CN203232866U - 智能功率模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种智能功率模块，包括一铝基板，该铝基板上表面设有一上绝缘层，在该上绝缘层上设有一电路布线层，该电路布线层上设有若干电路元件和引脚，铝基板下表面设有一下绝缘层，该下绝缘层上设有一散热板，所述铝基板、上绝缘层、电路布线层、若干电路元件和引脚，以及下绝缘层被封装在密封树脂内，引脚贯穿密封树脂并向外延伸，散热板的侧面被密封树脂封装，其下表面裸露。本实用新型通过增设的散热板可提高散热性能。由于下绝缘层和散热板的热导率远高于密封树脂，因此在智能功率模块正常工作时内部器件的温度较低，使智能功率模块同时具有较高的抗噪能力和散热性能，大幅提高了智能功率模块的工作稳定性和使用寿命。

Description

智能功率模块
技术领域
本实用新型涉及电子元件制造领域，特别涉及一种智能功率模块。
背景技术
IPM（Intelligent Power Module，智能功率模块）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***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。
如图1所示，现有的智能功率模块包括一铝基板1、设于所述铝基板1表面上的绝缘层2、在所述绝缘层2上形成的电路布线3，固定于所述电路布线3上的若干电路元件4和引脚5，以及封装所述铝基板1、绝缘层2。电路布线3和若干电路元件4的密封树脂6，因为智能功率模块一般使用在驱动风机、压缩机等场合，智能功率模块工作时发热比较严重，所以智能功率模块的铝基板1一般都会背面紧贴散热块进行使用，为了避免因铝基板1与散热块接触而带来的噪声造成智能功率模块失控，提高智能功率模块的抗干扰能力，常常将铝基板1也封装在密封树脂6内，只有在一些噪声水平控制得非常低的场合才使用铝基板1背面露出的方式进行封装。将铝基板1背面密封虽然可以提高智能功率模块的抗噪能力，却使智能功率模块的散热性能大幅降低，使智能功率模块内部的器件长期工作在高温下，影响了智能功率模块的性能和长期寿命。这使得抗噪能力和散热性能成为了一对不可调和的矛盾。
近期出现了一种新的智能功率模块，其将铝基板1背面的密封树脂6厚度控制在适当的范围内，使得智能功率模块兼具隔离噪声干扰和导热两重功能。但是这种智能功率模块制作工艺复杂，精度要求高，制造设备昂贵，并且成品率不高。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种智能功率模块，旨在提高同时提高智能功率模块的抗噪能力和散热性能。
本实用新型提出一种智能功率模块，包括一铝基板，该铝基板上表面设有一上绝缘层，在该上绝缘层上设有一电路布线层，该电路布线层上设有若干电路元件和引脚，所述铝基板下表面设有一下绝缘层，该下绝缘层上设有一散热板，所述铝基板、上绝缘层、电路布线层、若干电路元件和引脚，以及下绝缘层被封装在密封树脂内，其中，所述引脚贯穿所述密封树脂并向外延伸，所述散热板的侧面被所述密封树脂封装，所述散热板的下表面裸露。
优选地，所述上绝缘层采用在环氧树脂材料中填充Al2O3而制成，所述上绝缘层的导热率为2.0W/m·k。
优选地，所述下绝缘层采用在环氧树脂材料中填充BN而制成，所述下绝缘层的导热率为5.0W/m·k。
优选地，所述智能功率模块还包括若干用于在所述电路元件、电路布线层，以及铝基板之间建立电连接的金属线。
优选地，所述上绝缘层上设有至少一用于供所述铝基板与电路布线层或电路元件建立电连接的露出孔。
本实用新型的智能功率模块通过下绝缘层隔离，可以可靠实现金属铝基板与外界的绝缘，增设的散热板可提高智能功率模块的散热性能。由于下绝缘层和散热板的热导率远高于密封树脂，因此在智能功率模块正常工作时内部器件的温度远低于现行品，使智能功率模块同时具有较高的抗噪能力和散热性能，大幅提高了智能功率模块的工作稳定性和使用寿命。
附图说明
图1为现有技术中智能功率模块的剖面结构示意图；
图2为本实用新型智能功率模块的剖面结构示意图；
图3为本实用新型智能功率模块的制作方法一实施例的流程示意图；
图4为本实用新型智能功率模块的制作方法中形成电路布线层的流程示意图；
图5为本实用新型智能功率模块的制作方法另一实施例的流程示意图；
图6为本实用新型智能功率模块的制作方法又一实施例的流程示意图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例就本实用新型的技术方案做进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型提出一种智能功率模块。
参照图2，图2为本实用新型智能功率模块的剖面结构示意图
在本实用新型的一实施例中，该智能功率模块包括一铝基板10，该铝基板10的上下表面分别设置一上绝缘层20和一下绝缘层60，该上绝缘层20的上表面设有一电路布线层30，该电路布线层30上设有若干电路元件40和引脚50，下绝缘层60的下表面设有一散热板70。该铝基板10、上绝缘层20、电路布线层30、若干电路元件40、引脚50和下绝缘层60被封装在密封树脂80内，其中引脚50贯穿密封树脂80并向外延伸，散热板70的侧面被密封树脂80封装，散热板70的下表面裸露与外界空气接触。
铝基板10优选采用1100或5052等铝合金的矩形板材制成。电路布线层30和散热板70优选采用铜制成。散热板70的厚度与电路布线层30的厚度相同。
电路布线层30上包括若干焊盘31，该焊盘31设置在铝基板10的一边，并呈多个对准排列，引脚50与焊盘31焊接，用于输入/输出各种信号。引脚50优选采用铝等具有一定硬度的金属制成，可利用引脚50的硬度在模制时对铝基板10进行固定。
电路元件40被固定在电路布线层30上构成的规定电路上，电路元件40采用晶体管或二极管等有源元件、或者电容或电阻等无源元件，也可以通过由铜等制成的散热器将功率元件等发热量大的电路元件40固定在铝基板10上。
密封树脂80可通过传递模方式使用热硬性树脂模制，也可使用注入模方式使用热塑性树脂模制。
本实用新型的智能功率模块通过下绝缘层60隔离，可以可靠实现金属铝基板10与外界的绝缘，增设的散热板70可提高智能功率模块的散热性能。由于下绝缘层60和散热板70的热导率远高于密封树脂80，因此在智能功率模块正常工作时内部器件的温度远低于现行品，使智能功率模块同时具有较高的抗噪能力和散热性能，大幅提高了智能功率模块的工作稳定性和使用寿命。
在上述实施例中，上绝缘层20采用在环氧树脂等树脂材料中高浓度填充Al2O3而制成，由于填充了Al2O3可有效的提高上绝缘层20的热导率，进一步提高了智能功率模块的散热能力。上绝缘层20的热导率优选为2.0W/m·k，以保证上绝缘层20的膨胀系数与密封树脂80相匹配，防止了上绝缘层20因受热而脱落。
在上述实施例中，下绝缘层60采用在环氧树脂等树脂材料中高浓度填充BN而制成，由于填充了BN可有效的提高下绝缘层60的热导率，进一步提高了智能功率模块的散热能力。下绝缘层60的热导率优选为5.0W/m·k，以保证下绝缘层60的膨胀系数与密封树脂80相匹配，防止了下绝缘层60因受热而脱落。
在上述实施例中，智能功率模块还包括若干用于在若干电路元件10、电路布线层30，以及铝基板10之间建立电连接的金属线90。该金属线90优选为铝线、金线或铜线。
在上述实施例中，上绝缘层20上设有至少一露出孔21，该露出孔21用于供金属线90穿过，以电连接电路布线层30与铝基板10或电路元件40。该露出孔21设置在与电路布线层30的地电位靠近的位置，其深度需贯穿上绝缘层20使铝基板10露出。该露出孔21优选地设置在电路布线层30的地电位边缘的0.5mm处。
参照图3，图3为本实用新型智能功率模块的制作方法的流程示意图。
在本实用新型的一实施例中，智能功率模块的制作方法，包括：
步骤S10，分别在铝基板的上下表面形成上绝缘层和下绝缘层；
根据需要的电路布局准备大小合适的铝基板，优选采用64mm×30mm的铝基板，在其上表面设置上绝缘层，并在上绝缘层钻凿至少一露出孔，该露出孔的形成可通过前端平坦的铣刀高速旋转而形成。由于该露出孔用于将铝基板与地电位连接，所以露出孔的位置应与电路布线层的地电位接近，但又不能过近，否则钻孔时容易损伤到电路布线层，优选地将露出孔边缘与电路布线层的地电位边缘的最短距离控制在0.5mm。该露出孔的深度以刚好贯穿上绝缘层为佳，如果太深，可能会造成绑线时绑头无法下探。由于上绝缘层较为坚固，因此铣刀的磨损较快。且露出孔直径越小的铣刀磨损越显著。因此在批量生产时，最好使用直径较粗的铣刀，以降低生产成本。另外，要兼顾到铝基板的小型化，铣刀的直径不宜太粗，以减小露出孔的面积。故优选采用直径为Φ1.5mm的铣刀形成露出孔。既可减小露出孔的占有面积，又可大幅减小铣刀的磨损，从而提高生产性。通过涂装、压合等方法，将处于软化态的下绝缘层形成于铝基板的下表面，由于软化态的下具有一定的流动性，容易在铝基板的下表面均匀分布，但其流动性不宜过强，否则难以成型，优选采用鳞片状的BN填料，使其在常温下处于半固化状态，在后续的加热中进入熔融态，冷却后形成固化态。此时所形成的下绝缘层的大小应比散热板稍大，但比铝基板稍小。
步骤S20，在上绝缘层上形成电路布线层；
在上绝缘层的上表面粘贴有作为电路布线层。该电路布线优选采用铜制成。
步骤S30，在电路布线层上安装若干电路元件和引脚；
首先，通过焊锡等焊料将电路元件和引脚安装在电路布线层的规定位置。其次，通过压焊的方式将引脚与电路布线层连接在一起。压焊头的焊接温度优选为300℃，保证锡膏充分融化，压焊时间不应超过5秒，保证铝基板是被局部加热。最后，利用金属线进行电路元件和电路布线层的绑线连接，利用金属线使铝基板与地电位的绑线连接，该金属线优选为铝线、金线或铜线。
步骤S40，在下绝缘层上设置散热板；
在下绝缘层上设置散热板，或是在散热板上形成下绝缘层，其作用和效果相同，在此不再赘述。
步骤S50，封装铝基板、上绝缘层、电路布线层、若干电路元件和引脚，以及下绝缘层。
首先，在无氧环境中对铝基板进行烘烤，烘烤时间不应小于2小时，烘烤温度优选为125℃，以去除铝基板和电气元件表面附着的水气；在无氧环境条件下加热，以防止铝基板和电气元件表面氧化。其次，将铝基板、上绝缘层、电路布线层、若干电路元件、引脚、下绝缘层以及散热板形成的整体至于模具中，并进行定位。最后，注浇密封树脂，冷却，最终完成封装。封装完成后根据使用长度的需要对引脚切断成型。
上述步骤S40可在步骤S10与步骤S50之间任意一步骤之前或之后完成，优选为与步骤S10同时进行或在步骤S10之后完成。
本实用新型智能功率模块的制作方法通过采用在封装前处于软化态的下绝缘层，其流动性可保证在铝基板和散热板间的均匀性，又因为下绝缘层的热导率远高于密封树脂，所以对其厚度控制并没有非常严格的要求，大幅降低了模制设备的工艺难度，并且无需用到上模顶针、下模夹持装置等特殊结构，模制时也未对电路布线、电路元件等位置提出要求，降低了智能功率模块的制造成本和设计成本，提高了智能功率模块的成品率。
在上述实施例中，通过传递模或注入模的方式封装铝基板、上绝缘层、电路布线层、若干电路元件和引脚，以及下绝缘层。
图4为本实用新型智能功率模块的制作方法中形成电路布线层的流程示意图；
在上述实施例中，步骤S20具体包括：
步骤S21，在上绝缘层上粘贴铜箔；
在上绝缘层的上表面粘贴铜箔。
步骤S22，蚀刻铜箔，形成电路布线层。
根据电路布图蚀刻铜箔，局部地除去被蚀刻掉的铜箔，形成电路布线层。
参照图5，图5为本实用新型智能功率模块的制作方法另一实施例的流程示意图。
基于上述实施例，在步骤S10之前还包括：
步骤S60，对铝基板的上下表面进行防蚀处理。
分别对铝基板的上下表面进行防蚀处理，防止铝基板被腐蚀，以提高铝基板的使用寿命。
图6为本实用新型智能功率模块的制作方法又一实施例的流程示意图。
在上述实施例中，在步骤S30之前还包括：
步骤S70，预热铝基板和电路布线层。
首先，将铝基板和电路布线层放置在一个发热的平面上进行预热，发热平面温度不能太低，否则起不到预热的效果，也不能太高，否则会使已经焊接好的锡融化，优选为100℃。然后，将引脚准备与电路布线层接触的部分粘上锡膏，为了提高焊接质量，有时候还会粘上助焊剂，并放置在适当位置。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种智能功率模块，包括一铝基板，该铝基板上表面设有一上绝缘层，在该上绝缘层上设有一电路布线层，该电路布线层上设有若干电路元件和引脚，其特征在于，所述铝基板下表面设有一下绝缘层，该下绝缘层上设有一散热板，所述铝基板、上绝缘层、电路布线层、若干电路元件和引脚，以及下绝缘层被封装在密封树脂内，其中，所述引脚贯穿所述密封树脂并向外延伸，所述散热板的侧面被所述密封树脂封装，所述散热板的下表面裸露。 
2.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述上绝缘层的导热率为2.0W/m·k。 
3.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述下绝缘层的导热率为5.0W/m·k。 
4.如权利要求1至3中任意一项所述的智能功率模块，其特征在于，还包括若干用于在所述电路元件、电路布线层，以及铝基板之间建立电连接的金属线。 
5.如权利要求4所述的智能功率模块，其特征在于，所述上绝缘层上设有至少一用于供所述铝基板与电路布线层或电路元件建立电连接的露出孔。 
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