CN203456451U - 集成电路模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电子器件技术，提供了一种集成电路模块，包括：其中一表面覆盖有绝缘层的基板；于所述绝缘层表面形成的电路布线层；配设于所述电路布线层相应位置的电路元件；贯通有通孔，并填塞用于电连接所述电路布线层与所述基板的导电物质于所述通孔形成导电体。故，电路布线层与基板的结合不再依靠金属线键合连接，而依靠导电物质形成连接，不但节省了制造成本和难度，提高了连接可靠性，而且可在基板和电路布线层连接的必要区域减小，从而使集成电路模块整体小型化。

Description

集成电路模块

技术领域

本实用新型属于电子器件制造工艺领域，尤其涉及一种集成电路模块。 

背景技术

智能功率模块（Intelligent Power Module，IPM）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。IPM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。IPM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，IPM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。 

参照图1说明一种智能功率模块100的结构。图1（A）是所述智能功率模块100的立体图，图1（B）是图8（A）的X-X线剖面图。 

所述智能功率模块100具有如下结构，其包括：电路基板106；在设于所述电路基板106表面上的绝缘层107上形成的电路布线108；被固定在所述电路布线108上的电路元件104；连接所述电路元件104和所述电路布线108的金属线105；与所述电路布线108连接的引脚101。所述智能功率模块100的整体被密封树脂102密封，密封的方法有使用热塑性树脂的注入模模制和使用热硬性树脂的传递模模制。 

参照图1（B）说明连接电路布线108和电路基板106的位置的结构。通过由-金属线105连接电路基板106的露出部110，进行电路布线108的特定电位点和电路基板106的连接。这样，由于可通过电连接电路基板106和电路布线108特定电位点使两者的电位近似，故可消除电路噪声对所述电路元件104产 生的不良影响。 

露出部110是为露出电路基板106而贯通绝缘层107的孔状部位。露出部110一般使用铣刀钻孔形成，故参考图1（C），露出部110的底部111在钻孔后为粗糙面，如果直接邦线，会导致金属线105和露出部110的粘结力很低，即使使用200μm以上的粗线进行邦定，在长期使用过程中，因各种材料膨胀系数不尽相同，也存在断线的可能。参考图1（D），为确保金属线105和露出部110的粘结力，在邦定金属线105前，一般先使用压平装置115将底部111压平。 

但这种做法增加了一个设备，而且该设备对压平的力度、接触的速度、压平的位置的精度要求很高，此种设备的设计难度较大、制造成本较高，对操作员的要求也较高，使用这种方法对底部111进行处理，无疑增加了智能功率模块100的制造成本和制造难度，降低了制造合格率。而且这种方法仍然是利用金属线105和电路基板106的键合力来固定金属线105与电路基板106的连接，在恶劣工况下长期使用，仍然有断线的风险。并且，通过邦定线在不同平面形成连接的方法，邦定线需要一定的空中走线长度，所以，电路布线108特定电位点与露出部110间必须有保持一定的距离而不能太近，这无疑增加了电路基板106的面积，进一步提高了智能功率模块100的制造成本。 

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术的不足，提供一种利用导电物质使电路布线层与基板形成电连接的集成电路模块，可有效保证在集成电路模块的长期使用过程中，电路布线层的特定电位和基板间可靠连接。 

本实用新型是这样实现的，一种集成电路模块，，包括：其中一表面覆盖有绝缘层的基板；于所述绝缘层表面形成的电路布线层；配设于所述电路布线层相应位置的电路元件；贯通有通孔，并填塞用于电连接所述电路布线层与所述基板的导电物质于所述通孔形成导电体。 

在优选的实施例中，所述通孔贯通所述绝缘层，于该通孔内填塞所述导电物质形成的所述导电体与所述基板和所述电路布线层接触。 

在优选的实施例中，所述通孔贯通所述绝缘层并穿透所述电路布线层，于该通孔内填塞所述导电物质的形成的所述导电体与所述基板接触并与所述电路布线层接触。 

在优选的实施例中，还包括引脚，所述电路布线层包括靠近所述基板的表面边缘的引脚焊盘，所述引脚与所述引脚焊盘连接并自所述基板向外延伸。 

在优选的实施例中，还包括密封层，所述密封层包覆于所述基板的所述表面。 

在优选的实施例中，还包括连接所述电路布线层与所述电路元件的金属线。 

上述集成电路模块有益效果是：由于电路布线层与基板的结合不再依靠金属线键合连接，而依靠导电物质形成连接，不但节省了制造成本和难度，提高了连接可靠性，而且可在基板和电路布线层连接的必要区域减小，从而使集成电路模块整体小型化。 

附图说明

图1（A）为现有的智能功率模块的俯视结构示意图； 

图1（B）是图1（A）的X-X’线剖面图； 

图1（C）为现有的智能功率模块的露出孔位置的结构示意图； 

图1（D）为现有的智能功率模块的制造方法的制作露出孔的工序示意图； 

图2（A）为本实用新型实施例提供的智能功率模块的俯视图； 

图2（B）是图2（A）的平面剖面图； 

图2（C）是本实用新型一个实施例中的图2（A）中沿X-X’线的剖面图； 

图2（D）是本实用新型另一个实施例中的图2（A）中沿X-X’线的剖面图； 

图3（A）、3（B）是本实用新型第一实施例提供的设置基板、绝缘层及 电路布线层的工序； 

图4（A）、4（B）为本实用新型第一实施例提供的设置通孔的工序； 

图5（A）、5（B）为本实用新型第一实施例提供的配设电路元件、焊接引脚以及填塞导电物质的工序； 

图6（A）、6（B）为本实用新型第二实施例提供的设置基板、绝缘层以及通孔的工序； 

图7为本实用新型第二实施例提供的在通孔填塞导电物质的工序； 

图8（A）、8（B）为本实用新型第二实施例提供的布设电路布线层的工序； 

图9为本实用新型第二实施例提供的设置电路元件的工序； 

图10（A）、10（B）、10（C）为本实用新型实施例提供的进行邦线连接及清洗工序； 

图11（A）、11（B）为本实用新型实施例提供的密封工序； 

图12为本实用新型实施例提供的进行引脚切筋成型并进行测试的工序。 

具体实施方式

为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。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。 

结合图2（A）、2（B）、2（C）、2（D），在一个实施例中，集成电路模块10包括其中一表面覆盖有绝缘层17的基板16、于绝缘层16表面形成的电路布线层18、配设于电路布线层18相应位置的电路元件14和贯通有通孔20，并填塞用于电连接电路布线层18与基板16的导电物质于通孔20形成导电体。 

基板16是由1100或5052等材质的铝或铜构成的矩形板材。在基板16其中一表面上形成电路布线层18与绝缘层17的方法有两种：一个方法是防蚀处理基板16的至少一个表面；另一个方法是在基板16的至少一个表面上形成绝 缘层17后再在其表面形成电路布线层18。在此，为提高集成电路模块10的耐湿性，可以利用密封树脂12密封铝基板16的整体。 

绝缘层17覆盖基板16至少一个表面形成，并在环氧树脂等树脂材料内高浓度填充氧化铝等填料提高热导率。 

电路元件14被固定在电路布线层18上构成规定的电路。电路元件14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。另外，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元件固定在基板16上。在此，根据集成电路器件的设计需要，通过利用金属线15将电路布线层18与面朝上安装的电路元件14连接。 

进一步地，集成电路模块10还包括引脚11，电路布线层18包括靠近基板16的表面边缘的引脚焊盘18A，引脚11与引脚焊盘18A连接并自基板16向外延伸。电路布线层18由铜等金属构成且和基板16绝缘。在此，在基板16的一边附近设置多个对准排列的焊盘18A，另外，电路布线层18被绝缘层17粘结在基板16的表面上。 

在一个实施例中，参考图2（C），通孔20贯通绝缘层17，于该通孔内填塞导电物质21形成的导电体与基板16和电路布线层18接触。本实施例中，通孔20位于基板16和电路布线层18之间，且填塞于其中的导电物质与基板16和电路布线层18形成电连接。 

在另一个实施例中，参考图2（D），通孔20贯通绝缘层17并穿透电路布线层18，于该通孔20内填塞导电物质21的形成的导电体，该导电体与基板16接触并与电路布线层18接触电路布线层18与基板16的导电物质21。本实施例中，通孔20贯通绝缘层17位于基板16和特定位置的电路布线层18，且填塞于其中的导电物质21与基板16和电路布线层18形成电连接，通孔20的孔口周围有电路布线层18围绕。 

通过设置通孔20，使得电路布线层18形成特定电位，该特定电位一般为地电位，通孔20的底部和孔壁可以比较粗糙，可以允许通孔20中残存有少量 铝屑， 

导电物质21加热并冷却后凝固，形成与电路布线层18和基板16紧密接触的导电体。导电物质21可以为锡膏、银胶等，出于成本控制，一般选用低温锡膏，锡膏要填充孔20的90%以上的空间，并且确保能接触到孔20的底部和孔口周围的电路布线层18，如果通孔20中存在铝或铜屑，要确保能被锡膏固定。 

引脚11被固定在设于基板16至少一个边缘的焊盘18A上，其具有例如与外部进行输入、输出的作用。在此，至少一边上设有多条引脚11，引脚11和焊盘18A通过焊锡等导电电性粘结剂粘结。 

密封层12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。在此，密封层12可以为树脂，其完全密封铝基板16具有电路布线层18的一面上的所有元素，而基板16不具有电路布层18的一面不被被密封；另外为了集成电路模块10的性能极其稳定性更好，可以将其各个表面均用树脂密封。 

参照图2（A）、2（B）、2（C）和2（D），在基板16的表面上形成通过绝缘层17与基板16绝缘的电路布线层18。通过在电路布线层18的适当位置配置电路元件14形成所希望的电路。另外，为了抑制电路布线层18和基板16之间的寄生电容和电路噪声，用导电物质21通过贯穿通孔20连接电路布线层18和基板16。这样，由于通过将两者连接可使电路布线层18和基板16的电位近似，故可使寄生电容和电路噪声得到降低。例如，可采用电路布线层18的地电位连接基板16，使基板16的电位近似于地电位。另外，基板16上设置有一个通孔20，但也可以形成多个通孔20。 

参照图2（C）、2（D），说明通孔20附近的结构。通孔20可以只是贯通绝缘层17，使电路布线层18和基板16部分露出的孔部，如图2（C）所示。也可以是贯通电路布线层18、绝缘层17而使基板16部分露出的孔部，如图2（D）所示；为使基板16和电路布线层18导电的金属部分露出，而将通孔20的深度形成比绝缘层17的厚度更大，需要使得电路布线层18凹陷或穿透，基 板16凹陷。为使导电物质21可以接触到电路布线层18，通孔20上表面或孔口周围需要留有该特定电位如地电位的电路布线层18，如果通孔20的孔径是0.5mm，那么在形成通孔20前，此处的电路布线层18的直径需要大于0.7mm。在使用铣刀形成通孔20时，通孔20的底面20A（位于基板16上）形成粗糙面。 

参考图2（D），往通孔20中注入流动态导电物质21，导电物质21可以是锡膏等，确保注入到通孔20的底部并且从通孔20的孔口溢出，在通孔20的孔口周围的电路布线层18上形成涂覆，在通孔20的内部，锡膏至少能填充孔内空间的90%。在此，因为集成电路模块10在注入流动态导电物质21后仍有加热工序，导电物质21会在上述加热工序中逐渐变成固态。 

另外，再参照图2（D），在本实施例中，由于考虑到与形成电路元件14的工序兼容，使用了成本较低流动性有限的锡膏，所以建议通孔20的直径不小于0.5mm，确保锡膏能够通过锡膏印刷的工序对孔形成充分填充（90%以上），如果使用流动性更好的材料，孔径可进一步缩小。 

上述集成电路模块10通过两中不同的结构，依靠导电物质21形成连接电路布线层18与基板16的特定电位的电连接，不但节省了制造成本和难度，提高了连接可靠性，而且可在基板16和电路布线层18连接的必要区域减小，从而使集成电路模块18整体小型化。 

此外，结合图3至5，还提供两种可制得上述集成电路模块10的制造方法。 

第一种集成电路模块的制造方法包括以下步骤： 

制作基板16，并于基板16的其中一表面覆盖绝缘层17；于所述绝缘层17表面布设电路布线层18；于所述电路布线层18相应位置配设电路元件14；设置通孔20，并在该通孔20内填塞使所述电路布线层18与所述基板16形成电连接的导电物质21。 

进一步地，所述设置通孔20，在该通孔20填塞使所述电路布线层18与所述基板16形成电连接的导电物质21的步骤为：设置贯通在所述绝缘层17和所 述电路布线层18的通孔20；并在该通孔20填塞与所述基板16和所述电路布线层18均接触的所述导电物质21；然后将所述导电物质21加热并使之冷却后凝固，形成与所述电路布线层18和所述基板16紧密接触的导电体。 

本实施例中，以下结合附图说明的各工序的详细情况。 

第一工序：参照图3，本工序是在大小合适的基板16上形成绝缘层17并在绝缘层17表面形成电路布线层18的工序。 

首先，参照图3（A）和图3（A）的X-X'剖面的剖面图图3（B），根据需要的电路布局准备大小合适的基板16，对于一般的集成电路模块10可选取64mm×30mm的大小，两面进行防蚀处理。在基板16的至少一面的表面上设有绝缘层17。另外，在绝缘层17的表面粘贴有作为导电图案的铜箔。然后将该工序制造的铜箔进行蚀刻，局部地除去铜箔，形成电路布线层18。 

在此，大小合适的基板16的形成可以通过直接对1m×1m的铝材或铜材进行冲切等方式形成，也可通过先1m×1m的铝材或铜材形成V槽，然后剪切的方式形成。 

第二工序：参照图4，在本工序中，在电路布线层18和绝缘层17上设置通孔20。 

参照俯视图图4（A）和侧视图图4（B）通孔20的形成可通过例如前端平坦形成的铣刀，如立锐刀。通过使该铣刀高速旋转而形成通孔20。由于铝或铜是具有粘性的金属，故形成的通孔20的底部形成粗糙面20A。另外，通孔20的位置选择上，应该选择电路布线层18上例如，将作为集成电路模块10地电位的特定位置，通过形成通孔20，电路布线层18和绝缘层17被贯通。 

绝缘层17由于含有氧化铝等无机填料，故是非常坚固的。因此，形成通孔20引起的铣刀的磨损非常快。该磨损是越使用直径小的钻头越显著，并且考虑到保证导电物质21能充分填充，在批量生产时，最好使用直径较粗的铣刀；另外，当考虑基板16的小型化时，最好将铣刀的直径减小，以减小通孔20的面积。因此，最好使用直径为Φ0.5mm的铣刀形成通孔20。根据该直径，可在某 种程度减小通孔20占有的面积，同时可控制铣刀的磨损程度从而提高生产性。 

第三工序：参照图5，本工序是在电路布线层18上涂覆锡膏填充通孔20，安装电路元件14和引脚11。 

首先，参照俯视图图5（A）和侧视图图5（B），通过特定开孔的钢网，涂覆焊锡等焊料，使电路布线层18上的特定位置形成具有一定流动性的锡膏层，并在通孔20中形成有锡膏柱，即为导电物质21，钢网在通孔20位置的开孔大于孔径，所以导电物质21除填充了通孔20外，还被涂覆在通孔20周围的电路布线层18上。如果第二工序中通孔20中形成的少量铝屑，也将被导电物质21所包围。导电物质21是通过在电路布线层18其他位置形成锡膏层一样的方式形成，因此并没有增加将工序。 

然后，在载具13上放置托具9，使电路元件14放在电路布线层18的特定位置上，并使引脚11的一端要安放在引脚焊盘18A上，另一端通过托具9进行固定，载具13和托具9通过合成石等材料制成； 

最后，放于载具13和托具9上的基板16通过回流焊，锡膏固化后，电路元件14、引脚11被固定，导电物质21固化，基板16和电路布线层18的特定位置形成了固定的电连接。 

另外，第二种集成电路模块的制造方法包括以下步骤： 

制作基板16，并于所述基板16的其中一表面覆盖绝缘层17；设置通孔20，并在该通孔20内填塞与所述基板16形成电连接的导电物质21；于所述绝缘层17表面布设电连接的电路布线层18，与所述导电物质21；于所述电路布线层18相应位置配设电路元件14。 

进一步地，设置的通孔20内填塞与所述基板16形成电连接的导电物质21的步骤为：在所述绝缘层17设置所述通孔20；并在该通孔20填塞与所述基板16和所述电路布线层18均接触的所述导电物质21；然后将所述导电物质21加热并使之冷却凝固，形成与所述电路布线层18和所述基板16紧密接触的导 电体。 

本实施例中，以下结合附图说明的各工序的详细情况。 

第一工序：参照图6，本工序是在大小合适的基板16上形成绝缘层17并在绝缘层17设置通孔20工序。 

首先，参照图6（B）和图6（A）的X-X'剖面的剖面图图6（B），根据需要的电路布局准备大小合适的基板16，对于一般的集成电路模块10可选取64mm×30mm的大小，两面进行防蚀处理。在基板16的至少一面的表面上设有绝缘层17。在此，大小合适的基板16的形成可以通过直接对1m×1m的铝材或铜材进行冲切等方式形成，也可通过先1m×1m的铝材或铜材形成V槽，然后剪切的方式形成。 

然后，参照俯视图图6（B）通孔20的形成可通过例如前端平坦形成的铣刀，如立锐刀，进行。通过使该铣刀高速旋转而形成通孔20。由于铝是具有粘性的金属，故形成的通孔20的底部形成粗糙面20A。另外，通孔20的位置选择上，应该选择与电路布线层18上，作为集成电路模块10地电位的特定位置。 

绝缘层17由于含有氧化铝等无机填料，故是非常坚固的。因此，形成通孔20引起的铣刀的磨损非常快。该磨损是越使用直径小的钻头越显著，并且考虑到保证导电物质21能充分填充，在批量生产时，最好使用直径较粗的铣刀；另外，当考虑基板16的小型化时，最好将铣刀的直径减小，以减小通孔20的面积。因此，最好使用直径为Φ0.5mm的铣刀形成通孔20。根据该直径，可在某种程度减小通孔20占有的面积，同时可控制铣刀的磨损程度从而提高生产性。 

第三工序：参照图7-9，本工序是在电路布线层18上涂覆锡膏填充通孔20，表面形成电路布线层18的安装电路元件14和引脚11的工序。 

首先，参照侧视图图7，通过特定开孔的钢网，涂覆焊锡等焊料，使绝缘层17上的特定位置形成具有一定流动性的锡膏层，并在通孔20中形成有锡膏柱，即为导电物质21，钢网在通孔20位置的开孔大于孔径，所以导电物质21除填充了通孔20外，还被涂覆在通孔20周围的绝缘层17上。第二工序中通孔 20中形成的少量铝屑，也被导电物质21所包围。 

然后，参照俯视图图8（A）和侧视图图8（B），在绝缘层17的表面粘贴有作为导电图案的铜箔。然后将该工序制造的铜箔进行蚀刻，局部地除去铜箔，形成电路布线层18。导电物质21是通过在电路布线层18其他位置形成锡膏层一样的方式形成，因此并没有增加将工序。 

然后参考图9，在载具13上放置托具9，使电路元件14放在电路布线层18的特定位置上，并使引脚11的一端要安放在引脚焊盘18A上，另一端通过托具9进行固定，载具13和托具9通过合成石等材料制成； 

最后，放于载具13和托具9上的基板16通过回流焊，锡膏固化，电路元件1414、引脚11被固定，导电物质21固化，基板16和电路布线层18的特定位置形成了固定的电连接。 

可以理解地，在制作集成电路模块的工艺流程除上述工序以外，还包括以下工序， 

第四工序：参照图10（A）、10（B）、10（C），本工序是清洗所述电路基板16并进行邦线连接，使电路元件14和电路布线层18形成起电连接作用的金属线15的工序。 

首先将基板16放入清洗机中进行清洗，将回流焊时残留的松香等助焊剂及冲压时残留的铝线等异物洗净，根据电路元件14在电路布线层18的排布密度，清洗可通过喷淋或超声或两者结合的形式进行。 

其次，参照俯视图图10（A）和侧视图图10（B）、10（C），图10（B）、10（C）分别是两个不同制造方法的进行电路元件14和电路布线层18的邦线连接的示意图。 

第五工序：参照图11（A）、11（B），密封层12密封电路基板16的工序。图11表示使用模具50由密封层12密封电路基板16的工序的剖面图。 

首先，在无氧环境中对电路基板16进行烘烤，烘烤时间不应小于2小时，烘烤温度和选择125℃。 

将配置好引脚11的基板16搬送到模型44及45。通过使引脚11的特定部分与固定装置46接触，进行基板16的定位。 

合模时，在形成于模具50内部的模腔中放置电路基板16，然后由浇口53注入密封树脂。进行密封的方法可采用使用热硬性树脂的传递模模制或使用热硬性树脂的注入模模制。而且，对应自浇口53注入的密封树脂模腔内部的气体通过排气口54排放到外部。 

第六工序：参照图12，进行引脚11切筋成型并进行测试的工序，上述的集成电路模块10经由此工序作为制品完成。 

在前工序即传递模模装工序使除引脚11以外的其他部分都被密封层12密封。本工序根据使用的长度和形状需要，例如，在虚线51的位置将外部引脚11切断成一定形状，便于后续装配。 

然后将模块放入测试设备中，进行常规的电参数测试，一般包括绝缘耐压、静态功耗、迟延时间等测试项目，测试合格者为成品。 

利用上述工序，完成图2所示的集成电路模块10，其中，上述的集成电路模块10可以是智能功率模块（IPM）。 

上述两种集成电路模块的制造方法通过减少形成连接基板16和电路布线层18的金属线的工序，因此可以简化邦线流程，并能大幅节省集成电路模块10的制造成本，对于某些流水线，甚至可以减少一台邦线设备的投入；因为只需用简单的装置往通孔中注入导电物质21，并且注入量的要求较为宽松，对通孔20的孔底20A、孔壁表面粗糙度无特殊要求，因此无需设计价格高昂的设备对孔底20A进行压平。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种集成电路模块，其特征在于，包括：其中一表面覆盖有绝缘层的基板；于所述绝缘层表面形成的电路布线层；配设于所述电路布线层相应位置的电路元件；贯通有通孔，并填塞用于电连接所述电路布线层与所述基板的导电物质于所述通孔形成导电体。

2.如权利要求1所述的集成电路模块，其特征在于，所述通孔贯通所述绝缘层，于该通孔内填塞所述导电物质形成的所述导电体与所述基板和所述电路布线层接触。

3.如权利要求1或2所述的集成电路模块，其特征在于，所述通孔贯通所述绝缘层并穿透所述电路布线层，于该通孔内填塞所述导电物质的形成的所述导电体与所述基板接触并与所述电路布线层接触。

4.如权利要求3所述的集成电路模块，其特征在于，还包括引脚，所述电路布线层包括靠近所述基板的表面边缘的引脚焊盘，所述引脚与所述引脚焊盘连接并自所述基板向外延伸。

5.如权利要求1或2所述的集成电路模块，其特征在于，还包括密封层，所述密封层包覆于所述基板的所述表面。

6.如权利要求1或2所述的集成电路模块，其特征在于，还包括连接所述电路布线层与所述电路元件的金属线。

Images