智能功率模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種智能功率模塊，包括：本體、功率器件、高壓集成電路、采樣電阻以及隔熱件，本體包括依次疊置的金屬層、絕緣層和電路層；功率器件、高壓集成電路和采樣電阻彼此間隔開地設(shè)在本體上且位于電路層側(cè)，金屬層上形成有第一和第二隔離槽，第一隔離槽在電路層上的投影環(huán)繞高壓集成電路，第二隔離槽在電路層上的投影環(huán)繞采樣電阻；隔熱件填充在第一隔離槽和第二隔離槽內(nèi)。根據(jù)本實(shí)用新型的智能功率模塊，溫度不易從高溫的功率器件區(qū)域傳遞到非功率區(qū)域，從而不會(huì)影響到其它器件例如高壓集成電路、采樣電阻的工作環(huán)境，有效地保證了高壓集成電路、采樣電阻能夠正常工作，而不會(huì)出現(xiàn)壽命衰減或參數(shù)衰減的情況。
【專利說明】智能功率模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電子器件【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種智能功率模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]相關(guān)技術(shù)中指出，IPM(Intelligent Power Module)模塊，即智能功率模塊,其內(nèi)部集成了功率器件、驅(qū)動(dòng)芯片、采樣電阻、其它IC(Integrated Circuit,集成電路)等器件。功率器件由于長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行開關(guān)工作以及長(zhǎng)時(shí)間有大電流通流，因此功率器件比其它器件發(fā)熱大，且功率器件發(fā)熱通過熱傳導(dǎo)直接影響到其它器件的工作環(huán)境，使其它器件也長(zhǎng)時(shí)間在高溫下工作，從而驅(qū)動(dòng)芯片、采樣電阻等器件長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下工作會(huì)加快壽命衰減或參數(shù)衰減。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出一種智能功率模塊，所述智能功率模塊上的高溫的功率器件不會(huì)影響到其它器件例如高壓集成電路、采樣電阻的工作環(huán)境。
[0004]根據(jù)本實(shí)用新型的智能功率模塊，包括:本體，所述本體包括依次疊置的金屬層、絕緣層和電路層；功率器件、高壓集成電路和采樣電阻，所述功率器件、高壓集成電路和采樣電阻彼此間隔開地設(shè)在所述本體上且位于所述電路層側(cè)，其中所述金屬層上形成有第一隔離槽和第二隔離槽，所述第一隔離槽在所述電路層上的投影環(huán)繞所述高壓集成電路，所述第二隔離槽在所述電路層上的投影環(huán)繞所述采樣電阻；以及隔熱件，所述隔熱件填充在所述第一隔離槽和所述第二隔離槽內(nèi)。
[0005]根據(jù)本實(shí)用新型的智能功率模塊，通過在金屬層上設(shè)置第一隔離槽和第二隔離槽，并在第一隔離槽和第二隔離槽內(nèi)填充隔熱件，使得溫度不易從高溫的功率器件區(qū)域傳遞到非功率區(qū)域，從而不會(huì)影響到其它器件例如高壓集成電路、采樣電阻的工作環(huán)境，有效地保證了高壓集成電路、采樣電阻能夠正常工作，而不會(huì)出現(xiàn)壽命衰減或參數(shù)衰減的情況。
[0006]可選地，所述第一隔離槽和所述第二隔離槽均形成為盲孔，且所述盲孔的開口端貫穿所述金屬層的遠(yuǎn)離所述電路層的一側(cè)表面。
[0007]進(jìn)一步可選地，所述第一隔離槽和所述第二隔離槽的底壁與所述金屬層的鄰近所述電路層的一側(cè)表面之間的距離為0.01?0.1mm。
[0008]進(jìn)一步可選地，所述隔熱件的遠(yuǎn)離所述電路層的一側(cè)表面與所述金屬層的遠(yuǎn)離所述電路層的一側(cè)表面平齊。
[0009]或者可選地，所述第一隔離槽和所述第二隔離槽均貫穿所述金屬層。
[0010]可選地，所述高壓集成電路和所述采樣電阻均與所述功率器件在所述本體的縱向上彼此間隔開。
[0011]進(jìn)一步可選地，所述高壓集成電路和所述采樣電阻在所述本體的橫向上彼此間隔開，所述第一隔離槽和所述第二隔離槽彼此連通。
[0012]可選地，所述第一隔離槽和所述第二隔離槽采用機(jī)械加工、激光或化學(xué)蝕刻的方式加工而成。
[0013]可選地，所述隔熱件為環(huán)氧樹脂件或酚醛樹脂件。
[0014]本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0016]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的智能功率模塊的示意圖；
[0017]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的智能功率模塊的剖面圖；
[0018]圖3是圖2中所示的智能功率模塊的俯視圖；
[0019]圖4是根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的智能功率模塊的剖面圖；
[0020]圖5是圖4中所示的智能功率模塊的俯視圖；
[0021]圖6a-圖6c是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的智能功率模塊的加工過程示意圖。
[0022]附圖標(biāo)記:
[0023]100:智能功率模塊；
[0024]1:本體；11:金屬層；111:第一隔離槽；112:第二隔離槽；
[0025]12:絕緣層；13:電路層；
[0026]2:功率器件；21:功率器件島；3:高壓集成電路；31:高壓集成電路島；
[0027]4:采樣電阻；41:采樣電阻島；
[0028]5:隔熱件。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0030]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0031]此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0032]在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。
[0033]下面參考圖1-圖6描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的智能功率模塊100，智能功率模塊100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，它把功率開關(guān)器件和高壓驅(qū)動(dòng)電路集成在一個(gè)封裝內(nèi)，并且包含過流、欠壓、過熱等故障檢測(cè)電路。智能功率模塊100—方面接收MCU (Micro Control Unit,即微控制單元)的控制信號(hào),驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)工作，另一方面將系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)送回MCU。由于智能功率模塊100具有高集成度，高可靠性等優(yōu)勢(shì)，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的電力電子器件。
[0034]如圖1和圖2所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的智能功率模塊100，包括本體1、功率器件2、高壓集成電路(即High Voltage Integrated Circuit,簡(jiǎn)稱HVIC) 3、采樣電阻4以及隔熱件5。
[0035]參照?qǐng)D2和圖4，本體I包括依次疊置的金屬層11、絕緣層12和電路層13，也就是說，絕緣層12位于金屬層11和電路層13之間，從而將金屬層11和電路層13隔離開，功率器件2、高壓集成電路3和采樣電阻4彼此間隔開地設(shè)在本體I上，且功率器件2、高壓集成電路3和采樣電阻4均位于電路層13側(cè)，換言之，功率器件2、高壓集成電路3和采樣電阻4布置在電路層13上。其中，電路層13可以為多個(gè)，多個(gè)電路層13彼此間隔開地設(shè)在絕緣層12的背離金屬層11的一側(cè)(例如，圖2和圖4中的下側(cè))，功率器件2、高壓集成電路3和采樣電阻4可以分別連接在對(duì)應(yīng)的電路層13上。
[0036]其中，金屬層11上形成有第一隔離槽111和第二隔離槽112，如圖3和圖5所示，第一隔離槽111在電路層13上的投影環(huán)繞高壓集成電路3，第二隔離槽112在電路層13上的投影環(huán)繞采樣電阻4，換言之，第一隔離槽111和第二隔離槽112將金屬層11劃分成三個(gè)獨(dú)立的“島”，即功率器件島21、高壓集成電路島31、采樣電阻島41，這三個(gè)島的對(duì)面是相應(yīng)的電路區(qū)域，功率器件2、高壓集成電路3和采樣電阻4分別安裝在這三個(gè)島對(duì)面的電路層13上。可以理解，第一隔離槽111和第二隔離槽112的深度可以根據(jù)金屬層11的厚度而定。
[0037]可選地，第一隔離槽111和第二隔離槽112可以采用機(jī)械加工、激光或化學(xué)蝕刻的方式加工而成，當(dāng)然，第一隔離槽111和第二隔離槽112還可以采用其它的方式加工成型，本實(shí)用新型對(duì)此不作具體限定。值得注意的是，采用機(jī)械加工例如銑刀、激光或化學(xué)蝕刻等方式加工第一隔離槽111和第二隔離槽112時(shí)，不能對(duì)絕緣層12造成損傷。
[0038]參照?qǐng)D6b和圖6c,第一隔尚槽111和第二隔尚槽112內(nèi)分別填充有隔熱件5,隔熱件5可以采用導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料制成，以阻止金屬層11的熱傳導(dǎo)。可選地，隔熱件5為環(huán)氧樹脂件或酚醛樹脂件，由于環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂的熱導(dǎo)率較低，從而可以有效地避免功率器件島21、高壓集成電路島31、采樣電阻島41之間的熱傳導(dǎo)，且由于環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂為熱固性材料，填充時(shí)，填充的材料例如環(huán)氧樹脂在加熱時(shí)軟化流動(dòng)，從而可以注入到第一隔離槽111和第二隔離槽112內(nèi)，環(huán)氧樹脂被加熱到一定溫度會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，即交聯(lián)反應(yīng)而固化變硬，從而在封裝過程中起到支撐作用，進(jìn)而保證了本體I的牢固性。
[0039]由于熱阻R= δ/(λΧΑ)，其中，δ為材料厚度，λ為材料導(dǎo)熱系數(shù)(即熱導(dǎo)率)，A為熱傳導(dǎo)橫截面積。將金屬層11用導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料例如環(huán)氧樹脂劃分為不同的區(qū)域(即功率器件島21、高壓集成電路島31、采樣電阻島41)，從而可以阻止本體I的熱傳導(dǎo)。
[0040]進(jìn)一步地，智能功率模塊100還可以包括驅(qū)動(dòng)芯片、IC等，為了避免高溫的功率器件2對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片、IC等的影響，同樣也可以采用上述方式對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片、IC等進(jìn)行隔熱設(shè)計(jì)，例如在金屬層11上對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)芯片、IC等的位置處分別設(shè)置隔離槽，并在隔離槽內(nèi)填充隔熱件5，以減小功率器件2的熱傳導(dǎo)?？梢岳斫?，驅(qū)動(dòng)芯片、IC等在本體I上的布置方式可以根據(jù)實(shí)際要求設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型對(duì)此不作具體限定。
[0041]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的智能功率模塊100，通過在金屬層11上設(shè)置第一隔離槽111和第二隔離槽112，并在第一隔離槽111和第二隔離槽112內(nèi)填充隔熱件5，使得溫度不易從高溫的功率器件2區(qū)域傳遞到非功率區(qū)域，從而不會(huì)影響到其它器件例如高壓集成電路3、采樣電阻4的工作環(huán)境，有效地保證了高壓集成電路3、采樣電阻4能夠正常工作，而不會(huì)出現(xiàn)壽命衰減或參數(shù)衰減的情況。
[0042]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，如圖4和圖6c所示，第一隔離槽111和第二隔離槽112均形成為盲孔，且盲孔的開口端(例如，圖4中的上端)貫穿金屬層11的遠(yuǎn)離電路層13的一側(cè)表面，相應(yīng)地，盲孔的封閉端(例如，圖4中的下端)與金屬層11的與絕緣層12相連的一側(cè)表面(例如，圖4中的下表面)在上下方向上間隔開一定距離。為了防止在機(jī)械加工時(shí)銑刀對(duì)絕緣層12造成損傷，盲孔的封閉端與金屬層11的下表面(即第一隔離槽111和第二隔離槽112的底壁與金屬層11的鄰近電路層13的一側(cè)表面)之間的距離為0.0lmm?0.1mm,其具體數(shù)值可以根據(jù)機(jī)械加工精度來確定。
[0043]當(dāng)然，本實(shí)用新型不限于此，根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，如圖2所示，第一隔離槽111和第二隔離槽112還可以均沿上下方向貫穿金屬層11，例如當(dāng)用模具掩蓋后采用化學(xué)蝕刻方式在金屬層11上蝕刻成槽時(shí)，在化學(xué)蝕刻對(duì)絕緣層12沒有影響的情況下，可以蝕刻到絕緣層12處，不留金屬層11。
[0044]在采用上述方式加工出第一隔離槽111和第二隔離槽112后，可以采用注膠機(jī)在對(duì)應(yīng)的槽(包括第一隔離槽111和第二隔離槽112)內(nèi)注入環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂，如圖6b所示，接著用烘箱加熱使樹脂固化，此時(shí)樹脂高出金屬層11的上表面，最后可以用機(jī)械研磨方式例如采用研磨機(jī)把注入的樹脂和金屬層11磨平，也就是說，隔熱件5的遠(yuǎn)離電路層13的一側(cè)表面與金屬層11的遠(yuǎn)離電路層13的一側(cè)表面平齊，如圖6c所示。
[0045]可選地，高壓集成電路3和采樣電阻4均與功率器件2在本體I的縱向(例如，圖1中的長(zhǎng)度方向)上彼此間隔開，由于金屬層11的縱向散熱比橫向往外散熱的熱阻大很多，因此智能功率模塊100熱平衡時(shí)，金屬層11的縱向上的各點(diǎn)溫度相差較大，從而高溫的功率器件2的溫度不易影響到其它器件例如高壓集成電路3和采樣電阻4的工作狀態(tài)。
[0046]進(jìn)一步地，如圖3和圖5所示，高壓集成電路3和采樣電阻4在本體I的橫向上彼此間隔開，這樣可以減小本體I的縱向尺寸，從而減小了本體I在縱向上的占用空間，第一隔離槽111和第二隔離槽112彼此連通，方便一次性填充隔熱件5，從而提高了智能功率模塊100的加工效率。當(dāng)然，第一隔離槽111和第二隔離槽112也可以彼此間隔開(圖未示出)。
[0047]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的智能功率模塊100，當(dāng)功率器件2由于長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行開關(guān)工作以及長(zhǎng)時(shí)間有大電流通流時(shí)，其發(fā)散出的熱量也不易通過金屬層11傳遞到高壓集成電路3和采樣電阻4等其它器件上，從而保證了高壓集成電路3和采樣電阻4等其它器件可以正常工作，進(jìn)而延長(zhǎng)了智能功率模塊100的使用壽命。
[0048]在本說明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0049]盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種智能功率模塊，其特征在于，包括: 本體，所述本體包括依次疊置的金屬層、絕緣層和電路層； 功率器件、高壓集成電路和采樣電阻，所述功率器件、高壓集成電路和采樣電阻彼此間隔開地設(shè)在所述本體上且位于所述電路層側(cè)，其中所述金屬層上形成有第一隔離槽和第二隔離槽，所述第一隔離槽在所述電路層上的投影環(huán)繞所述高壓集成電路，所述第二隔離槽在所述電路層上的投影環(huán)繞所述采樣電阻；以及 隔熱件，所述隔熱件填充在所述第一隔離槽和所述第二隔離槽內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述第一隔離槽和所述第二隔離槽均形成為盲孔，且所述盲孔的開口端貫穿所述金屬層的遠(yuǎn)離所述電路層的一側(cè)表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能功率模塊，其特征在于，所述第一隔離槽和所述第二隔離槽的底壁與所述金屬層的鄰近所述電路層的一側(cè)表面之間的距離為0.0l?0.1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能功率模塊，其特征在于，所述隔熱件的遠(yuǎn)離所述電路層的一側(cè)表面與所述金屬層的遠(yuǎn)離所述電路層的一側(cè)表面平齊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述第一隔離槽和所述第二隔離槽均貫穿所述金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的智能功率模塊，其特征在于，所述高壓集成電路和所述采樣電阻均與所述功率器件在所述本體的縱向上彼此間隔開。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能功率模塊，其特征在于，所述高壓集成電路和所述采樣電阻在所述本體的橫向上彼此間隔開，所述第一隔離槽和所述第二隔離槽彼此連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述第一隔離槽和所述第二隔離槽采用機(jī)械加工、激光或化學(xué)蝕刻的方式加工而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述隔熱件為環(huán)氧樹脂件或酚醛樹脂件。
【文檔編號(hào)】H01L23/04GK204179077SQ201420270010
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】潘志堅(jiān), 黃祥鈞, 馮宇翔 申請(qǐng)人:美的集團(tuán)股份有限公司