本發(fā)明屬于電子器件制造工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種智能功率模塊及其制造方法。

背景技術(shù)：

智能功率模塊(Intelligent Power Module，IPM)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。IPM把功率開關(guān)器件和高壓驅(qū)動(dòng)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(cè)電路。IPM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，IPM以其高集成度、高可靠性等優(yōu)勢(shì)贏得越來越大的市場(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。

智能功率模塊一般會(huì)工作在惡劣的工況中，如變頻空調(diào)的室外機(jī)，高溫高濕的狀態(tài)下，高溫會(huì)使智能功率模塊內(nèi)部溫度升高，對(duì)于現(xiàn)行智能功率模塊被所述密封樹脂完全密封的結(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(huì)使水氣通過所述密封樹脂與引腳之間的間隙進(jìn)入所述智能功率模塊的內(nèi)部電路，所述智能功率模塊內(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(duì)金屬線產(chǎn)生腐蝕，這種腐蝕往往出現(xiàn)在金屬線與電路元件或金屬線與所述電路布線的結(jié)合部，導(dǎo)致開路，對(duì)智能功率模塊構(gòu)成致命破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使智能功率模塊發(fā)生失控爆炸事故，對(duì)其應(yīng)用環(huán)境構(gòu)成損害，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

另外，智能功率模塊有不同功率的器件，對(duì)于不同功率的器件，金屬線的材質(zhì)和粗細(xì)各不相同，增加了智能功率模塊的加工難度，購(gòu)買不同的邦線設(shè)備還增加了加工成本，并且，多種邦線工藝的組合使所述智能功率模塊的制造直通率變低，生產(chǎn)良率難以提高。最終導(dǎo)致所述智能功率模塊的成本居高不下，影響了智能功率模塊的普及應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高可靠性的智能功率模塊及適應(yīng)此種結(jié)構(gòu)的工序流程作為制造方法，可在保證智能功率模塊有更良好接觸可靠性的同時(shí)降低了智能功率模塊的成本。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種智能功率模塊，包括：

作為載體、具有第一表面和與該第一表面相對(duì)的第二表面的基板；

設(shè)置于所述基板的第一表面的絕緣層；

形成于所述絕緣層表面的電路布線層；

倒扣并焊接于所述電路布線層的上表面預(yù)定位置的電路元件，；

貼裝于所述電路元件中的功率元件的散熱器；及

包覆于所述絕緣層的表面，將所述電路布線層和電路元件覆蓋，并使所述散熱器部分表面裸露的密封層。

進(jìn)一步地，還包括引腳，所述電路布線層包括靠近邊緣的引腳焊盤，所述引腳與所述引腳焊盤連接并自所述電路布線外延伸。

進(jìn)一步地，所述引腳表面覆蓋有鍍層。

進(jìn)一步地，所述功率元件為平面功率器件。

進(jìn)一步地，所述散熱器為散熱片。

進(jìn)一步地，所述密封層為樹脂層。

上述智能功率模塊的有益效果是：通過倒裝方式使電路元件行程電連接，不再需要金屬邦定線，節(jié)省了成本；將散熱片和鋁基板完全露出在樹脂外面，最大限度提高散熱效果；即使外部濕氣內(nèi)侵，因?yàn)橐巡淮嬖诮饘倬€，已難以構(gòu)成腐蝕。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種智能功率模塊的制造方法，包括以下步驟：

制作作為載體的基板，于所述基板的第一表面覆蓋絕緣層；其中，所述基板還具有與所述第一表面相對(duì)的第二表面；

于所述絕緣層表面布設(shè)電路布線層；

于所述電路布線層的表面裝配電路元件，其中，所述電路元件以倒扣的方式裝配；

于所述電路元件中的功率元件上貼裝散熱器；

于所述絕緣層的表面包覆密封層，將所述電路元件覆蓋并使所述散熱器部分表面裸露。

上述智能功率模塊的制造方法有益效果是：模塊的頂部和底部都有露出金屬，降低了既有全包封技術(shù)注膠時(shí)因要對(duì)上下表面厚度控制而帶來的定位難度；免去了金屬線邦定和清洗工序，節(jié)省了設(shè)備投入，提高了生產(chǎn)效率，降低了工藝管控要求，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(jìn)一步降低了智能功率模塊的成本。

附圖說明

圖1(A)為本發(fā)明實(shí)施例提供的智能功率模塊的俯視圖；

圖1(B)是圖1(A)中沿X-X’線的剖面圖；

圖1(C)是本發(fā)明的智能功率模塊去掉密封層后的俯視圖；

圖1(D)是本發(fā)明的智能功率模塊的下表面俯視圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的智能功率模塊的制造工藝流程圖；

圖3(A)、3(B)分別是本發(fā)明智能功率模塊的制造方法中制作電路布線的俯視和側(cè)視工序示意圖；

圖4(A)為引腳的尺寸標(biāo)示圖；

圖4(B)為制作引腳的工序示意圖；

圖5為在功率元件的底部貼裝在散熱片的工序示意圖

圖6(A)和6(B)分別為裝配電路元件、引腳的側(cè)視和俯視工序示意圖；

圖7為智能功率模塊的制造方法的密封工序示意圖；

圖8為智能功率模塊的制造方法的檢測(cè)工序示意圖；

圖9為智能功率模塊的制造方法的工序流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。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。

如圖1(A)、圖1(B)、圖1(C)、圖1(D)所示，智能功率模塊包括基板16、絕緣層17、電路布線層(電路布線)18、電路元件14、散熱器15構(gòu)成的電路，和配置在所述電路布線層18邊緣的引腳11，和密封該電路且完全覆蓋所述電路元件14和所述絕緣層17上表面的密封層12。其中，圖1(A)是本發(fā)明的智能功率模塊10的上表面俯視圖，所述散熱器15從上表面露出，圖1(B)是沿圖1(A)的X-X’線的截面圖，圖1(C)是去掉覆蓋所述電路元件14的所述密封層12后的俯視圖，圖1(D)是本發(fā)明的智能功率模塊10的下表面俯視圖。

基板16作為智能功率模塊10的載體，具有第一表面和與該第一表面相對(duì)的第二表面。絕緣層17設(shè)置于所述基板16的第一表面。電路布線層18形成于所述絕緣層17表面；電路元件14倒扣并焊接于所述電路布線層18的上表面預(yù)定位置；散熱器15貼裝于所述電路元件14中的功率元件；密封層12包覆于絕緣層17的表面，將電路布線層18和電路元件14覆蓋，并使所述散熱器15部分表面裸露。

具體地，功率元件為平面功率器件，如IGBT管，必須使用LIGBT。散熱器15為散熱片，散熱片表面可以考慮進(jìn)行電鍍銀處理，增加沁潤(rùn)性。密封層12為密封樹脂層。

進(jìn)一步地，電路布線18的靠近至少一個(gè)邊緣上，有用于配置引腳11的特殊的電路布線，稱為引腳焊盤18A。引腳11引腳焊盤18A連接并自所述電路布線18外延伸。所述引腳11表面覆蓋有鍍層。

以下說明這樣的各構(gòu)成要素。

電路基板16是由1050、5052等材質(zhì)的鋁構(gòu)成的矩形板材。在此，為了降低成本，可以使用1050的鋁材，為了提高硬度，可以選擇5052的鋁材；為了提高耐壓，可以對(duì)鋁材進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，為了提高散熱性，也可以不作陽(yáng)極氧化。電路基板16的厚度可以設(shè)計(jì)為1.5mm～2.0mm。

位于基板16其中一個(gè)表面的絕緣層17是可以設(shè)計(jì)為厚度100μm～200μm，熱導(dǎo)率2W/(m*K)～3W/(m*K)，在此，為了節(jié)省成本并提高導(dǎo)熱性，可以選擇厚度100μm，為了提高耐壓，可以選擇厚度200μm，厚度一般不應(yīng)超過200μm，在此，絕緣層的厚度選擇得越厚，熱導(dǎo)率應(yīng)該相應(yīng)選擇得越高。

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(jìn)行鍍金處理，為了成本，所述電路布線18的上表面也可以進(jìn)行鍍銀處理，或者通過真空或充氮包裝進(jìn)行運(yùn)輸，上表面不作處理。

電路元件14被倒裝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，通過由銅等制成的散熱器15貼裝在功率元件等發(fā)熱量大的元件背面。

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

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(hù)銅不被腐蝕氧化，并可提高可焊接性。

所述密封層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，所述密封層12完全密封所述電路布線18的一面上的所有元素，散熱器15從密封層12中露出，基板16下表面從密封層12中露出，使功率元件的熱量被快速散失。

智能功率模塊的有益效果是：通過倒裝方式使電路元件行程電連接，不再需要金屬邦定線，節(jié)省了成本；將散熱片和鋁基板完全露出在樹脂外面，最大限度提高散熱效果；即使外部濕氣內(nèi)侵，因?yàn)橐巡淮嬖诮饘倬€，已難以構(gòu)成腐蝕。

參考圖2，說明所述智能功率模塊的制造方法，包括以下步驟：

步驟S110，制作作為載體的基板，于所述基板的第一表面覆蓋絕緣層；其中，所述基板還具有與所述第一表面相對(duì)的第二表面；

步驟S120，于所述絕緣層表面布設(shè)電路布線層；

步驟S130，于所述電路布線層的表面裝配電路元件，其中，所述電路元件以倒扣的方式裝配；

步驟S140，于所述電路元件中的功率元件上貼裝散熱器；

步驟S150，于所述絕緣層的表面包覆密封層，將所述電路元件覆蓋并使所述散熱器部分表面裸露。

步驟S150具體為：在所述絕緣層的表面周圍設(shè)置熱硬性樹脂框；在所述熱硬性樹脂框的范圍內(nèi)注入熱塑性樹脂以密封所述電路布線層和電路元件。

在步驟S130之前還包括：制成獨(dú)立的帶鍍層的引腳的步驟。該步驟具體包括：選取銅基材，對(duì)銅基材通過沖壓或蝕刻的方式，制成一排引腳，引腳之間通過加強(qiáng)筋連接；在所述引腳表面依次形成鎳層和鎳錫合金層，得到帶鍍層的引腳。

在步驟S150之前還包括以下步驟：通過回流焊焊接所述電路元件于所述電路布線層成上；清除殘留在所述絕緣層的助焊劑。

模塊的頂部和底部都有露出金屬，降低了既有全包封技術(shù)注膠時(shí)因要對(duì)上下表面厚度控制而帶來的定位難度；免去了金屬線邦定和清洗工序，節(jié)省了設(shè)備投入，提高了生產(chǎn)效率，降低了工藝管控要求，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(jìn)一步降低了智能功率模塊的成本。

在更具體的實(shí)施例中，結(jié)合圖3(A)至圖9，智能功率模塊的制造方法包括以下工序。

第一工序，參照?qǐng)D3(A)和3(B)：

本發(fā)明的第一工序是作為本發(fā)明特征的工序，本工序是在大小合適的鋁板上形成電路布線的工序。

首先，參照?qǐng)D3(A)，根據(jù)需要的電路布局設(shè)計(jì)大小合適的電路基板16，對(duì)于一般的智能功率模塊，一枚的大小可選取64mm×30mm。在鋁基板16的表面上設(shè)有絕緣層17。另外，在絕緣層17的表面粘貼有作為電路布線18的銅箔。然后將該工序制造的銅箔進(jìn)行蝕刻，局部地除去銅箔，形成所述電路布線18及引腳焊盤18A。

在此，大小合適的鋁基板的形成是通過直接對(duì)1m×1m的鋁材進(jìn)行鑼板處理的方式形成，鑼刀使用高速鋼作為材質(zhì)，馬達(dá)使用5000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速，鑼刀與鋁材平面呈直角下刀，可以使1100鋁材的邊緣呈直角，毛刺小于10μm，也可通過蝕刻工具，通過化學(xué)反應(yīng)刻蝕出特定的形狀。參考延圖3(A)的X-X’線剖面圖3(B)。

在對(duì)抗氧化要求很高的場(chǎng)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。

在此，用于制造所述電路布線18的銅板的厚度應(yīng)該不小于2盎司，保證有足夠的通流能力。

第二工序，參照?qǐng)D4(A)和圖4(B)：

本發(fā)明的第二工序是作為本發(fā)明特征的工序，本工序是制成獨(dú)立的帶鍍層的引腳11的工序。

每個(gè)引腳11都是用銅基材，制成長(zhǎng)度C為25mm，寬度K為1.5mm，厚度H為1mm的長(zhǎng)條狀，如圖4(A)所示；在此，為便于裝配，在其中一端壓制出一定的弧度，如圖4(B)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(qiáng)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(xì)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(hù)性和可焊性；

到此，所述引腳11制造完成。

在此，本發(fā)明的所述引腳11是一個(gè)個(gè)單獨(dú)的引腳，不同于現(xiàn)行技術(shù)的整排引腳，因?yàn)樗鲆_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(qiáng)度有限，單獨(dú)的引腳避免了切除加強(qiáng)筋的工序，能夠降低對(duì)本發(fā)明的智能功率模塊10的系統(tǒng)性沖擊。

第三工序，參考圖5：

本發(fā)明的第三工序是作為本發(fā)明特征的工序，本工序是將制造出散熱器15，并將L型功率元件14的底部貼裝在所述散熱器15上的工序。

散熱器15可設(shè)計(jì)為厚度為1.5mm左右的銅片，通過沖壓或刻蝕的方式制作而成，銅片通過電鍍的方式鍍銀，銀層厚度可考慮設(shè)計(jì)為22～30μm。

然后通過共晶工藝，用熔點(diǎn)300℃以上的高溫錫膏，可考慮使用田村品牌，將L型功率元件14的背面貼裝在所述散熱器15上。在此，L型功率器件14即為平面型功率器件，此種功率器件的所有電極都位于功率器件的正面，正面的電極在下述工序中與所述電路布線18相連。

在此，所述功率器件14的共晶平整度考慮控制在<0.1mm。

第四工序，參考圖6(A)和6(B)：

本發(fā)明的第三工序是作為本發(fā)明特征的工序，本工序是在電路布線18表面倒裝電路元件14和配置所述引腳11的工序。

首先，參照側(cè)視圖圖6(A)和俯視圖圖6(B)，將制作好的電路布線18放置在載具20的對(duì)應(yīng)凹陷處，并通過錫膏印刷機(jī)，使用鋼網(wǎng)，對(duì)所述電路布線18的特定位置進(jìn)行錫膏涂裝，鋼網(wǎng)可使用0.13mm的厚度。通過SMT機(jī)或DA機(jī)等設(shè)備，進(jìn)行電路元件14，包括已經(jīng)配置所述散熱器15的電路元件14，和引腳11的安裝，所述電路元件14可直接倒裝在所述電路布線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(jìn)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。

第五工序，參照?qǐng)D7：

本發(fā)明的第五工序是作為本發(fā)明特征的工序，本工序是說明由密封樹脂12密封電路布線18的工序。圖7表示使用模具50由密封樹脂密封被所述基板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(duì)電路布線18進(jìn)行烘烤，烘烤時(shí)間不應(yīng)小于2小時(shí)，烘烤溫度和選擇125℃。

將配置好電路布線18的基板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(jìn)行基板16的定位。

合模時(shí)，在形成于模具50內(nèi)部的模腔中放置基板16，然后由澆口53注入密封樹脂形成密封層12。進(jìn)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(duì)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。

在此，所述上模44應(yīng)與所述散熱器15接觸，所述下模45應(yīng)與基板16接觸。

第六工序，參照?qǐng)D8：

本發(fā)明第六工序是進(jìn)行所述引腳11成型和模塊功能測(cè)試的工序，智能功率模塊經(jīng)由此工序作為制品完成。

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(zhǎng)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(cè)試設(shè)備中，進(jìn)行常規(guī)的電參數(shù)測(cè)試，因?yàn)樗鲆_11相互獨(dú)立，成型后可能會(huì)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(jìn)行測(cè)試機(jī)金手指與引腳的接觸測(cè)試，如果接觸測(cè)試不通過，需要對(duì)所述引腳11進(jìn)行修調(diào)處理，直到接觸測(cè)試通過后，再進(jìn)行電氣特性測(cè)試，包括絕緣耐壓、靜態(tài)功耗、遲延時(shí)間等測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試合格者為成品。

利用上述工序，完成圖2所示的智能功率模塊10。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。