專利名稱：智能功率模塊及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子元件制造領(lǐng)域，特別涉及一種智能功率模塊及其制作方法。
背景技術(shù)：
IPM (Intelligent Power Module,智能功率模塊)是一種將電力電子和集成電路技術(shù)結(jié)合的功率驅(qū)動(dòng)類產(chǎn)品。智能功率模塊把功率開(kāi)關(guān)器件和高壓驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，并內(nèi)藏有過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)熱等故障檢測(cè)電路。智能功率模塊一方面接收MCU的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路工作，另一方面將系統(tǒng)的狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)送回MCU。與傳統(tǒng)分立方案相比，智能功率模塊以其高集成度、高可靠性等優(yōu)勢(shì)贏得越來(lái)越大的市場(chǎng)，尤其適合于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器及各種逆變電源，是變頻調(diào)速，冶金機(jī)械，電力牽引，伺服驅(qū)動(dòng)，變頻家電的一種理想電力電子器件。如圖1所示，現(xiàn)有的智能功率模塊包括一鋁基板1、設(shè)于所述鋁基板I表面上的絕緣層2、在所述絕緣層2上形成的電路布線3，固定于所述電路布線3上的若干電路元件4和引腳5，以及封裝所述鋁基板1、絕緣層2。電路布線3和若干電路元件4的密封樹(shù)脂6，因?yàn)橹悄芄β誓K一般使用在驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等場(chǎng)合，智能功率模塊工作時(shí)發(fā)熱比較嚴(yán)重，所以智能功率模塊的鋁基板I 一般都會(huì)背面緊貼散熱塊進(jìn)行使用，為了避免因鋁基板I與散熱塊接觸而帶來(lái)的噪聲造成智能功率模塊失控，提高智能功率模塊的抗干擾能力，常常將鋁基板I也封裝在密封樹(shù)脂6內(nèi)，只有在一些噪聲水平控制得非常低的場(chǎng)合才使用鋁基板I背面露出的方式進(jìn)行封裝。將鋁基板I背面密封雖然可以提高智能功率模塊的抗噪能力，卻使智能功率模塊的散熱性能大幅降低，使智能功率模塊內(nèi)部的器件長(zhǎng)期工作在高溫下，影響了智能功率模塊的性能和長(zhǎng)期壽命。這使得抗噪能力和散熱性能成為了一對(duì)不可調(diào)和的矛盾。 近期出現(xiàn)了一種新的智能功率模塊，其將鋁基板I背面的密封樹(shù)脂6厚度控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，使得智能功率模塊兼具隔離噪聲干擾和導(dǎo)熱兩重功能。但是這種智能功率模塊制作工藝復(fù)雜，精度要求高，制造設(shè)備昂貴，并且成品率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種智能功率模塊及其制作方法，旨在提高同時(shí)提高智能功率模塊的抗噪能力和散熱性能。本發(fā)明提出一種智能功率模塊，包括一招基板，該招基板上表面設(shè)有一上絕緣層，在該上絕緣層上設(shè)有一電路布線層，該電路布線層上設(shè)有若干電路元件和引腳，所述鋁基板下表面設(shè)有一下絕緣層，該下絕緣層上設(shè)有一散熱板，所述鋁基板、上絕緣層、電路布線層、若干電路元件和引腳，以及下絕緣層被封裝在密封樹(shù)脂內(nèi)，其中，所述引腳貫穿所述密封樹(shù)脂并向外延伸，所述散熱板的側(cè)面被所述密封樹(shù)脂封裝，所述散熱板的下表面裸露。優(yōu)選地，所述上絕緣層采用在環(huán)氧樹(shù)脂材料中填充Al2O3而制成，所述上絕緣層的導(dǎo)熱率為2. Off/m · k。
優(yōu)選地，所述下絕緣層采用在環(huán)氧樹(shù)脂材料中填充BN而制成，所述下絕緣層的導(dǎo)熱率為5. Off/m · k。優(yōu)選地，所述智能功率模塊還包括若干用于在所述電路元件、電路布線層，以及鋁基板之間建立電連接的金屬線。優(yōu)選地，所述上絕緣層上設(shè)有至少一用于供所述鋁基板與電路布線層或電路元件建立電連接的露出孔。本發(fā)明進(jìn)一步還提出一種智能功率模塊的制作方法，包括分別在鋁基板的上下表面形成上絕緣層和下絕緣層；在所述上絕緣層上形成電路布線層，并在所述電路布線層上安裝若干電路元件和引腳；在所述下絕緣層上設(shè)置散熱板；封裝所述鋁基板、上絕緣層、電路布線層、若干電路元件和引腳，以及下絕緣層。優(yōu)選地，通過(guò)傳遞?；蜃⑷肽５姆绞椒庋b所述鋁基板、上絕緣層、電路布線層、若干電路元件和引腳，以及下絕緣層。優(yōu)選地，所述在鋁基板的上下表面分別形成上絕緣層和下絕緣層的步驟之前還包括對(duì)所述鋁基板的上下表面進(jìn)行防蝕處理。優(yōu)選地，所述在所述`上絕緣層上形成電路布線層的步驟具體包括在所述上絕緣層上粘貼銅箔； 蝕刻所述銅箔，形成所述電路布線層。優(yōu)選地，所述在所述電路布線層上安裝若干電路元件和引腳的步驟之前包括預(yù)熱所述鋁基板和電路布線層。本發(fā)明的智能功率模塊通過(guò)下絕緣層隔離，可以可靠實(shí)現(xiàn)金屬鋁基板與外界的絕緣，增設(shè)的散熱板可提高智能功率模塊的散熱性能。由于下絕緣層和散熱板的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于密封樹(shù)脂，因此在智能功率模塊正常工作時(shí)內(nèi)部器件的溫度遠(yuǎn)低于現(xiàn)行品，使智能功率模塊同時(shí)具有較高的抗噪能力和散熱性能，大幅提高了智能功率模塊的工作穩(wěn)定性和使用壽命。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中智能功率模塊的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明智能功率模塊的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明智能功率模塊的制作方法一實(shí)施例的流程示意圖；圖4為本發(fā)明智能功率模塊的制作方法中形成電路布線層的流程示意圖；圖5為本發(fā)明智能功率模塊的制作方法另一實(shí)施例的流程示意圖；圖6為本發(fā)明智能功率模塊的制作方法又一實(shí)施例的流程示意圖。本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例就本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明提出一種智能功率模塊。參照?qǐng)D2，圖2為本發(fā)明智能功率模塊的剖面結(jié)構(gòu)示意圖在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該智能功率模塊包括一招基板10,該招基板10的上下表面分別設(shè)置一上絕緣層20和一下絕緣層60，該上絕緣層20的上表面設(shè)有一電路布線層30，該電路布線層30上設(shè)有若干電路元件40和引腳50，下絕緣層60的下表面設(shè)有一散熱板70。該鋁基板10、上絕緣層20、電路布線層30、若干電路元件40、引腳50和下絕緣層60被封裝在密封樹(shù)脂80內(nèi)，其中引腳50貫穿密封樹(shù)脂80并向外延伸，散熱板70的側(cè)面被密封樹(shù)脂80封裝，散熱板70的下表面裸露與外界空氣接觸。鋁基板10優(yōu)選采用1100或5052等鋁合金的矩形板材制成。電路布線層30和散熱板70優(yōu)選采用銅制成。散熱板70的厚度與電路布線層30的厚度相同。電路布線層30上包括若干焊盤(pán)31，該焊盤(pán)31設(shè)置在鋁基板10的一邊，并呈多個(gè)對(duì)準(zhǔn)排列，引腳50與焊盤(pán)31焊接，用于輸入/輸出各種信號(hào)。引腳50優(yōu)選采用鋁等具有一定硬度的金屬制成，可利用引腳50的硬度在模制時(shí)對(duì)鋁基板10進(jìn)行固定。電路元件40被固定在電路布線層30上構(gòu)成的規(guī)定電路上，電路元件40采用晶體管或二極管等有源元件、或者電 容或電阻等無(wú)源元件，也可以通過(guò)由銅等制成的散熱器將功率元件等發(fā)熱量大的電路元件40固定在鋁基板10上。密封樹(shù)脂80可通過(guò)傳遞模方式使用熱硬性樹(shù)脂模制，也可使用注入模方式使用熱塑性樹(shù)脂模制。本發(fā)明的智能功率模塊通過(guò)下絕緣層60隔離，可以可靠實(shí)現(xiàn)金屬鋁基板10與外界的絕緣，增設(shè)的散熱板70可提高智能功率模塊的散熱性能。由于下絕緣層60和散熱板70的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于密封樹(shù)脂80，因此在智能功率模塊正常工作時(shí)內(nèi)部器件的溫度遠(yuǎn)低于現(xiàn)行品，使智能功率模塊同時(shí)具有較高的抗噪能力和散熱性能，大幅提高了智能功率模塊的工作穩(wěn)定性和使用壽命。在上述實(shí)施例中，上絕緣層20采用在環(huán)氧樹(shù)脂等樹(shù)脂材料中高濃度填充Al2O3而制成，由于填充了 Al2O3可有效的提聞上絕緣層20的熱導(dǎo)率，進(jìn)一步提聞了智能功率I旲塊的散熱能力。上絕緣層20的熱導(dǎo)率優(yōu)選為2. Off/m -k,以保證上絕緣層20的膨脹系數(shù)與密封樹(shù)脂80相匹配，防止了上絕緣層20因受熱而脫落。在上述實(shí)施例中，下絕緣層60采用在環(huán)氧樹(shù)脂等樹(shù)脂材料中高濃度填充BN而制成，由于填充了 BN可有效的提高下絕緣層60的熱導(dǎo)率，進(jìn)一步提高了智能功率模塊的散熱能力。下絕緣層60的熱導(dǎo)率優(yōu)選為5. Off/m-k,以保證下絕緣層60的膨脹系數(shù)與密封樹(shù)脂80相匹配，防止了下絕緣層60因受熱而脫落。在上述實(shí)施例中，智能功率模塊還包括若干用于在若干電路元件10、電路布線層30，以及鋁基板10之間建立電連接的金屬線90。該金屬線90優(yōu)選為鋁線、金線或銅線。在上述實(shí)施例中，上絕緣層20上設(shè)有至少一露出孔21，該露出孔21用于供金屬線90穿過(guò)，以電連接電路布線層30與鋁基板10或電路元件40。該露出孔21設(shè)置在與電路布線層30的地電位靠近的位置，其深度需貫穿上絕緣層20使鋁基板10露出。該露出孔21優(yōu)選地設(shè)置在電路布線層30的地電位邊緣的O. 5mm處。本發(fā)明進(jìn)一步還提出一種智能功率模塊的制作方法。
參照?qǐng)D3，圖3為本發(fā)明智能功率模塊的制作方法的流程示意圖。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，智能功率模塊的制作方法，包括步驟S10，分別在鋁基板的上下表面形成上絕緣層和下絕緣層；根據(jù)需要的電路布局準(zhǔn)備大小合適的鋁基板，優(yōu)選采用64mmX30mm的鋁基板，在其上表面設(shè)置上絕緣層，并在上絕緣層鉆鑿至少一露出孔，該露出孔的形成可通過(guò)前端平坦的銑刀高速旋轉(zhuǎn)而形成。由于該露出孔用于將鋁基板與地電位連接，所以露出孔的位置應(yīng)與電路布線層的地電位接近，但又不能過(guò)近，否則鉆孔時(shí)容易損傷到電路布線層，優(yōu)選地將露出孔邊緣與電路布線層的地電位邊緣的最短距離控制在O. 5_。該露出孔的深度以剛好貫穿上絕緣層為佳，如果太深，可能會(huì)造成綁線時(shí)綁頭無(wú)法下探。由于上絕緣層較為堅(jiān)固，因此銑刀的磨損較快。且露出孔直徑越小的銑刀磨損越顯著。因此在批量生產(chǎn)時(shí)，最好使用直徑較粗的銑刀，以降低生產(chǎn)成本。另外，要兼顧到鋁基板的小型化，銑刀的直徑不宜太粗，以減小露出孔的面積。故優(yōu)選采用直徑為Φ1. 5_的銑刀形成露出孔。既可減小露出孔的占有面積，又可大幅減小銑刀的磨損，從而提高生產(chǎn)性。通過(guò)涂裝、壓合等方法，將處于軟化態(tài)的下絕緣層形成于鋁基板的下表面，由于軟化態(tài)的下具有一定的流動(dòng)性，容易在鋁基板的下表面均勻分布，但其流動(dòng)性不宜過(guò)強(qiáng)，否則難以成型，優(yōu)選采用鱗片狀的BN填料，使其在常溫下處于半固化狀態(tài)，在后續(xù)的加熱中進(jìn)入熔融態(tài)，冷卻后形成固化態(tài)。此時(shí)所形成的下絕緣層的大小應(yīng)比散熱板稍大，但比鋁基板稍小。步驟S20，在上絕緣層上形成電路布線層； 在上絕緣層的上表面粘貼有作為電路布線層。該電路布線優(yōu)選采用銅制成。步驟S30，在電路布線層上安裝若干電路元件和引腳；首先，通過(guò)焊錫等焊料將電路元件和引腳安裝在電路布線層的規(guī)定位置。其次，通過(guò)壓焊的方式將引腳 與電路布線層連接在一起。壓焊頭的焊接溫度優(yōu)選為300°C，保證錫膏充分融化，壓焊時(shí)間不應(yīng)超過(guò)5秒，保證鋁基板是被局部加熱。最后，利用金屬線進(jìn)行電路元件和電路布線層的綁線連接，利用金屬線使鋁基板與地電位的綁線連接，該金屬線優(yōu)選為鋁線、金線或銅線。步驟S40，在下絕緣層上設(shè)置散熱板；在下絕緣層上設(shè)置散熱板，或是在散熱板上形成下絕緣層，其作用和效果相同，在此不再贅述。步驟S50，封裝鋁基板、上絕緣層、電路布線層、若干電路元件和引腳，以及下絕緣層。首先，在無(wú)氧環(huán)境中對(duì)鋁基板進(jìn)行烘烤，烘烤時(shí)間不應(yīng)小于2小時(shí)，烘烤溫度優(yōu)選為125°C，以去除鋁基板和電氣元件表面附著的水氣；在無(wú)氧環(huán)境條件下加熱，以防止鋁基板和電氣元件表面氧化。其次，將鋁基板、上絕緣層、電路布線層、若干電路元件、引腳、下絕緣層以及散熱板形成的整體至于模具中，并進(jìn)行定位。最后，注澆密封樹(shù)脂，冷卻，最終完成封裝。封裝完成后根據(jù)使用長(zhǎng)度的需要對(duì)引腳切斷成型。上述步驟S40可在步驟SlO與步驟S50之間任意一步驟之前或之后完成，優(yōu)選為與步驟SlO同時(shí)進(jìn)行或在步驟SlO之后完成。本發(fā)明智能功率模塊的制作方法通過(guò)采用在封裝前處于軟化態(tài)的下絕緣層，其流動(dòng)性可保證在鋁基板和散熱板間的均勻性，又因?yàn)橄陆^緣層的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于密封樹(shù)脂，所以對(duì)其厚度控制并沒(méi)有非常嚴(yán)格的要求，大幅降低了模制設(shè)備的工藝難度，并且無(wú)需用到上模頂針、下模夾持裝置等特殊結(jié)構(gòu)，模制時(shí)也未對(duì)電路布線、電路元件等位置提出要求，降低了智能功率模塊的制造成本和設(shè)計(jì)成本，提高了智能功率模塊的成品率。在上述實(shí)施例中，通過(guò)傳遞?；蜃⑷肽５姆绞椒庋b鋁基板、上絕緣層、電路布線層、若干電路元件和引腳，以及下絕緣層。圖4為本發(fā)明智能功率模塊的制作方法中形成電路布線層的流程示意圖；在上述實(shí)施例中，步驟S20具體包括步驟S21，在上絕緣層上粘貼銅箔；在上絕緣層的上表面粘貼銅箔。步驟S22，蝕刻銅箔，形成電路布線層。根據(jù)電路布圖蝕刻銅箔，局部地除去被蝕刻掉的銅箔，形成電路布線層。參照?qǐng)D5，圖5為本發(fā)明智能功率模塊的制作方法另一實(shí)施例的流程示意圖?；谏鲜鰧?shí)施例，在步驟SlO之前還包括步驟S60，對(duì)鋁基板的上下表面進(jìn)行防蝕處理。分別對(duì)鋁基板的上下表面進(jìn)行防蝕處理，防止鋁基板被腐蝕，以提高鋁基板的使用壽命。圖6為本發(fā)明智能功率模塊的制作方法又一實(shí)施例的流程示意圖。在上述實(shí)施例中，在步驟S30之前還包括步驟S70，預(yù)熱鋁基板和電路布線層。首先，將鋁基板和電路布線層放置在一個(gè)發(fā)熱的平面上進(jìn)行預(yù)熱，發(fā)熱平面溫度不能太低，否則起不到預(yù)熱的效果，也不能太高，否則會(huì)使已經(jīng)焊接好的錫融化，優(yōu)選為100°C。然后，將引腳準(zhǔn)備與電路布線層接觸的部分粘上錫膏，為了提高焊接質(zhì)量，有時(shí)候還會(huì)粘上助焊劑，并放置在適當(dāng)位置。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種智能功率模塊，包括一鋁基板，該鋁基板上表面設(shè)有一上絕緣層，在該上絕緣層上設(shè)有一電路布線層，該電路布線層上設(shè)有若干電路元件和引腳，其特征在于，所述鋁基板下表面設(shè)有一下絕緣層，該下絕緣層上設(shè)有一散熱板，所述鋁基板、上絕緣層、電路布線層、 若干電路元件和引腳，以及下絕緣層被封裝在密封樹(shù)脂內(nèi)，其中，所述引腳貫穿所述密封樹(shù)脂并向外延伸，所述散熱板的側(cè)面被所述密封樹(shù)脂封裝，所述散熱板的下表面裸露。
2.如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述上絕緣層采用在環(huán)氧樹(shù)脂材料中填充Al2O3而制成，所述上絕緣層的導(dǎo)熱率為2. Off/m · k。
3.如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述下絕緣層采用在環(huán)氧樹(shù)脂材料中填充BN而制成，所述下絕緣層的導(dǎo)熱率為5. Off/m · k。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的智能功率模塊，其特征在于，還包括若干用于在所述電路元件、電路布線層，以及鋁基板之間建立電連接的金屬線。
5.如權(quán)利要求4所述的智能功率模塊，其特征在于，所述上絕緣層上設(shè)有至少一用于供所述鋁基板與電路布線層或電路元件建立電連接的露出孔。
6.一種智能功率模塊的制作方法，其特征在于，包括分別在鋁基板的上下表面形成上絕緣層和下絕緣層；在所述上絕緣層上形成電路布線層，并在所述電路布線層上安裝若干電路元件和引腳；在所述下絕緣層上設(shè)置散熱板；封裝所述鋁基板、上絕緣層、電路布線層、若干電路元件和引腳，以及下絕緣層。
7.如權(quán)利要求6所述的智能功率模塊的制作方法，其特征在于，通過(guò)傳遞?；蜃⑷肽５姆绞椒庋b所述鋁基板、上絕緣層、電路布線層、若干電路元件和引腳，以及下絕緣層。
8.如權(quán)利要求7所述的智能功率模塊的制作方法，其特征在于，所述在鋁基板的上下表面分別形成上絕緣層和下絕緣層的步驟之前還包括對(duì)所述鋁基板的上下表面進(jìn)行防蝕處理。
9.如權(quán)利要求8所述的智能功率模塊的制作方法，其特征在于，所述在所述上絕緣層上形成電路布線層的步驟具體包括在所述上絕緣層上粘貼銅箔；蝕刻所述銅箔，形成所述電路布線層。
10.如權(quán)利要求9所述的智能功率模塊的制作方法，其特征在于，所述在所述電路布線層上安裝若干電路元件和引腳的步驟之前包括預(yù)熱所述鋁基板和電路布線層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種智能功率模塊及其制作方法，包括一鋁基板，該鋁基板上表面設(shè)有一上絕緣層，在該上絕緣層上設(shè)有一電路布線層，該電路布線層上設(shè)有若干電路元件和引腳，鋁基板下表面設(shè)有一下絕緣層，該下絕緣層上設(shè)有一散熱板，所述鋁基板、上絕緣層、電路布線層、若干電路元件和引腳，以及下絕緣層被封裝在密封樹(shù)脂內(nèi)，引腳貫穿密封樹(shù)脂并向外延伸，散熱板的側(cè)面被密封樹(shù)脂封裝，其下表面裸露。本發(fā)明通過(guò)增設(shè)的散熱板可提高散熱性能。由于下絕緣層和散熱板的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于密封樹(shù)脂，因此在智能功率模塊正常工作時(shí)內(nèi)部器件的溫度遠(yuǎn)低于現(xiàn)行品，使智能功率模塊同時(shí)具有較高的抗噪能力和散熱性能，大幅提高了智能功率模塊的工作穩(wěn)定性和使用壽命。
文檔編號(hào)H01L21/56GK103050470SQ201210576069
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者馮宇翔 申請(qǐng)人:廣東美的電器股份有限公司