功率芯片120以及功率引脚200的连接更加牢固，可靠性更高。

此外，功率芯片120和功率引脚200一一对应，每个功率芯片120均单独与对应的功率引脚200进行驱动，从而每个功率芯片120与对应的功率引脚200单独电连接，控制IC芯片110通过连接多个功率芯片120，使多个功率芯片120可以分别驱动对应的功率引脚200，功率引脚200可以分散设置在封装体100的不同位置，功率引脚200与外部驱动件的电连接时，布置位置更加灵活。

因此，根据本实用新型实施例的智能功率模块1，具有通流能力强、连接牢固、焊接效率高等优点。

在本实用新型的一些具体实施例中，如图3所示，导电件300的第一端具有沿长度方向间隔设置的第一焊接区310和第二焊接区320，导电件300在第一焊接区310和第二焊接区320分别焊接于功率芯片120，导电件300的第二端与对应连接的功率引脚200连接。

例如，导电件300形成带状的导电带，第一焊接区310和第二焊接区320分别沿导电件300的短边延伸，并且第一焊接区310和第二焊接区320形成两条平行线的焊接区域，导电件300与功率芯片120的焊接更加牢固。且相比铝线的焊接方式，导电件300的焊接面积较大，无需每个铝线单独焊接，只需单独焊接导电件300整体即可，减少了焊接次数。

在本实用新型的一些具体实施例中，导电件300为铝带。铝带焊接宽度较大，焊接工艺相对简单。并且铝带相比铝线更加可靠，铝带与功率芯片120和功率引脚300接触的表面形成平面，铝带与功率芯片120以及功率引脚200键合更加牢固，铝带将功率芯片120的电极和功率引脚200连接形成回路，不会造成跳点撕裂的问题。

在本实用新型的另一些实施例中，导电件300为铝20包裹铜芯10的导电带，如图5所示，铝20包裹铜芯10的导电带连接于功率芯片120和功率引脚200。铝20包裹铜芯10的导电带的横截面如图4所示，铜芯10包裹铝20的导电带具有良好的焊接性能。且在铜芯10外周面形成致密的氧化膜，提升导电件300的耐用性。

在本实用新型的一些具体实施例中，如图1所示，智能功率模块1还包括基板500。

基板500上具有沿封装体100的长度方向间隔分布的三个低电位侧导电区510和一个高电位侧导电区520。多个功率芯片120包括三个低电位侧功率芯片530和三个高电位侧功率芯片540，三个低电位侧功率芯片530分别设置于三个低电位侧导电区510，三个高电位侧导电区520设置于高电位侧导电区520，控制IC芯片110与多个功率芯片530的每一个分别连接。

基板500通过设置三个低电位侧导电区510和一个高电位侧导电区520，可以将功率芯片和控制IC芯片分隔形成两个区域。并且，三个低电位侧导电区510和三个高电位侧导电区520彼此间隔开，每个低电位侧导电区510安装有一个低电位侧功率芯片530，每个高电位侧导电区520安装有三个高电位侧功率芯片540。例如，三个低电位侧功率芯片530和一个高电位侧功率芯片540沿封装体100的长度方向间隔设置，且三个低电位侧功率芯片530和三个高电位侧功率芯片540在封装体100处于同一宽度位置。多个功率引脚200沿封装体100的长度方向间隔设置，导电件300可以沿同一方向连接对应的功率芯片120和功率引脚200，充分利用封装体100的空间，排布较为整齐。例如，三个低电位侧功率芯片530和三个高电位侧功率芯片540均与同一个控制IC芯片控制110，使用芯片的数量较少，方便智能功率模块1的布置。

在本实用新型的一些具体实施例中，控制IC芯片110包括低电位侧控制IC芯片550和高电位侧控制IC芯片560，低电位侧控制IC芯片550与三个低电位侧功率芯片530分别连接，高电位侧控制IC芯片560与三个高电位侧功率芯片540分别连接。

由此，低电位侧控制IC芯片550可以控制三个低电位侧功率芯片530，高电位侧控制IC芯片560可以控制三个高电位侧功率芯片540。例如，低电位侧控制IC芯片550设置一个，一个低电位侧控制IC芯片550可以分别控制三个低电位侧功率芯片530，高电位侧功率芯片540设置一个，一个高电位侧控制IC芯片560可以分别控制三个高电位侧功率芯片540。实现多个低电位侧功率芯片530的集中控制以及多个高电位侧功率芯片540的集中控制。

在本实用新型的一些具体实施例中，控制IC芯片包括低电位侧控制IC芯片550和三个高电位侧控制IC芯片560，低电位侧控制IC芯片550与三个低电位侧功率芯片530分别连接，三个高电位侧控制IC芯片550与三个高电位侧功率芯片540分别连接。

低电位侧功率芯片530分别由一个低电位侧控制IC芯片550控制，三个高电位功率芯片540与三个高电位侧控制IC芯片560一一对应连接，三个高电位侧功率芯片540分别由三个高电位侧控制IC芯片560单独控制，使多个高电位侧功率芯片540的控制方式更加多样。

在本实用新型的一些具体实施例中，如图4所示，基板500为第一铜框架501，第一铜框架501的上表面具有三个低电位侧导电区510和一个高电位侧导电区520，第一铜框架501的一端从封装体100的靠近功率芯片120的一侧引出以形成功率引脚200。

第一铜框架501和第二铜框架601具有良好的导电性能，第一铜框架501和第二筒框架沿封装体100的长度方向间隔设置，第一铜框架501和第二铜框架601可以使智能功率模块1形成较高的结构强度，三个低电位侧导电区510和一个高电位侧导电区520沿封装体100的长度方向排布于第一铜框架501和第二铜框架601。第一铜框架501和第二铜框架502均可以形成一体结构，第一铜框架501直接形成功率引脚200，无需额外设置功率引脚200，一体性较高，结构强度较高。

进一步地，如图5所示，智能功率模块还包括散热铜板700，散热铜板700的一面通过绝缘层502与第一铜框架501的下表面贴合，散热铜板700的另一面裸露出封装体100。

其中，绝缘层502与第一铜框架501贴合的边缘超出第一铜框架501，绝缘层502的边缘与散热铜板700的边缘平齐，绝缘层502在散热铜板700和第一铜框架501之间起到绝缘作用，例如绝缘层502为绝缘树脂片，功率芯片120工作时产生的热量经过绝缘树脂片传导至散热铜板700，绝缘性和导电性均较为优异。

在本实用新型的一些具体实施例中，如图6所示，基板500包括叠层的内覆铜层503、陶瓷层504和外覆铜层505，内覆铜层503具有三个低电位侧导电区510和一个高电位侧导电区520，内覆铜层503与功率引脚200连接，外覆铜层505的一面裸露出封装体100。

具体地，基板500可以为覆铜陶瓷板，通过基板500构造成内覆铜层503、陶瓷层504和外覆铜层505的结构，内覆铜层503与功率引脚200连接，内覆铜层503的形状可以根据芯片和功率引脚200的相对位置更加灵活布置，且基板500整体由塑封在封装体100内，功率引脚200可以在内覆铜层503的不同位置灵活布置，外覆铜层505露出封装体100的同时可以与散热器贴合，使功率芯片120具有较好的散热性能。

在一些实施例中，功率芯片120将IGBT芯片和FRD芯片集合成一个芯片，使功率芯片120形成RC-IGBT(逆导型绝缘栅双极性晶体管)芯片，减小芯片占用封装体100的面积，RC-IGBT芯片排布整齐，并且无需IGBT芯片和FRD芯片的焊接，进一步简化了焊接操作。

下面描述根据本实用新型实施例的设备。

根据本实用新型实施例的设备，包括根据本实用新型上述实施例的智能功率模块1和控制器。控制器与智能功率模块1电连接。

根据本实用新型实施例的设备，通过利用根据本实用新型上述实施例的智能功率模块1，具有通流能力强、连接牢固、焊接效率高等优点。

根据本实用新型实施例的智能功率模块1和设备的其他构成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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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实用新型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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：

封装体；

所述封装体内设置有控制IC芯片和多个功率芯片，所述多个功率芯片的每一个均与所述控制IC芯片连接；

多个功率引脚，多个所述功率引脚在所述封装体的靠近所述功率芯片的一侧引出，所述多个功率芯片的每一个通过一个导电件与所述多个功率引脚中对应的功率引脚连接；

控制IC引脚，所述控制IC引脚在所述封装体的靠近所述控制IC芯片的一侧引出，所述控制IC引脚与所述控制IC芯片电连接。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述导电件的第一端具有沿长度方向间隔设置的第一焊接区和第二焊接区，所述导电件在所述第一焊接区和所述第二焊接区分别焊接于所述功率芯片，所述导电件的第二端与对应连接的功率引脚连接。

3.根据权利要求1或2所述的智能功率模块，其特征在于，所述导电件为铝带或铝包裹铜芯的导电带。

4.根据权利要求1或2所述的智能功率模块，其特征在于，还包括：

基板，所述基板上具有沿所述封装体的长度方向间隔分布的三个低电位侧导电区和一个高电位侧导电区；

所述多个功率芯片包括三个低电位侧功率芯片和三个高电位侧功率芯片，三个所述低电位侧功率芯片分别设置于三个所述低电位侧导电区，三个所述高电位侧导电区设置于所述高电位侧导电区；

所述控制IC芯片与所述多个功率芯片的每一个分别连接。

5.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述控制IC芯片包括低电位侧控制IC芯片和高电位侧控制IC芯片，所述低电位侧控制IC芯片与三个所述低电位侧功率芯片分别连接，所述高电位侧控制IC芯片与三个所述高电位侧功率芯片分别连接；或

所述控制IC芯片包括低电位侧控制IC芯片和三个高电位侧控制IC芯片，所述低电位侧控制IC芯片与三个所述低电位侧功率芯片分别连接，三个所述高电位侧控制IC芯片与三个所述高电位侧功率芯片分别连接。

6.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述基板为铜框架，所述铜框架的上表面具有三个所述低电位侧导电区和一个所述高电位侧导电区，所述铜框架的一端从所述封装体的靠近所述功率芯片的一侧引出以形成所述功率引脚。

7.根据权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括：

散热铜板，所述散热铜板的一面通过绝缘层与所述铜框架的下表面贴合，所述散热铜板的另一面裸露出所述封装体。

8.根据权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，

所述基板包括叠层的内覆铜层、陶瓷层和外覆铜层，所述内覆铜层具有三个所述低电位侧导电区和一个所述高电位侧导电区，所述内覆铜层与所述功率引脚连接，所述外覆铜层的一面裸露出所述封装体。

9.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述功率芯片为RC-IGBT芯片。

10.一种设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的智能功率模块和控制器，所述控制器与所述智能功率模块电连接。