智能功率模块及其制造方法与流程

本发明涉及集成电路技术，尤其是涉及一种智能功率模块及该智能功率模块的制造方法。

背景技术：

智能功率模块，即IPM(Intelligent Power Module)，是一种将电力电子技术和集成电路技术结合的功率驱动类产品。智能功率模块把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块一方面接收MCU(Microcontroller Unit微控制单元)的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将系统的状态检测信号送回MCU。与传统分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种理想电力电子器件。

智能功率模块一般会工作在恶劣的工况中，如变频空调的室外机，高温高湿的状态下，在智能功率模块集成度越来越高，功率密度越来越大的情况下，需要设计越来越厚的电路基板来进行散热，这样做不但增加了智能功率模块的成本，而且，因为重量的增加，给模块加工和运输带来了困难，增加了取放模块的机器人的成本和运输成本。

此外，因为现行的智能功率模块在制造过程中，因为电路基板被包裹在热硬性树脂中，电路基板在模腔中的定位效果不好，注塑时容易引起电路基板在模腔中移位，对引脚产生拉伸应力，所以，现行智能功率模块在注塑时的参数可调范围非常窄，如果冲力过大，容易引起电路基板移位，如果冲力过小，容易发生模块注塑不满。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种智能功率模块，该智能功率模块散热性能更好，且在制造过程中智能功率模块在注塑模具内的定位更为准确和稳定。

本发明还提出一种智能功率模块的制造方法。

根据本发明第一方面实施例的智能功率模块，包括：基板，所述基板的相对的两侧面上分别设有第一凸出部和第二凸出部，所述基板内设有散热通道，所述散热通道的两端分别贯穿所述第一凸出部和所述第二凸出部；绝缘层，所述绝缘层设在所述基板的上表面；布线层，所述布线层设在所述绝缘层上；多个电子元件，多个所述电子元件设在所述布线层上，多个所述电子元件之间或者所述电子元件与所述布线层之间电连接；多个引脚，多个所述引脚设在所述基板的至少一侧边缘处，且所述引脚与所述布线层电连接；密封树脂层，所述密封树脂层包裹在设有所述电子元件的所述基板外部，其中所述引脚和所述散热通道露出。

根据本发明实施例的智能功率模块散热性能更好，且在制造过程中智能功率模块在注塑模具内的定位更为准确和稳定。

在一些优选实施例中，所述第一凸出部设在所述基板的左端面上且向左凸出，所述第二凸出部设在所述基板的右端面上且向右凸出。

在一些优选实施例中，所述第一凸出部和所述第二凸出部在上下方向上对齐。

在一些优选实施例中，所述第一凸出部和所述第二凸出部左右对称分布。

在一些优选实施例中，所述散热通道沿直线方向延伸，所述散热通道贯穿所述第一凸出部的左侧面，并且所述散热通道贯穿所述第二凸出部的右侧面。

在一些优选实施例中，所述散热通道贯穿所述第一凸出部的左侧面所形成的通孔位于所述第一凸出部的左侧面的中部，所述散热通道贯穿所述第二凸出部的右侧面所形成的通孔位于所述第二凸出部的右侧面的中部。

在一些优选实施例中，所述第一凸出部的上表面和与所述基板的上表面之间具有第一预定间距，所述第一凸出部的下表面和与所述基板的下表面之间具有第二预定间距；所述第二凸出部的上表面和与所述基板的上表面之间具有第三预定间距，所述第二凸出部的下表面和与所述基板的下表面之间具有第四预定间距。

在一些优选实施例中，所述第一预定间距等于所述第二预定间距，所述第三预定间距等于所述第四预定间距。

在一些优选实施例中，所述第一凸出部为多个且间隔开布置，所述第二凸出部为多个且彼此间隔开设置。

在一些优选实施例中，所述散热通道为多个，每个所述散热通道分别对应贯穿一个所述第一凸出部和一个所述第二凸出部。

根据本发明第二方面实施例所述的智能功率模块的制造方法，包括如下步骤：

对铝板进行冲压形成带有所述第一凸出部和所述第二凸出部的所述基板；

在所述基板内设置分别贯穿所述第一凸出部和所述第二凸出部的所述散热通道；

在所述基板上设置所述绝缘层；

在所述绝缘层的上表面粘贴铜箔且对所述铜箔进行蚀刻以局部地除去所述铜箔，形成所述布线层；

制成多个所述引脚；

在所述布线层上焊接所述电子元件和所述引脚；

在多个所述电子元件之间或者所述电子元件和所述引脚之间邦定金属线以形成电连接；

对带有所述电子元件和所述引脚的所述基板进行注塑，且将所述引脚以及所述散热通道露出，且使所述基板的上表面和下表面分别与所述注塑模具的顶壁和底壁分别隔开；

测试以完成所述智能功率模块的制造。

根据本发明上述的制造方法，可以使现有的流程得到优化，可保证智能功率模块在注塑模具里的定位更为准确。而且通过本制造方法所制造出的智能功率模块，由于上下表面均被密封树脂层包裹，因此智能功率模块的绝缘效果更好。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的智能功率模块的外形图；

图2是根据图1中沿X-X’线的剖视图；

图3是根据本发明实施例的智能功率模块去掉密封树脂后的俯视图；

图4是在基板上设置绝缘层和布线层的工序图；

图5是图4中沿箭头P的方向的侧视图；

图6是根据本发明实施例的智能功率模块的引脚的结构示意图；

图7是在布线层上焊接电子元件和引脚的工序图；

图8是图7中沿箭头Q的方向的侧视图；

图9是在多个电子元件之间或者电子元件和引脚之间邦定金属线以形成电连接的工序图；

图10是对带有电子元件和引脚的基板进行注塑的工序图；

图11是根据本发明实施例的智能功率模块的制造方法的工序流程图。

附图标记：

智能功率模块100；

基板1；第一凸出部11；第二凸出部12；

绝缘层2；

布线层3；焊盘31；

电子元件4；散热通道5；引脚6；密封树脂层7；金属线8；

注塑模具9；浇口91；排气口92；固定装置93；

钢网10；载具101。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的智能功率模块100。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的智能功率模块100包括：基板1、绝缘层2、布线层3、多个电子元件4、多个引脚6和密封树脂层7。

基板1的相对的两侧面上分别设有第一凸出部11和第二凸出部12，基板1内设有散热通道5，散热通道5的两端分别贯穿第一凸出部11和第二凸出部12。绝缘层2设在基板1的上表面，布线层3设在绝缘层2上。多个电子元件4设在布线层3上，多个电子元件4之间或者电子元件4与绝缘层2之间电连接，多个引脚6设在基板1的至少一侧边缘处，且引脚6与布线层3电连接。密封树脂层7包裹在设有电子元件4的基板1外部，其中引脚6和散热通道5露出。

如图1-图3所示，基板1具有一定的厚度，“基板1的相对的两侧面”可以是基板1的前表面和后表面，也可以是基板1的左端面和右端面。也就是说，第一凸出部11可以设在基板1的前表面，此时第二凸出部12则设置在基板1的后表面上；同理，若第一凸出部11设置在基板1的左端面上，此时第二凸出部12则设置在基板1的右端面上。

基板1内设有散热通道5，该散热通道5在基板1内的延伸方向、长度等可以是任意的，该散热通道5用于后期智能功率模块100制造完毕且正常工作时，可以利用该散热通道5对基板1进行风冷、水冷、油冷等方式进行辅助散热。由此可以提高智能功率模块100的散热性能，因此根据本发明实施例的智能功率模块100可以在保证在不增加基板1厚度的情况下仍能获得良好的散热性。

此外，通过在基板1的相对的两个侧面上分别设置第一凸出部11和第二凸出部12，是为了在对基板1进行密封树脂的注塑时，可以利用第一凸出部11和第二凸出部12辅助基板1在注塑模具9内的定位，定位更见准确，而且可以保证注塑过程中基板1不会在模具内移位，从而可以保证引脚6不会受到额外的拉伸应力，进而可以使注塑效果更好，不会产生注塑不满等问题。

根据本发明实施例的智能功率模块100散热性能更好，且在制造过程中智能功率模块100在注塑模具9内的定位更为准确和稳定。

下面将参照图1-图3详细描述根据本发明实施例的智能功率模块100。

在本发明的一个实施例中，基板1可以是由1050、5052等材质的铝构成的矩形板材。在基板1的表面上形成基板1绝缘和布线的方法有两种：一个方法是对铝基板1的至少一个表面进行防蚀处理；另一个方法是在基板1的至少一个表面上形成绝缘层2后再在绝缘层2的表面形成电路布线，从而构成布线层3。

在本发明的一个优选示例中，绝缘层2覆盖基板1至少一个表面形成，例如基板1的上表面，并在环氧树脂等树脂材料内高浓度填充氧化铝等填料提高热导率。

如图3所示，第一凸出部11设在基板1的左端面上且向左凸出，第二凸出部12设在基板1的右端面上且向右凸出。由此在对智能功率模块100进行注塑时，第一凸出部11止抵在注塑模具9的左端面上，第二凸出部12止抵在注塑模具9的右端面上，这样可以保证密封树脂不会流入到散热通道5内，而且这样可以保证基板1在注塑模具9中沿左右方向的定位稳定性。

在本发明的一个实施例中，第一凸出部11和第二凸出部12左右对称分布，即第一凸出部11和第二凸出部12在左右方向上对称分布，因此可以理解的是，第一凸出部11和第二凸出部12在前后方向上设置在基板1的左端面和右端面的同一位置处，而且第一凸出部11在水平面内的投影形状和尺寸，与第二凸出部12在水平面内的投影形状和尺寸是相同的。这样可以使基板1的形状更加对称，在注塑模具9中定位更加稳定。

在本发明的另一个实施例中，第一凸出部11和第二凸出部12在上下方向上对齐，也就是说，在上下方向，第一凸出部11在左端面设置的位置与第二凸出部12在右端面上设置的位置相同，第一凸出部11和第二凸出部12位于同一水平面内。由此，第一凸出部11和第二凸出部12在基板1上的形成位置更加对称，由此可以更进一步地保证基板1在注塑模具9中沿左右方向的定位稳定性。

在本发明的一个实施例中，散热通道5沿直线方向延伸，散热通道5贯穿第一凸出部11的左侧面，并且散热通道5贯穿第二凸出部12的右侧面。也就是说，在基板1的水平投影上，散热通道5的延伸方向为直线形状，并且散热通道5的左端贯穿第一凸出部11的左侧面，散热通道5的右端贯穿第二凸出部12的右侧面。由此散热通道5的左端和右端呈直线贯通结构，由此不论散热通道5内通入气体还是液体时，流态更加稳定，而且散热效果好。此外，在基板1上成型出直线的散热通道5，成型工艺会更加简便。

由上所述，由于第一凸出部11和第二凸出部12左右对称，且在上下方向上对齐，并且散热通道5呈直线延伸，因此，优选地，散热通道5贯穿第一凸出部11的左侧面所形成的通孔位于第一凸出部11的左侧面的中部，散热通道5贯穿第二凸出部12的右侧面所形成的通孔位于第二凸出部12的右侧面的中部。由此，可以使第一凸出部11和第二凸出部12的强度更加均匀，而且可以使智能功率模块100的结构更加合理。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，第一凸出部11的上表面和与基板1的上表面之间具有第一预定间距，第一凸出部11的下表面和与基板1的下表面之间具有第二预定间距；第二凸出部12的上表面和与基板1的上表面之间具有第三预定间距，第二凸出部12的下表面和与基板1的下表面之间具有第四预定间距。也就是说，第一凸出部11与基板1的上表面和下表面之间均具有间隙，第二凸出部12与基板1的上表面和下表面之间均具有间隙。由此，第一散热通道5距离基板1的上表面和下表面之间也均具有一定的距离，这样可以使散热通道5对基板1的上表面和下表面的散热效果趋于一致。

此外，由于第一凸出部11和第二凸出部12均与基板1的上表面和下表面之间具有预定间隙，从而在将上述的基板1放入至注塑模具9中进行注塑时，可以利用第一凸出部11和第二凸出部12在注塑模具9中定位时，将基板1抬高一定的距离，从而可以使基板1的上表面和下表面均被密封树脂层7进行包裹，从而可以使智能功率模块100的绝缘性更好。

优选地，第一预定间距等于第二预定间距，第三预定间距等于第四预定间距。也就是说，在上下方向上，第一凸出部11位于基板1的中部，第二凸出部12也位于基板1的中部。这样不仅可以使基板1在注塑模具9中的定位更加稳定，而且相应地，散热通道5在上下方向上也位于基板1的中部，这样散热效果更加均匀。

在本发明的实施例中，图2和图3所示，第一凸出部11为多个且间隔开布置，第二凸出部12为多个且彼此间隔开设置。具体而言，第一凸出部11为多个且在基板1的左端面间隔开布置，第二凸出部12为多个且在基板1的右端面间隔布置。由此，可以使基板1在注塑模具9中的定位更加稳定。

优选地，散热通道5为多个，每个散热通道5分别对应贯穿一个第一凸出部11和一个第二凸出部12。由此可以在基板1内设置多个散热通道5，从而可以提高后续智能功率模块100的散热效果。

下面将参照图4-图11描述根据本发明实施例的智能功率模块100的制造方法。

如图4-图11所示，智能功率模块100的制造方法包括如下步骤：

对铝板进行冲压形成带有第一凸出部和第二凸出部的基板；

在基板内设置分别贯穿第一凸出部和第二凸出部的散热通道；

在基板上设置绝缘层；

在绝缘层的上表面粘贴铜箔且对铜箔进行蚀刻以局部地除去铜箔，形成布线层；

制成多个引脚；

在布线层上焊接电子元件和引脚；

在多个电子元件之间或者电子元件和引脚之间邦定金属线以形成电连接；

对带有电子元件和引脚的基板进行注塑，且将引脚以及散热通道露出；

测试以完成智能功率模块的制造。

可以理解的是，在不违反实际制造逻辑的前提下，上述的步骤顺序可以进行合理的组织与排序。例如在对基板1进行成型后，也可以制造引脚6结构。

下面将参考附图对上述的步骤进行详细解释：

如图4和图5示出了在基板1上设置绝缘层2和布线层3的工序图。

在此之前需要将铝板冲压形成大小合适的尺寸，以构成基板1，并且在基板1上一体冲压形成出第一凸出部11和第二凸出部12，由此可以使基板1、第一凸出部11和第二凸出部12为一体成型，结构强度得到了保证，而且制造的工艺简单方便且迅速。

具体地，可以直接对1m×1m的铝板进行冲压，而且在形成的过程中使基板1的左右两边具有第一凸出部11和第二凸出部12。并通过铣刀等方式，使第一凸出部11和第二凸出部12的顶部分别与基板1的上下表面之间形成1～4mm的距离。进而通过钻孔等方式，将相对的第一凸出部11、第二凸出部12以及位于第一凸出部11和第二凸出部12之间的基板1内部进行打通，从而形成散热通道5。最后通过清洗的方式，将铝屑清理。

如图4和图5所示，根据需要的电路布局设计大小合适的基板1，对于一般的智能功率模块100，一枚的大小可选取64mm×30mm，为了增加硬度和绝缘性，可考虑对基板1的两面进行防蚀处理。在本发明的一个示例中，在基板1的至少一个表面上设有绝缘层2(例如基板1的上表面)。进而在绝缘层2的表面粘贴有作为电路布线的铜箔，然后将该铜箔进行蚀刻，局部地除去铜箔，从而形成布线层3，布线层3具体可以包括电路布线、焊盘31和焊盘31连线。

如图6示出了引脚6的结构示意图。可选地，每个引脚6可以用铜基材，制成长度25mm，宽度为1.5mm，厚度为1mm的长条状，如图6所示。在此，为便于装配，在其中一端压制出一定的弧度。

然后通过化学镀的方法形成镍层：通过镍盐和次亚磷酸钠混合溶液，并添加了适当的络合剂，在已形成特定形状的铜材表面形成镍层，金属镍具有很强的钝化能力，能迅速生成一层极薄的钝化膜，能抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀。镀镍结晶极细小，镍层厚度一般为0.1μm。

接着通过酸性硫酸盐工艺，在室温下将已形成形状和镍层的铜材浸在带有正锡离子的镀液中通电，在镍层表面形成镍锡合金层，镍锡合金层厚度一般控制在5μm，镍锡合金层的形成极大提高了引脚6的安全性和可焊性。到此，引脚6制造完成。

如图7和图8示出了在布线层3上焊接电子元件4和引脚6的工序图。

首先，可以通过锡膏印刷机并利用钢网10，在基板1的布线层3的特定位置进行锡膏涂装，钢网10可使用0.13mm的厚度。

其次，参照图7和图8，进行电子元件4和引脚6的安装，电子元件4可直接放置在布线层3的特定位置，而引脚6则一端要安放在焊盘31上，另一端需要载具101进行定位，载具101可以通过合成石等材料制成。然后，再通过回流焊等方法，使锡膏固化，从而电子元件4和引脚6被固定。

如图9示出了，在多个电子元件4之间或者电子元件4和引脚6之间邦定金属线8以形成电连接的工序图。

在进行邦定前，需要对基板1进行清洗，首先将基板1放入清洗机中进行清洗，将回流焊时残留的松香等助焊剂及冲压时残留的铝线等异物洗净，根据电子元件4在电路布线的排布密度，清洗可通过喷淋或超声或两者结合的形式进行。清洗时，通过机械臂夹持两条或多条引脚6，将基板1置于清洗槽中，由此多个引脚6之间彼此独立，没有加强筋彼此相连，即使机械臂对每个引脚6的夹持力度不均，清洗过程中的震动也不会在引脚6间产生力传递，造成部分引脚6与焊盘31分离。

其次，通过在电子元件4和电子元件4，电子元件4和电路布线的特定位置之间邦定一定直径的金属线8，从而形成多个电子元件4之间的电连接，或者形成电子元件4与布线层3之间的电连接。在此，金属线8的粗细应根据邦定点的大小、所需的同流能力、元器件的可加工性等综合考虑，一般地，单根金属线8的直径不应大于400μm且不应小于15μm，对于功率器件的连接，可考虑使用多根400μm的铝线并联邦定，对于功能器件的连接，可考虑使用单根38μm的铝线进行邦定。

如图10示出了对带有电子元件4和引脚6的基板1进行注塑的工序图。图10表示，使用注塑模具9，且利用密封树脂密封基板1的工序的剖面图。

首先，为了将基板1中可能残留的水分烘干，需要在无氧环境中对基板1进行烘烤，烘烤时间不应小于2小时，烘烤温度和选择125℃。

将配置好电子元件4和引脚6的基板1搬送到注塑模具9中，通过使引脚6的特定部分与注塑模具9上的固定装置93接触，从而对基板1进行初步的定位。

其中，第一凸出部11和第二凸出部12之间的距离正好与模腔的宽度一致，第一凸出部11和第二凸出部12的开孔在模制时不会进胶，而且利用第一凸出部11和第二凸出部12使基板1在模腔中左右固定。

并且，在对基板1进行注塑使，使基板1的上表面和下表面分别与注塑模具9的顶壁和底壁分别隔开，由此在将密封树脂从浇口91注入后，密封树脂可以流向基板1的上表面和注塑模具9的顶壁之间，密封树脂也可以流向基板1的下表面和注塑模具9的底壁之间，这样，基板1的上表面和下表面均可以包裹住密封树脂层7，由此可以使成型后的智能功率模块100具有更好的绝缘性。

合模时，在模腔中放置基板1，然后由浇口91注入密封树脂。进行密封的方法可采用热硬性树脂的传递模模制或使用热硬性树脂的注入模模制。而且，对应自浇口91注入的密封树脂模腔内部的气体通过排气口92排放到外部。

最后，是进行引脚6成型和模块功能测试的工序，智能功率模块100经由此工序作为制品完成。本工序中，根据引脚6的使用的长度和形状需要，例如将引脚6折弯成一定形状，便于后续装配。然后进行常规的电参数测试，一般包括绝缘耐压、静态功耗、迟延时间等测试项目，测试合格者为成品。

通过上述工序，完成图1所示的智能功率模块100。

根据本发明上述的制造方法，可以使现有的流程得到优化，可保证智能功率模块100在注塑模具9里的定位更为准确。而且通过本制造方法所制造出的智能功率模块100，由于上下表面均被密封树脂层7包裹，因此智能功率模块100的绝缘效果更好。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。