一种六边形半导体电路及其制造方法与流程

1.本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种六边形半导体电路及其制造方法。


背景技术：

2.半导体电路即模块化智能功率系统mips(module intelligent power system)不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到cpu或dsp作中断处理。它由高速低工耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以mips自身不受损坏。mips一般使用igbt作为功率开关元件，并内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。
3.现有mips模块化智能功率系统ic驱动控制电路、mips采样放大电路以及pfc电流保护电路等低压控制电路与高压半导体电路组成的逆变电路布局到同一板上，同时现有mips模块化智能功率系统都只集成单个mips模块，对于多个mips模块化智能功率系统集成还没有实现，而面对市场小型化、低成本竞争，对mips模块化智能功率系统高集成和高散热技术提出了更高的要求；如图一所示，现有的半导体电路散热方法是先通过散热器对热进行传递，然后通过空气进行散热，实现空冷散热，散热效果较差；现有的半导体电路整体结构只有一个面，整体结构占用空间较大。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种六边形半导体电路及其制造方法，通过设置六边形电路基板作为电路载体，在六边形电路基板的六个面上分别设置功能电路，可以很好的解决更高规格电流以及集成度更高带来的散热问题，应用更广，同时可以满足高集成度电路要求，实现强弱电区分，能提高产品抗干扰能力，当电路产品出现问题可以方便排除问题，便于进行失效分析。
5.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
6.一种六边形半导体电路，包括六边形电路基板，所述六边形电路基板由金属基材层、绝缘层、铜箔层及绿油层组成，所述六边形电路基板的侧面依次设置有pfc功能电路、压机逆变功能电路、整流桥堆功能电路、风机逆变功能电路、驱动控制电路及mcu电路，所述六边形电路基板上连接有若干个引脚，所述pfc功能电路、压机逆变功能电路、整流桥堆功能电路、风机逆变功能电路、驱动控制电路均通过金属线与所述mcu电路电性连接。
7.优选地，所述六边形电路基板的外部封装有环氧树脂封装体，所述六边形电路基板的底部开设有水冷槽，所述水冷槽上安装有水冷管道，所述六边形电路基板的中心处开设有螺钉孔。
8.优选地，所述六边形电路基板的横截面为正六边形；所述六边形电路基板的侧面由6个矩形面依次连接组成，所述pfc功能电路、压机逆变功能电路、整流桥堆功能电路、风机逆变功能电路、驱动控制电路及mcu电路依次分布设置于所述矩形面上。
9.优选地，所述pfc功能电路、压机逆变功能电路、整流桥堆功能电路、风机逆变功能
电路、驱动控制电路及mcu电路均分别由若干个半导体芯片、贴片电阻及贴片电容组成，所述半导体芯片、贴片电阻及贴片电容均焊接于所述六边形电路基板上。
10.优选地，所述pfc功能电路用于使电流与电压之间的相位差减小来提高功率因数；所述压机逆变功能电路及风机逆变功能电路均用于将直流转换为交流，且可以根据ic的逻辑信号进行工作；所述整流桥堆功能电路用于将正弦波交流电变成馒头波直流电；所述驱动控制电路用于接收mcu的逻辑信号并将信号输出控制驱动功率器件；所述mcu电路用于将mcu的逻辑信号通过驱动ic进行接收并输出控制驱动控制电路进行工作。
11.为了解决上述技术问题，本发明还提供一种六边形半导体电路的制造方法，包括以下步骤：将六边形电路基板放入到载具上，分别对所述六边形电路基板六个面的表面预留的元器件安装位通过刷锡膏或点银胶；将电路元器件通过自动粘晶设备贴装到元器件安装位上，通过自动贴片smt设备将电路元器件贴装到元器件安装位上；通过机械手或人工将引线框架放置到六边形电路基板对应焊接位；然后将整个半成品包括载具一起通过回流炉，从而将所有的电路元器件焊接到对应安装位上；通过视觉检查aoi设备对电路元器件焊接质量进行检测；通过喷淋、超声等清洗方式，清除残留在所述六边形电路基板上的助焊剂和氧化物，通过金属线使所述电路元件和电路布线形成电连接，通过封装设备在模具里面对所述六边形电路基板进行封装，保留出mcu安装位；经过激光打标对六边形半导体电路进行标记，通过高温烘箱对六边形半导体电路进行后固化去应力处理，然后在mcu安装位点锡膏或银胶，将mcu电路贴装到对应安装位，最后进行电参数测试后制成最终六边形半导体电路。
12.优选地，所述制造方法还包括通过塑封方式，由环氧树脂至少将引脚与所述六边形电路基板上电路布线的连接部分密封，并且向外延伸的引脚至少有一部分未被环氧树脂密封而露出。
13.优选地，所述制造方法还包括在所述六边形电路基板上安装水冷管道，并在所述六边形电路基板的中心处开设一螺钉孔。
14.采用上述技术方案，本发明提供的一种六边形半导体电路及其制造方法，具有以下有益效果：该六边形半导体电路中的六边形电路基板由金属基材层、绝缘层、铜箔层及绿油层组成，六边形电路基板的侧面依次设置有pfc功能电路、压机逆变功能电路、整流桥堆功能电路、风机逆变功能电路、驱动控制电路及mcu电路，六边形电路基板上连接有若干个引脚，pfc功能电路、压机逆变功能电路、整流桥堆功能电路、风机逆变功能电路、驱动控制电路均通过金属线与所述mcu电路电性连接，通过设置六边形电路基板作为电路载体，在六边形电路基板的六个面上分别设置功能电路，可以很好的解决更高规格电流以及集成度更高带来的散热问题，散热效果好，应用更广，同时可以满足高集成度电路要求，占用空间小，降低制造成本；实现强弱电区分，能提高产品抗干扰能力，当电路产品出现问题可以方便排除问题，便于进行失效分析。
附图说明
15.图1为现有半导体电路基板三维示意图；
16.图2为本发明中六边形半导体电路的内部结构的三维示意图；
17.图3为本发明中六边形半导体电路的内部结构的正投影视图；
18.图4为本发明中六边形半导体电路的剖视图；
19.图5为本发明中六边形半导体电路的外部结构的三维示意图；
20.图6为本发明中六边形半导体电路的外部结构的正投影视图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
22.在本发明的描述中，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”、“顺时针”、“逆时针”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
24.如图2-图6所示，该六边形半导体电路包括六边形电路基板2，该六边形电路基板2由金属基材层、绝缘层001、铜箔层002及绿油层003组成，该六边形电路基板2的侧面依次设置有pfc功能电路1、压机逆变功能电路3、整流桥堆功能电路4、风机逆变功能电路5、驱动控制电路6及mcu电路7，该六边形电路基板2上连接有若干个引脚8，该pfc功能电路1、压机逆变功能电路3、整流桥堆功能电路4、风机逆变功能电路5、驱动控制电路6均通过金属线004与该mcu电路7电性连接。可以理解的，该六边形电路基板2的外部封装有环氧树脂封装体10，该六边形电路基板2的底部开设有水冷槽201，该水冷槽201上安装有水冷管道9，该六边形电路基板2的中心处开设有螺钉孔202。本发明的六边形半导体电路是通过水冷装置进行散热，同时将基材结构设计成六边形，六边形电路基板2每一个面都配备一种功能电路，每一个功能电路下方都安装一个水冷装置，实现独立散热目的，同时在六边形电路基板2中心留一个螺钉安装孔，用于将该六边形半导体电路安装到电控板上。
25.具体地，该六边形电路基板2的横截面为正六边形；该六边形电路基板2的侧面由6个矩形面依次连接组成，该pfc功能电路1、压机逆变功能电路3、整流桥堆功能电路4、风机逆变功能电路5、驱动控制电路6及mcu电路7依次分布设置于该矩形面上；该pfc功能电路1、压机逆变功能电路3、整流桥堆功能电路4、风机逆变功能电路5、驱动控制电路6及mcu电路7均分别由若干个半导体芯片、贴片电阻及贴片电容组成，该半导体芯片、贴片电阻及贴片电容均焊接于该六边形电路基板2上。可以理解的，该pfc功能电路1用于使电流与电压之间的相位差减小来提高功率因数；该压机逆变功能电路2及风机逆变功能电路5均用于将直流转换为交流，且可以根据ic的逻辑信号进行工作；该整流桥堆功能电路4用于将正弦波交流电变成馒头波直流电；该驱动控制电路6用于接收mcu的逻辑信号并将信号输出控制驱动功率器件；该mcu电路7用于将mcu的逻辑信号通过驱动ic进行接收并输出控制驱动控制电路6进行工作。
26.可以理解的，该六边形半导体电路的内部结构包括：pfc功能电路1，使电流与电压之间的相位差减小来提高功率因数；组成pfc电路的芯片101，实现电路的开、关控制，起到续流作用；组成pfc电路的驱动电阻102，限制igbt开关速度；组成pfc电路的焊盘(pad)103，用于与引脚焊接实现与外部电路的电连接；六边形电路基板2(即金属基材)，作为半导体电路整个内部电路的载体且对整个半导体电路起到散热作用；水冷槽201，用于安装水冷管道；螺钉孔202，用于将该六边形半导体电路安装到电控板上；绝缘层001，防止电路布线层与金属基材通电导致内部电路短路、漏电风险；铜箔层002，通过对铜箔层的蚀刻形成所需电路，制成电路布线层；绿油层003，主要对铜箔电路层起保护作用，防止导体电路的物理性断线，焊接工艺中防止因桥连产生的短路，减少对焊接料槽的铜污染，防止因灰尘、水份等外界环境因素造成绝缘恶化、腐蚀；金属线004(金属线一般为金、铝、铜等材质)，金属线用于实现电路里面元器件之间的电连接；芯片005，实现电路的开、关控制，起到续流作用；贴片电阻006，在半导体电路里面igbt芯片栅极处接入，通过限流达到限制igbt开关速度的作用；贴片电容007，在半导体电路里面起到滤波、耦合、自举作用；压机逆变功能电路3，将直流转换为交流，且可以根据ic的逻辑信号进行工作；组成压机逆变功能电路的芯片301，实现电路的开、关控制，起到续流作用；压机逆变功能电路的焊盘(pad)302，用于与引脚焊接实现与外部电路的电连接；整流桥堆功能电路4，将正弦波交流电变成馒头波直流电；组成整流桥堆电路的芯片401，利用二极管单相导通特性实现整流；整流桥堆焊盘(pad)402，用于与引脚焊接实现与外部电路的电连接；风机逆变功能电路5，将直流转换为交流，且可以根据ic的逻辑信号进行工作；组成风机逆变功能电路的芯片501，实现电路的开、关控制，起到续流作用；风机逆变功能电路的焊盘(pad)502，用于与引脚焊接实现与外部电路的电连接；驱动控制电路6，驱动控制电路由压机驱动控制电路与风机驱动控制电路组成，接收mcu的逻辑信号并将信号输出控制驱动功率器件；驱动芯片601，根据mcu逻辑信号控制驱动功率器件；驱动控制电路的焊盘(pad)602，用于与引脚焊接实现与外部电路的电连接；mcu电路7，整个系统的信号处理中心，作为系统的一部分，将mcu的逻辑信号通过驱动ic进行接收并输出控制驱动逆变电路进行工作；mcu电路输出焊盘的(pad)701，用于与引脚8焊接实现与外部电路的电连接；mcu安装位702，用于焊接mcu；引脚8，材质采用c194(-1/2h)(化学成分：cu(≧97.0)fe：2.4p：0.03zn：0.12)或kfc(-1/2h)(化学成分：cu(≧99.6)fe：0.1(0.05～0.15)p：0.03(0.025～0.04))，通过机加工对0.5mm铜板材进行冲压加工形成所需形状，再对表面进行先镀镍厚度0.1-0.5um再镀锡厚度2-5um；水冷管道9，通过实现管道里面的水循环，实现散热效果；封装体10，由环氧树脂为基体树脂，以高性能酚醛树脂为固化剂，加入硅微粉等为填料，以及添加多种助剂混配而成的粉状模塑料，通过热传递成型法挤压入模腔并将其中的半导体芯片包埋，同时交联固化成型，成为具有一定外型结构器件。综合以上，现有半导体电路只是单个逆变电路 驱动控制电路组成，而本方发明的六边形半导体电路由整流桥堆 pfc 压机逆变电路 风机逆变电路 压机驱动控制电路 风机驱动控制电路 mcu控制电路组成，具备集成度高，尺寸规格小特点。
27.可以理解的，该六边形半导体电路具有如下特征，其包括：六边形金属基材作为载体；布置在金属基材与铜箔层中间的绝缘层；用于形成电路布线层的铜箔层；将绝缘层与铜箔层压合形成压合半成品；将压合半成品绝缘层面与金属基材另一面进行压合形成基板半成品；在基板半层品铜箔层表面形成电路布线层；在电路布线层形成起到保护作用的绿油
层形成基板成品；与电路布线连接并向外延伸的作为输入输出的金属引脚；配置在该电路布线特定部位的电路元器件；用于电路布线与电路元器件进行电连接的金属线；通过环氧树脂至少将引脚与电路布线的连接部分密封，并且向外延伸的引脚至少有一部分未被树脂密封而露出。
28.可以理解的，该六边形半导体电路的外部结构包括：由封装体10，六边形电路基板2，引脚8，水冷管道9，水冷槽201，螺钉孔202组成；相较于现有半导体电路外部结构，从外部结构对比可知，本发明的六边形半导体电路整体结构为六边形，而现有半导体电路整体结构为长方体，整体结构不一样；本发明的六边形半导体电路引脚由六个面进行分布，形成六边形布局，现有半导体电路引脚由一个面进行分布，引脚布局不一样；本发明的六边形半导体电路只需一个螺钉孔进行安装，现有半导体电路需要两个螺钉孔进行安装，安装方式不一样；本发明的六边形半导体电路基板由水冷槽装置，现有半导体电路基板无水冷槽装置，散热方式不一样。安装时直接将该六边形半导体电路当作一个插件安装到电控板上，然后在螺钉孔位通过螺钉固定，过波峰焊将引脚焊接到电控板实现电连接。本发明可通过水冷管道水循环将热量带走实现水冷散热。
29.具体地，本发明还提供一种六边形半导体电路的制造方法，包括以下步骤：将六边形电路基板放入到载具上，分别对该六边形电路基板六个面的表面预留的元器件安装位通过刷锡膏或点银胶；将电路元器件通过自动粘晶设备贴装到元器件安装位上，通过自动贴片smt设备将电路元器件贴装到元器件安装位上；通过机械手或人工将引线框架放置到六边形电路基板对应焊接位；然后将整个半成品包括载具一起通过回流炉，从而将所有的电路元器件焊接到对应安装位上；通过视觉检查aoi设备对电路元器件焊接质量进行检测；通过喷淋、超声等清洗方式，清除残留在该六边形电路基板上的助焊剂和氧化物，通过金属线使该电路元件和电路布线形成电连接，通过封装设备在模具里面对该六边形电路基板进行封装，保留出mcu安装位；经过激光打标对六边形半导体电路进行标记，通过高温烘箱对六边形半导体电路进行后固化去应力处理，然后在mcu安装位点锡膏或银胶，将mcu电路贴装到对应安装位，最后进行电参数测试后制成最终六边形半导体电路。
30.可以理解的，该制造方法还包括通过塑封方式，由环氧树脂至少将引脚与该六边形电路基板上电路布线的连接部分密封，并且向外延伸的引脚至少有一部分未被环氧树脂密封而露出；该制造方法还包括在该六边形电路基板上安装水冷管道，并在该六边形电路基板的中心处开设一螺钉孔。该制造方法具有如下特征，包括：由六边形金属基材作为载体；在金属基材每一面表面上设置铜箔层工序；在金属基材铜箔上面通过蚀刻形成电路布线；在电路布线表面形成线路保护绿油层；在绿油层未被覆盖的特定形状金属铜材表面进行形成镀层处理制成金属连接器的工序；在特定形状金属铜材表面进行形成镀层处理制成引脚的工序；在该电路布线的特定位置涂装具有一定流动性的粘接材料的工序；在金属散热片表面焊接芯片的工序；在该粘接材料上放置电路元件工序；使该粘接材料固化的工序；通过喷淋、超声等清洗方式，清除残留在该金属铝基板上的助焊剂和铝屑等污染物；通过绑定金属线，使该电路元件和该电路布线间形成电连接；通过塑封方式，将上述金属基板及引脚密封固定，使一个特定电位的该电路布线的该特定位置未被该树脂填充；通过测试设备进行必要的电参数和外观参数测试的工序；在上述半导体电路安装制冷水管工序；冷水管道安装完成后将制造成本发明的半导体电路。
31.可以理解的，本发明设计合理，构造独特，可以实现水冷功能，制冷效果更好，可以很好的解决更高规格电流，集成度更高带来的散热问题，应用更广；提出了一种六边形作为载体的结构方法，可以满足高集成度电控小型化要求；六边形半导体基板的每一面为一个功能电路，实现强弱电区分，能提高产品抗干扰能力，当电路产品出现问题可以方便排除问题，便于进行失效分析；安装时只需安装一颗螺钉即可实现与电控板的固定，提高了安装效率。
32.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。