專利名稱：：功率模塊絕緣方法及功率模塊組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總地來說涉及功率模塊絕緣的方法以及用于該方法的功率模塊組件。該功率模塊，如IGBT模塊，通常應(yīng)用在例如變頻器、電源等電力電子應(yīng)用產(chǎn)品當(dāng)中。
背景技術(shù)：
：近年來，產(chǎn)品越來越小型化，隨著產(chǎn)品的小型化趨勢，功率模塊的尺寸越來越小，使得功率模塊的引腳之間的距離縮短。這直接帶來的問題是功率模塊的引腳之間的爬電距離和電氣間隙縮短，而使得功率模塊不能滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的污染等級3(DP3)、過電壓等級III(0VCIII)的應(yīng)用場合。其中爬電距離(crapingdistance)是指兩個導(dǎo)體之間沿絕緣表面所測得的最短空間距離，在本發(fā)明的情況下為兩個導(dǎo)體之間沿著絕緣材料表面的最短距離，通常產(chǎn)品應(yīng)用的污染等級，對于爬電距離的影響很大；電氣間隙(clearance)是指兩個導(dǎo)體之間的最短空間放電距離。但是，由于應(yīng)用IGBT等功率模塊的產(chǎn)品，如變頻器、電源等，常常需要在惡劣的工作環(huán)境下工作。對于環(huán)境污染較高等的應(yīng)用場合，為提高產(chǎn)品的可靠性，產(chǎn)品設(shè)計需要考慮應(yīng)用于污染等級3(PollutionDegree3)、過電壓等級III(OverVoltageCategoryIII)的限制。由于這種限制較為嚴(yán)格，雖然功率模塊內(nèi)部設(shè)計能夠滿足這種要求，但是由于功率模塊的封裝限制，功率模塊引腳之間的距離滿足不了要求。如果不采取額外措施，產(chǎn)品設(shè)計就不能達到這個要求。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了解決這個矛盾，通常采用的方法是在印刷電路板(PCB)上，兩個導(dǎo)體之間開槽，從而增加了爬電距離，但是這種方法對電氣間隙的限制沒有任何作用。另外這種方法帶來的問題是PCB的強度受到損壞，并且增加PCB的加工步驟，使得制造成本增大。另外，還公知一種在導(dǎo)體表面上涂覆三防膠的方法。三防膠通常為液體，在將三防膠涂覆到導(dǎo)體表面上之后，三防膠會覆蓋在導(dǎo)體的表面上，從而在三防膠凝固之后密封兩個導(dǎo)體之間的空間，這起到的作用是排除兩個引腳之間的空氣并且防止灰塵等累積在導(dǎo)體之間的PCB上，來消除爬電距離和電氣間隙的限制。但是正是由于三防膠通常是液態(tài)的，在將功率模塊安裝到PCB上之后，很難將三防膠注入到PCB與功率模塊之間使得在每個引腳之間都均勻分布三防膠。簡單的說，有些引腳之間存在三防膠，而有些引腳之間則沒有三防膠，因此，對于PCB和功率模塊之間的空間的絕緣，這種方案并不實用。目前對于類似模塊應(yīng)用于過電壓等級III的場合而帶來的電氣間隙的限制，還沒有很好的解決方案。因此，需要一種功率模塊絕緣的新方法，使得功率模塊可以滿足DP3和OVCIII的限制。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種功率模塊絕緣方法，通過該方法，可以使功率模塊滿足污染等級3和過電壓等級III的限制。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種功率模塊絕緣方法。該方法包括如下步驟在功率模塊上引腳一側(cè)設(shè)置絕緣材料層；以及將功率模塊安裝在印刷電路板上，使得所述絕緣材料層夾置在所述印刷電路板和功率模塊之間。優(yōu)選的是，所述絕緣材料是柔軟的，使得在將功率模塊安裝到印刷電路板上時，該絕緣材料層被壓縮；并且需要考慮到功率模塊的尺寸誤差，使得該絕緣材料充滿功率模塊和印刷電路板之間的空間。優(yōu)選的是，所述絕緣材料耐高溫，所述絕緣材料可以承受在將功率模塊的引腳焊接到印刷電路板的過程中的溫度。優(yōu)選的是，所述絕緣材料層由可以承受一定耐電壓絕緣等級的材料制成。具體耐電壓等級的要求，根據(jù)不同的應(yīng)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和該絕緣材料的尺寸，耐電壓等級有所變化。所述絕緣材料優(yōu)選的為泡沫或硅樹脂。另外，所述方法還可以包括在將功率模塊焊接到印刷電路板上之后，在印刷電路板的頂面上涂覆一層涂層，優(yōu)選的是，所述涂層是三防膠。所述方法還可以包括在將絕緣材料層設(shè)置在功率模塊上之前，將散熱器安裝到功率模塊的頂面上。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種功率模塊組件，該功率模塊組件包括設(shè)置在引腳一側(cè)上的絕緣材料層。優(yōu)選的是，所述絕緣材料是柔軟的，使得在將功率模塊安裝到印刷電路板上時，該絕緣材料層被壓縮；并且需要考慮到功率模塊的尺寸誤差，使得該絕緣材料充滿功率模塊和印刷電路板之間的空間。優(yōu)選的是，所述絕緣材料耐高溫，所述絕緣材料可以承受在將功率模塊的引腳焊接到印刷電路板的過程中的溫度。優(yōu)選的是，所述絕緣材料層由可以承受一定耐電壓絕緣等級的材料制成。具體耐電壓等級的要求，根據(jù)不同的應(yīng)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和該絕緣材料的尺寸，耐電壓等級有所變化。所述絕緣材料優(yōu)選的為泡沫或硅樹脂。通過將絕緣材料層設(shè)置在功率模塊和印刷電路板之間，降低了限制區(qū)域的污染等級，去除了限制區(qū)域的空氣，從而消除了爬電距離和電氣間隙的限制，由此可以滿足產(chǎn)品設(shè)計對于污染等級3和過電壓等級III的要求。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的功率模塊安裝到印刷電路板上的視圖；圖2示出絕緣材料層的剖視圖；以及圖3示出了功率模塊安裝到印刷電路板上的視圖，圖示了絕緣材料層中孔的不同尺寸。具體實施例方式下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應(yīng)該理解，在此圖示和描述的具體實施方式僅僅是舉例性的，而不作為對本發(fā)明的限制。如圖1所示，通常功率模塊1與散熱器2安裝到一起，然后將功率模塊1的引腳11插入到印刷電路板4上相對應(yīng)的焊盤41中。并且通過螺栓3將散熱器2與印刷電路板4連接到一起，從而將功率模塊1與印刷電路板4安裝到一起。然后，將印刷電路板4翻轉(zhuǎn)，對從焊盤41突出的每個引腳11進行焊接，從而完成功率模塊1與印刷電路板4的機械和電氣連接。但是，如在
背景技術(shù)：
中所述，隨著功率模塊1的尺寸越來越小，引腳11之間的距離縮短，使得弓I腳間的距離不能滿足產(chǎn)品設(shè)計對于爬電距離和電氣間隙限制。為了解決這個問題，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在將功率模塊1的引腳11插入至IJ印刷電路板4的相應(yīng)焊盤41中之前，在功率模塊1的引腳11一側(cè)安裝絕緣材料層5。該絕緣材料層5可以具有適當(dāng)?shù)男螤詈秃穸?，以便基本上覆蓋功率模塊1的引腳區(qū)域；并且，該絕緣材料層5具有與引腳相對應(yīng)的孔51，以便引腳11可以穿過該孔51而突出出來。在將絕緣材料層5安裝到功率模塊1上之后，將功率模塊1的引腳11插入到印刷電路板4的焊盤41中。并且與上面相同，通過螺栓3將散熱器2與印刷電路板4連接在一起。在擰緊螺栓3的過程中，功率模塊1與印刷電路板4之間的距離縮短，絕緣材料層5將受到壓縮。由于絕緣材料的尺寸已經(jīng)考慮到模塊的尺寸誤差，該壓縮能使絕緣材料層5充分填充滿功率模塊1和印刷電路板4之間的空間。在將散熱器2安裝到印刷電路板4上之后，類似的，通過焊接，將功率模塊1的引腳11與印刷電路板4的焊盤41相連接，從而實現(xiàn)機械和電氣連接。在如此安裝之后，為了提高在印刷電路板4的與安裝有功率模塊的側(cè)面相反的側(cè)面(以下稱為印刷電路板4的頂面)上的絕緣，可以在該頂面上涂覆絕緣涂層6，該絕緣涂層6例如可以是三防膠。作為絕緣材料層5的材料，該材料需要滿足這樣的條件，即材料可以拉伸和壓縮；不導(dǎo)電，具備一定介電性能；耐高溫，即承受將功率模塊的引腳焊接到印刷電路板的焊盤上的溫度，該溫度通常為450°C，持續(xù)時間為35秒；材料是柔軟的，從而在將功率模塊安裝到印刷電路板上時受到壓縮，這種壓縮導(dǎo)致絕緣材料層對功率模塊1的引腳之間的待絕緣區(qū)域進行填充。從而一方面密封該區(qū)域而使得灰塵無法累積在功率模塊的引腳附近以及引腳之間的印刷電路板表面上；另一方面排出該區(qū)域內(nèi)的空氣，從而防止引腳之間出現(xiàn)空間放電。供選擇的材料包括泡沫或者硅橡膠，作為示例，表1中列出了一些適用的硅橡膠以及它們的特性。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>如圖2所示，絕緣材料層5可以具有與功率模塊1類似的尺寸，以便覆蓋功率模塊1的引腳一側(cè)；并且，在絕緣材料層5上形成有與功率模塊1的引腳11相對應(yīng)的孔51，孔51的直徑可以與引腳11的直徑基本相同。由此在安裝在功率模塊1上之后，引腳11與絕緣材料緊密接觸，參見圖3中的1#。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于絕緣材料層5可以定位準(zhǔn)確。但是這種結(jié)構(gòu)的缺點在于由于孔51的直徑基本上與引腳11的相同，因此安裝過程中，有可能會對引腳11施加不必要的力。并且在焊接過程中，絕緣材料層5有可能阻礙焊料充分浸潤引腳，從而有可能帶來焊接問題；而且由于絕緣材料層緊貼引腳，加大了焊接溫度對絕緣材料的溫度影響。另外，孔51的直徑可以大于引腳11的直徑，參見圖3中的3#。在這種情況下，由于孔51的直徑較大，絕緣材料層5有可能在安裝過程中移動而不能良好定位，而且如果孔太大，對絕緣性能也會產(chǎn)生一定影響；優(yōu)選的是，孔51的直徑略大于引腳11的直徑，參見圖3中的2#。這種優(yōu)選方法避免了可能帶來的焊接質(zhì)量問題，也可以減小焊接溫度對絕緣材料的影響，而且可以對絕緣材料較好的定位。從上面的描述可以看出，根據(jù)本發(fā)明的方法，絕緣材料層夾置在功率模塊和印刷電路板之間，對功率模塊的引腳之間的區(qū)域進行填充，從而去除了該區(qū)域內(nèi)的空氣并且防止灰塵累積在該區(qū)域內(nèi)，使得使用功率模塊的電器可以滿足污染等級3和過電壓等級III的絕緣要求。另外，盡管在上面的描述中，功率模塊與絕緣材料層單獨提供，并且在功率模塊焊接到印刷電路板上時，將絕緣材料層安裝到功率模塊上。但是也可以提供一種功率模塊組件，這種功率模塊組件包括功率模塊以及設(shè)置在功率模塊引腳一側(cè)上的絕緣材料層。也就是說，在功率模塊組件出廠時，預(yù)先在其引腳一側(cè)上設(shè)置的絕緣材料層，并且，這里所說的絕緣材料層設(shè)置在功率模塊引腳一側(cè)不僅包括絕緣材料層和功率模塊為單獨元件，且二者組裝到一起；而且包括利用適當(dāng)?shù)姆椒?，如粘結(jié)，融合或者其它方式等將絕緣材料層結(jié)合到功率模塊上而成為功率模塊整體的一部分。雖然上面參照附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解到本發(fā)明并不局限于在此描述的實施方式，而是在不背離本發(fā)明的精髓和范圍的前提下，可以作出各種修改和變化，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求書及其等價物限定。權(quán)利要求一種功率模塊絕緣方法，該方法包括如下步驟在功率模塊上引腳一側(cè)設(shè)置絕緣材料層；以及將功率模塊安裝在印刷電路板上，使得所述絕緣材料層夾置在所述印刷電路板和功率模塊之間，以充滿功率模塊和印刷電路板之間的空間。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述絕緣材料作為功率模塊的組件，與功率模塊結(jié)合在一起應(yīng)用；該絕緣材料也可以結(jié)合到功率模塊一起，成為功率模塊的一部分。3.如權(quán)利要求1到2中任一項所述的方法，其中，所述絕緣材料層由柔軟的材料制成。使得在將功率模塊安裝到印刷電路板上時，該絕緣材料層被壓縮。4.如權(quán)利要求1到3中任一項所述的方法，其中，所述絕緣材料層由可以承受在將功率模塊的引腳焊接到印刷電路板的過程中的溫度的材料制成。5.如權(quán)利要求1到4中任一項所述的方法，其中，所述絕緣材料層由可以承受一定耐電壓絕緣等級的材料制成。6.如權(quán)利要求1到5所述的方法，其中，所述材料為泡沫或硅橡膠。7.如權(quán)利要求1到6中任一項所述的方法，其中，所述絕緣材料層具有孔，所述孔與所述功率模塊的引腳相對應(yīng)，在所述設(shè)置絕緣材料層的步驟，所述功率模塊的引腳穿過所述絕緣材料層的孔突出。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述孔的直徑略大于所述引腳的直徑。9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將功率模塊的引腳焊接到所述印刷電路板的焊盤上；以及在印刷電路板的與安裝功率模塊的底面相反的頂面上設(shè)置絕緣層。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述設(shè)置絕緣層的步驟包括將三防膠涂覆在所述印刷電路板的頂面上，完全覆蓋功率模塊突出PCB的引腳；及三防膠凝固。11.一種功率模塊組件，包括功率模塊和設(shè)置在所述功率模塊的引腳一側(cè)的絕緣材料層。12.如權(quán)利要求11所述的功率模塊組件，其中，所述絕緣材料層由柔軟的材料制成，使得在將功率模塊組件安裝到印刷電路板上時，該絕緣材料層被壓縮。13.如權(quán)利要求11所述的功率模塊組件，其中，所述絕緣材料層由可以承受在將功率模塊的引腳焊接到印刷電路板的過程中的溫度的材料制成。14.如權(quán)利要求11所述的功率模塊組件，其中，所述絕緣材料層由可以承受一定耐電壓絕緣等級的材料制成。15.如權(quán)利要求13或14所述的功率模塊組件，其中，所述材料為泡沫或硅橡膠。16.如權(quán)利要求11到15中任一項所述的功率模塊組件，其中，所述絕緣材料層具有孔，所述孔與所述功率模塊的引腳相對應(yīng)，在所述設(shè)置絕緣材料層的步驟，所述功率模塊的引腳穿過所述絕緣材料層的孔突出。17.如權(quán)利要求16所述的功率模塊組件，其中，所述孔的直徑大于所述引腳的直徑。全文摘要本發(fā)明公開了一種功率模塊的絕緣方法以及功率模塊組件，該方法包括如下步驟在功率模塊上引腳一側(cè)設(shè)置絕緣材料層；以及將功率模塊安裝在印刷電路板上，使得所述絕緣材料層夾置在所述印刷電路板和功率模塊之間；這種絕緣材料需要填充滿功率模塊和印刷電路板之間的空間。通過該方法，可以解決功率模塊引腳之間的絕緣限制，使得使用該功率模塊的電器可以滿足污染等級3和過電壓等級III的絕緣要求。文檔編號H01L21/60GK101834144SQ20091011943公開日2010年9月15日申請日期2009年3月13日優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日發(fā)明者李欣,王靜,菲利普·柏德松申請人:施耐德電器工業(yè)公司