正如第1講中曾經(jīng)介紹的那樣，功率半導(dǎo)體器件是電力變換系統(tǒng)的核心器件，主要功能是對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的固定頻率、電流、電壓的電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使之成為可根據(jù)負(fù)載要求任意變換的電力形式。DIPIPM™作為一種典型的功率半導(dǎo)體器件，在電力變換系統(tǒng)中的主要功能同樣是電力變換，這種功能也可以認(rèn)為是DIPIPM™的系統(tǒng)功能。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)功能，DIPIPM™需要一定的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配，這種電路結(jié)構(gòu)反映了模塊內(nèi)部的電子元器件的電路連接形式，通常這種連接形式又被稱作電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。DIPIPM™最常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是全橋逆變結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以把固定的直流電變換成為任意波形的交流電，這個(gè)逆變結(jié)構(gòu)通常包含6個(gè)IGBT芯片、6個(gè)反并聯(lián)二極管以及用于驅(qū)動(dòng)保護(hù)的控制IC。與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的是DIPIPM™的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，DIPIPM™作為一種復(fù)合型功率器件，其內(nèi)部既有用于控制保護(hù)的邏輯IC芯片，又有用于處理高電壓大電流的IGBT、二極管芯片等功率芯片，有些DIPIPM™還集成了自舉二極管及其限流電阻，這些元器件需要按照一定的邏輯進(jìn)行工作，共同完成DIPIPM™的系統(tǒng)功能。這些元器件在工作時(shí)不可避免的相互產(chǎn)生影響，如相互之間的電磁干擾、熱干擾、機(jī)械應(yīng)力等；同時(shí)元器件又會(huì)受到環(huán)境的影響，如環(huán)境的溫度、濕度、鹽分、化學(xué)氣體、宇宙射線都會(huì)對(duì)元器件及它們間的電氣連接產(chǎn)生影響，導(dǎo)致元器件失效或壽命降低等。圍繞這些問(wèn)題，DIPIPM™必須設(shè)計(jì)一定的結(jié)構(gòu)去保護(hù)內(nèi)部的元器件，避免受到其它元器件或環(huán)境的影響，同時(shí)具有與外部系統(tǒng)可靠連接的引腳形式和安裝方式。這樣的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)必須通過(guò)一定的制造工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于DIPIPM™來(lái)說(shuō)，這種工藝就是封裝工藝，DIPIPM™采用的是壓注模的封裝工藝，與殼式封裝的功率模塊相比，壓注模封裝具有生產(chǎn)效率高、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。總之DIPIPM™的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和封裝工藝總是圍繞著DIPIPM™的系統(tǒng)功能這個(gè)核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，反過(guò)來(lái)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和封裝工藝極大影響DIPIPM™的功能和可靠性。如果說(shuō)IGBT芯片是DIPIPM™的心臟，是核心部分，那么DIPIPM™的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和封裝就是DIPIPM™的骨骼、肌肉和皮膚，決定了DIPIPM™運(yùn)行的可靠性和適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力。
DIPIPM™作為一種功率器件，在電力變換系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，特別是在各種變頻家電中的控制板上往往能見(jiàn)到DIPIPM™的身影，如變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)、變頻冰箱、洗碗機(jī)等。這些家電產(chǎn)品有個(gè)共同特點(diǎn)就是需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，消耗大量電力，通過(guò)變頻化，這些家電可以大幅度節(jié)省電力，DIPIPM™是變頻控制器的核心功率器件，其主要系統(tǒng)功能是對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的固定頻率的電壓、電流進(jìn)行逆變，轉(zhuǎn)換成可以任意調(diào)節(jié)的頻率可變的電壓、電流來(lái)驅(qū)動(dòng)家用電器的壓縮機(jī)或者電機(jī)。以大家熟悉的變頻空調(diào)為例，由于空調(diào)工作環(huán)境的不同，其壓縮機(jī)所需要驅(qū)動(dòng)的冷媒處于不同的溫度、壓力狀態(tài)，壓縮機(jī)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載的功率處于變化當(dāng)中，定速空調(diào)只能以固定的輸出功率來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載而無(wú)法考慮實(shí)際負(fù)載的大��；變頻空調(diào)可以根據(jù)所需驅(qū)動(dòng)冷媒的狀態(tài)變化來(lái)輸出不同的功率，真正做到按需所取，減少了能源的浪費(fèi)，下圖1給出了典型的空調(diào)制冷和電控系統(tǒng)的功能框圖。由圖1可以看出只要空調(diào)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，DIPIPM™將以每秒高達(dá)數(shù)千次的開(kāi)關(guān)，不停歇地進(jìn)行工作，輸出電流來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)冷媒在制冷管路系統(tǒng)中完成制冷循環(huán)。整個(gè)變頻空調(diào)器的電路結(jié)構(gòu)可以看做是一個(gè)交流AC(電網(wǎng))→直流DC（母線）→交流AC（壓縮機(jī)）的電力變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。DIPIPM™在整個(gè)電路中所承擔(dān)的系統(tǒng)功能是把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的逆變功能。
由圖3可以看出，SLIMDIP™的引腳采用了雙列直插式引腳作為與PCB線路板的電氣連接；整體封裝則采用了樹(shù)脂材料通過(guò)壓注模工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包含了注模樹(shù)脂､銅框架､RC-IGBT芯片､IC芯片､自舉二極管芯片､鋁綁定線､銀綁定線等部分。其中銅框架､RC-IGBT芯片､IC芯片､自舉二極管芯片､鋁綁定線､銀綁定線為電氣部分，為電流提供通路；絕緣導(dǎo)熱墊片與散熱銅箔作為機(jī)械結(jié)構(gòu)為功率芯片提供絕緣和熱的傳導(dǎo)路徑；注模樹(shù)脂為電氣部分提供足夠的機(jī)械支撐､電氣絕緣和環(huán)境防護(hù)。針對(duì)DIPIPM™這種雙列直插智能功率模塊的結(jié)構(gòu)，需要相應(yīng)的封裝工藝來(lái)支持。以SLIMDIP™為例，在晶圓生產(chǎn)完成后，其芯片的性能已經(jīng)被確定下來(lái)，之后被轉(zhuǎn)移到封裝工廠進(jìn)行產(chǎn)品封裝。盡管封裝工藝對(duì)SLIMDIP™芯片性能沒(méi)有直接影響，但會(huì)對(duì)整個(gè)SLIMDIP™模塊的可靠性､熱性能､機(jī)械性能帶來(lái)影響，下圖5是SLIMDIP™基本封裝工藝流程圖。
圖5的工藝中，貼片工藝是為了將HVIC/LVIC及RC-IGBT芯片焊接到銅框架上，如果焊接工藝出現(xiàn)偏差，會(huì)導(dǎo)致芯片與銅框架的焊接出現(xiàn)分層，從而降低SLIMDIP™可靠性和壽命。鋁線用來(lái)連接功率芯片和模塊引腳，為主電流提供通路。樹(shù)脂注模是SLIMDIP™封裝過(guò)程中最為重要的工序，壓注成型的好壞直接決定SLIMDIP™是否具有良好的耐受惡劣環(huán)境的能力，決定了模塊的主要機(jī)械特性，如模塊的安裝強(qiáng)度､散熱性能､平整度､絕緣性能等。絕緣導(dǎo)熱墊片是SLIMDIP™用來(lái)傳導(dǎo)熱量和為內(nèi)部電路提供電氣絕緣的重要部件，直接決定了模塊的熱性能。圖6給出了SLIMDIP™的內(nèi)部熱傳遞的示意圖。由圖中可以看出絕緣導(dǎo)熱墊片起到了隔離帶電的銅框架和外部鋁散熱器的作用，并且為熱的傳導(dǎo)提供了低熱阻通路。
主要參考文獻(xiàn)：
[1] “SLIMDIP Series APPLICATION NOTE”by Mitsubishielectric
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