本發(fā)明涉及一種智能功率模塊，具體涉及一種通過傳遞模形式進行封裝的大功率智能功率模塊及其制造方法。

背景技術(shù)：

智能功率模塊，即ipm（intelligentpowermodule），是一種將電力電子和集成電路技術(shù)結(jié)合的功率驅(qū)動類產(chǎn)品。智能功率模塊把功率開關(guān)器件和高壓驅(qū)動電路集成在一起，并內(nèi)藏有過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路。智能功率模塊一方面接收mcu的控制信號，驅(qū)動后續(xù)電路工作，另一方面將系統(tǒng)的狀態(tài)檢測信號送回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)勢贏得越來越大的市場，尤其適合于驅(qū)動電機的變頻器及各種逆變電源，是變頻調(diào)速，冶金機械，電力牽引，伺服驅(qū)動，變頻家電的一種理想電力電子器件。

參照圖1至圖3說明現(xiàn)有智能功率模塊100的結(jié)構(gòu)。圖1是所述智能功率模塊100的俯視圖，圖2是圖1的x-x’線剖面示意圖。

所述智能功率模塊100具有如下結(jié)構(gòu)，其包括：電路基板106；設(shè)于所述電路基板106表面上的絕緣層107上形成的所述電路布線108；被固定在所述電路布線108上的電路元件104；連接電路元件104和所述電路布線108的金屬線105；與所述電路布線108連接的引腳101，所述引腳101邊緣存在未電鍍的缺口103，其余部分被電鍍層覆蓋；所述智能功率模塊100的整體被密封樹脂102密封。另外，有時也在使所述鋁基板106的背面露出到外部的狀態(tài)下進行密封。

所述智能功率模塊100的制造方法是：

將鋁材形成適當(dāng)大小作為所述電路基板106，在所述電路基板106表面上設(shè)置所述絕緣層107并在所述絕緣層107上形成銅箔，通過刻蝕使銅箔形成所述電路布線108；

在所述電路布線108的特定位置涂裝錫膏；

將銅材形成適當(dāng)形狀，并進行表面鍍層處理，作為所述引腳101，為了避免所述電路元件104在后續(xù)加工工序中被靜電損傷，所述引腳101的特定位置通過加強筋109相連，如圖3所示；

在錫膏上放置所述電路元件104和所述引腳101；

通過回流焊使錫膏固化，所述電路元件104和所述引腳101固定在所述電路布線108上；

通過噴淋、超聲等清洗方式，清除殘留在所述電路基板106上的助焊劑；

通過邦定線，使所述電路元件104和所述電路布線108間形成連接；

通過使用熱塑性樹脂的注入模模制或使用熱硬性樹脂的傳遞模模制方式，將上述要素密封；

將所述引腳101的加強筋109切除并形成所需的形狀，在此，所述加強筋109被切除后，通過測試設(shè)備進行必要的測試，測試合格者就成為所述智能功率模塊100。

智能功率模塊一般會工作在惡劣的工況中，如變頻空調(diào)的室外機，高溫高濕的狀態(tài)下，高溫會使智能功率模塊內(nèi)部溫度升高，對于現(xiàn)行智能功率模塊被所述密封樹脂102完全密封的結(jié)構(gòu)，智能功率模塊內(nèi)部非常容易產(chǎn)生熱積聚，高濕會使水氣通過所述密封樹脂102的分子間間隙進入智能功率模塊的內(nèi)部電路，智能功率模塊內(nèi)部的高溫使離子，特別是氯離子和溴離子在水氣的作用下發(fā)生遷移，對電路產(chǎn)生腐蝕，因為智能功率模塊被所述密封樹脂102完全包裹，這個過程會因為智能功率模塊的持續(xù)工作而持續(xù)疊加，最終使智能功率模塊的電路中的布線108甚至電路元件104中的電路發(fā)生微短路，對智能功率模塊構(gòu)成致命破壞，嚴(yán)重時會使智能功率模塊發(fā)生爆炸事故，對其應(yīng)用環(huán)境構(gòu)成損害，造成重大經(jīng)濟損失。

另外，為了盡量提高全包封結(jié)構(gòu)的散熱性，如圖2，智能功率模塊的下表面的密封樹脂的厚度需要控制得非常薄，對工藝參數(shù)要求很高，導(dǎo)致智能功率模塊的生產(chǎn)良率難以提高，成本居高不下，影響了智能功率模塊的普及應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種高可靠性的智能功率模塊結(jié)構(gòu)，使智能功率模塊具有更良好的散熱環(huán)境和水氣進出通道，并降低智能功率模塊的成本。

本發(fā)明的另一發(fā)明目的是提供一種適應(yīng)此種結(jié)構(gòu)的制備方法。

為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種智能功率模塊，包括：

由電路布線構(gòu)成的載體；

配置在所述電路布線上表面的電路元件；

用于連接電路布線及電路元件的金屬線；

配置在電路布線邊緣，與電路布線連接并向外延伸的作為輸入輸出的金屬引腳，引腳上覆蓋有鍍層；

通過樹脂覆蓋電路布線的上表面、電路元件、金屬線；

通過樹脂至少將引腳與電路布線的連接部分密封，并且向外延伸的引腳至少有一部分未被樹脂密封而露出；

電路布線的下表面完全從樹脂中露出。

一種智能功率模塊的制造方法，包括：

在金屬基材上形成電路布線；

在金屬材料表面進行形成鍍層處理制成引腳；

將所述電路布線通過具有配合的凹陷的底板固定；

在所述電路布線的待安裝電路元件和引腳的位置涂裝錫膏；

在錫膏上放置所述電路元件和所述引腳；

通過回流焊使錫膏固化；

清除殘留在所述金屬鋁基板上的助焊劑和鋁屑；

通過邦定線，使所述電路元件和所述電路布線間形成連接；

通過使用熱塑性樹脂的注入模模制或使用熱硬性樹脂的傳遞模模制方式，將上述要素密封；

將所述引腳切斷并形成所需的形狀；

將所述電路布線從所述底板中取出，獲得智能功率模塊。

上述技術(shù)方案中，所述金屬基材為厚度大于4盎司的銅材。

所述底板為表面光滑的耐高溫鋼材。

所述底板上的凹陷的圖形與所述電路布線形狀一致但比所述電路布線稍寬，所述凹陷的深度比所述電路布線的厚度淺。

優(yōu)選的技術(shù)方案，通過噴淋或超聲清洗方式清除殘留在所述金屬鋁基板上的助焊劑和鋁屑。

由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：

1、本發(fā)明不再需要金屬基板，通過可重復(fù)利用的底板固定電路布線進行加工，通過樹脂進行最后固定，節(jié)省了成本，將電路布線完全露出在樹脂外面，最大限度提高散熱效果，電路布線間的間隙完全暴露，濕氣難以附著。

2、本發(fā)明在制備過程中通過底座進行定位，降低了塑封時定位的難度，底部完全露出，降低了注膠時上下表面厚度懸殊對參數(shù)控制的難度，使智能功率模塊的制造難度大幅下降，制造良率得到提高，進一步降低了智能功率模塊的成本。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中智能功率模塊的俯視圖；

圖2是圖1的x-x’線剖面示意圖；

圖3是圖1中引腳加強筋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是實施例中智能功率模塊的上表面俯視圖；

圖5是沿圖4的x-x’線的截面示意圖（旋轉(zhuǎn)90°）；

圖6是圖5中去除部分密封樹脂后的示意圖；

圖7是智能功率模塊的下表面示意圖；

圖8是實施例中的電路布線示意圖；

圖9是制作引腳的銅基材的示意圖；

圖10是引腳的示意圖；

圖11是實施例中的底板示意圖；

圖12是裝配電路元件和引腳后的側(cè)視圖；

圖13是裝配電路元件和引腳后的俯視圖；

圖14是邦線連接后的側(cè)視圖；

圖15是邦線連接后的俯視圖；

圖16是使用模具由密封樹脂密封被電路布線的工序的剖面圖；

圖17是成型產(chǎn)品示意圖；

圖18是實施例中的制備工序圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述：

實施例：一種智能功率模塊，其結(jié)構(gòu)參見附圖4、圖5、圖6、圖7所示。本發(fā)明的智能功率模塊10具有電路布線18、電路元件14、金屬線15構(gòu)成的電路，配置在所述電路布線18邊緣18a的引腳11，和密封該電路且完全覆蓋所述電路元件14、所述金屬線15和所述電路布線18上表面的密封樹脂12。

圖4是智能功率模塊的上表面俯視圖，圖5是沿圖4的x-x’線的截面示意圖（旋轉(zhuǎn)90°），圖6是去掉覆蓋所述電路元件14、所述金屬線15的部分密封樹脂后、露出所述電路布線18的俯視圖，圖7是本發(fā)明的智能功率模塊10的下表面示意圖。

以下說明各構(gòu)成要素。

所述電路布線18由厚度為5盎司以上的銅材通過沖壓或刻蝕的形式制作而成，為了防止氧化，所述電路布線18的上表面可以進行鍍金處理，為了成本，所述電路布線18的上表面也可以進行鍍銀處理，或者通過真空或充氮包裝進行運輸，上表面不作處理。

在此，所述電路布線18的至少一個邊緣上，有用于配置下述引腳11的特殊的電路布線，稱為焊盤18a。

所述電路元件14被固定在所述電路布線18上。所述電路元件14采用晶體管或二極管等有源元件、或者電容或電阻等無源元件。另外，也可以通過由銅等制成的散熱器將功率元件等發(fā)熱量大的元件固定在所述電路布線18上。在此，面朝上安裝的有源元件等通過金屬線15與電路布線18連接。

所述引腳11被固定在所述焊盤18a上。

在此，設(shè)計成一邊上設(shè)有多條引腳11，其具有例如與外部進行輸入、輸出的作用。引腳11和焊盤18a通過焊錫等導(dǎo)電電性粘結(jié)劑焊接。

所述引腳11一般采用銅等金屬制成，銅表面通過化學(xué)鍍和電鍍形成一層鎳錫合金層，合金層的厚度一般為5μm，鍍層可保護銅不被腐蝕氧化，并可提高可焊接性。

所述金屬線15可以是鋁線、金線或銅線，通過邦定使各電路元件14之間、各電路布線18之間、電路元件14與電路布線18之間建立電連接關(guān)系，有時還用于使所述電路基板16或引腳11和所述電路布線18或所述電路元件14之間建立電連接關(guān)系。

所述樹脂12可通過傳遞模方式使用熱硬性樹脂模制也可使用注入模方式使用熱塑性樹脂模制。在此，所述樹脂12完全密封所述電路布線18的一面上的所有元素，并包裹所述電路布線18的大部分深度，只露出小部分深度18b，18b這深度一般可以考慮設(shè)計成0.5盎司左右，如果18b過小，可能會造成本發(fā)明的智能功率模塊10后續(xù)焊接固定過程中難以被錫膏等焊料包裹，如果18b過大，可能會造成本發(fā)明的智能功率模塊10后續(xù)焊接固定過程中錫膏的爬錫高度不能完全包裹18b。

本發(fā)明智能功率模塊10的制造方法包括：形成包括所述焊盤18a在內(nèi)的所述電路布線18的工序；制成帶鍍層的引腳11的工序；在電路布線18連接電路元件14、在焊盤18a連接引腳11的工序；清洗的工序；用金屬線15連接所述電路元件14和所述電路布線16的工序；烘烤并模制的工序；對引腳11進行成型的工序；功能測試的工序。工序圖如圖18所示。

以下說明的各工序的詳細情況。

第一工序：

參照圖8，本工序是在大小合適的銅基板上形成電路布線的工序。

首先，參照圖8，根據(jù)需要的電路布局設(shè)計，對于一般的智能功率模塊，電路布局不應(yīng)大于64mm×30mm。制造出合適的沖壓模具沖壓出特定的形狀。也可通過鑼刀使用高速鋼作為材質(zhì)，馬達使用5000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速，鑼刀與鋁材平面呈直角下刀行程特定的形狀。也可通過蝕刻工具，通過化學(xué)反應(yīng)刻蝕出特定的形狀。

在此，這個特定形狀就是所述電路布線18。

在對抗氧化要求很高的場合，可以通過電鍍金或化學(xué)沉金的方式，在所述電路布線18表面形成金層。

用于制造所述電路布線18的銅板的厚度應(yīng)該不小于5盎司，保證能與后續(xù)的所述樹脂12有更大的接觸面積，使所述智能功率模塊10成品有更強的固定效果。

第二工序：

制成獨立的帶鍍層的引腳11。

每個引腳11都是用銅基材，制成長度c為25mm，寬度k為1.5mm，厚度h為1mm的長條狀，如圖9所示；在此，為便于裝配，在其中一端壓制出一定的弧度，如圖10所示。

然后通過化學(xué)鍍的方法形成鎳層：通過鎳鹽和次亞磷酸鈉混合溶液，并添加了適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑，在已形成特定形狀的銅材表面形成鎳層，在金屬鎳具有很強的鈍化能力，能迅速生成一層極薄的鈍化膜，能抵抗大氣、堿和某些酸的腐蝕。鍍鎳結(jié)晶極細小，鎳層厚度一般為0.1μm。

接著通過酸性硫酸鹽工藝，在室溫下將已形成形狀和鎳層的銅材浸在帶有正錫離子的鍍液中通電，在鎳層表面形成形成鎳錫合金層，鎳層厚度一般控制在5μm，鎳層的形成極大提高了保護性和可焊性。

由此制備獲得所述引腳11。

在此，本發(fā)明的所述引腳11是一個個單獨的引腳，不同于現(xiàn)行技術(shù)的整排引腳，因為所述引腳11被固定在的所述電路布線18僅通過樹脂部分包裹固定，抗沖擊強度有限，單獨的引腳避免了切除加強筋的工序，能夠降低對本發(fā)明的智能功率模塊10的系統(tǒng)性沖擊。

第三工序：

在底板16上配置所述電路布線18，并在所述電路布線18表面裝配所述電路元件14和所述引腳11。

首先，制作出如圖11的底板16，所述底板16可以使用高強度的不銹鋼制作而成，在所述底板16的表面，有根據(jù)所述電路布線16形狀挖出的凹陷17，所述凹陷17的寬度略大于對應(yīng)的所述電路布線18的寬度，所述凹陷17的深度約為0.5盎司。

其次，參照側(cè)視圖圖12和俯視圖圖13，將制作好的電路布線18放置在所述底座16的對應(yīng)所述凹陷處，并通過錫膏印刷機，使用鋼網(wǎng)，對所述電路布線18的特定位置進行錫膏涂裝，鋼網(wǎng)可使用0.13mm的厚度。通過smt機或da機等設(shè)備，進行電路元件14和引腳11的安裝，所述電路元件14可直接放置在所述電路布線18的特定位置，而引腳11則一端要安放在所述焊盤18a上，另一端需要載具20進行固定，所述載具20通過合成石等材料制成。

然后，放于所述載具20上的所述電路基板16通過回流焊，錫膏固化，所述電路元件14和所述引腳11被固定。

第四工序：

清洗所述電路基板16并進行邦線連接，使所述電路元件14和所述電路布線18形成起電連接作用的金屬線15。

首先將固定在所述底座16上的所述電路布線18放入清洗機中進行清洗，將回流焊時殘留的松香等助焊劑及沖壓時殘留的鋁線等異物洗凈，根據(jù)所述電路元件14在所述電路布線18的排布密度，清洗可通過噴淋或超聲或兩者結(jié)合的形式進行。清洗時，通過機械臂夾持所述底座16，將所述底座16置于清洗槽中進行清洗；

其次，通過在所述電路元件14和所述電路布線18的特定位置邦定一定直徑的金屬線15形成電連接，在此，金屬線15的粗細應(yīng)根據(jù)邦定點的大小、所需的同流能力、元器件的可加工性等綜合考慮，一般地，單根金屬線的直徑不應(yīng)大于400μm，不應(yīng)小于15μm，對于功率器件的連接，可考慮使用多根400μm的鋁線并聯(lián)邦定，對于功能器件的連接，可考慮使用單根38μm的鋁線進行邦定，如圖14的側(cè)視圖和圖15的俯視圖所示。

第五工序：

由密封樹脂12密封電路布線18。圖16表示使用模具50由密封樹脂12密封被所述底座16承載的電路布線18的工序的剖面圖。

首先，在無氧環(huán)境中對電路布線18進行烘烤，烘烤時間不應(yīng)小于2小時，烘烤溫度和選擇125℃。

將配置好所述電路基板18的所述底座16搬送到模型44及45。通過使引腳11的特定部分與固定裝置46接觸，進行所述電路基板16的定位。

合模時，在形成于模具50內(nèi)部的模腔中放置電路基板16，然后由澆口53注入密封樹脂12。進行密封的方法可采用使用熱硬性樹脂的傳遞模模制或使用熱硬性樹脂的注入模模制。而且，對應(yīng)自澆口53注入的密封樹脂12模腔內(nèi)部的氣體通過排氣口54排放到外部。

第六工序：

進行所述引腳11成型和模塊功能測試，智能功率模塊經(jīng)由此工序完成制作。

參見圖17，在前工序即傳遞模模裝工序使除引腳11以外的其他部分都被樹脂12密封。本工序根據(jù)使用的長度和形狀需要，例如，在虛線51的位置將外部引腳11折彎成一定形狀，便于后續(xù)裝配。

然后將模塊放入測試設(shè)備中，進行常規(guī)的電參數(shù)測試，因為所述引腳11相互獨立，成型后可能會有部分引腳不在同一水平面上，影響接觸，所以一般需要先進行測試機金手指與引腳的接觸測試，如果接觸測試不通過，需要對所述引腳11進行修調(diào)處理，直到接觸測試通過后，再進行電氣特性測試，包括絕緣耐壓、靜態(tài)功耗、遲延時間等測試項目，測試合格者為成品。

利用上述工序，獲得智能功率模塊。