智能功率模块及具有其的空调器的制作方法

本发明涉及电子技术领域，尤其是涉及一种智能功率模块及具有其的空调器。

背景技术：

智能功率模块是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品。通常，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，并包括过电压、过电流和过热等故障检测电路。对于特定用途的智能功率模块，还会集成mcu，mcu发出控制信号，使智能功率模块的功率元件驱动后续电路工作，然后将系统的状态检测信号送回mcu。智能功率模块因具有高集成度、高可靠性等优势赢得了广阔的市场，尤其适用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、伺服驱动和变频家电等中的一种理想的电力电子器件。

智能功率模块一般包括：基板、设于基板之上的绝缘层、绝缘层表面上形成的电路布线层(电路布线层一般为铜制材料)、被固定在电路布线层上的控制器件和功率器件、以及连接功率器件、控制器件和电路布线层的金属线和将整个智能功率模块封装的热塑性树脂。由于智能功率模块一般使用在驱动风机、压缩机等场合，智能功率模块的功率器件在工作时会产生大量的热，虽然智能功率模块采用的铝金属基板有一定散热作用，但是由于基材的导热作用，热量还是会向控制器件部分传导，实际工作中，控制器件的工作温度会远远高于mcu等控制器件的理想工作温度，直接导致控制器件出现控制信号紊乱等现象，控制信号的出错很容易导致智能功率模块上下桥臂同时导通，引起短路现象，会使智能功率模块烧毁，甚至使整个变频空调的电控板烧毁。

为了解决上述问题，相关技术中，通过在mcu控制器件所处位置增加散热风扇等散热设备来降低mcu控制器件的温度，但会使智能功率模块的装配流程更加复杂，且散热效果不好；还有相关技术中，采用耐高温的mcu控制器件，虽然解决了控制器件受热影响工作的问题，但是耐高温的mcu控制器件的价格比较昂贵，增加了生产成本，直接影响了智能功率模块的广泛推广。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种智能功率模块，具有可以有效降低控制器件的工作温度的优点。

本发明还提出了一种包括上述智能功率模块的空调器。

根据本发明是实施例的智能功率模块，包括：金属基板，所述金属基板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第二表面设有朝向所述第一表面凹入的隔热凹槽；绝缘层，所述绝缘层设在所述第一表面上，所述绝缘层上分布有电路布线层；功率器件和控制器件，所述功率器件和所述控制器件分别设在所述绝缘层上且与所述电路布线层电连接，所述隔热凹槽在所述第一表面的正投影的外周沿围绕所述控制器件设置且位于所述控制器件的外侧；绝缘塑封件，所述绝缘塑封件包裹所述金属基板、所述功率器件和所述控制器件。

根据本发明实施例的智能功率模块，通过在金属基板上设置隔热凹槽，可以有效降低智能功率模块内的功率器件在工作过程中对控制器件的热传导，保证控制器件在理想的工作温度下进行工作，确保了智能功率模块的正常运行，提升了智能功率模块的使用可靠性。同时智能功率模块的隔热原理简单可靠，降低成本。

根据本发明的一些实施例，所述隔热凹槽形成为闭环型结构。

具体地，所述隔热凹槽的宽度保持不变。

根据本发明的一些实施例，所述金属基板的设有所述控制器件的部分的厚度与所述金属基板的设有所述功率器件的部分的厚度相同。

根据本发明的一些实施例，所述绝缘塑封件的一部分填充在所述隔热凹槽内。

根据本发明的一些实施例，所述绝缘层为填充有al2o3的环氧树脂材料件。

根据本发明的一些实施例，所述绝缘塑封件为树脂材料件。

根据本发明的一些实施例，所述金属基板的设有所述控制器件的部分的第二表面上设有散热孔。

在本发明的实施例中，所述金属基板为铝基板。

根据本发明实施例的空调器，包括根据本发明上述实施例的智能功率模块。

根据本发明实施例的空调器，通过设置上述智能功率模块，智能功率模块在金属基板上设置隔热凹槽，可以有效降低智能功率模块内的功率器件在工作过程中对控制器件的热传导，保证控制器件在理想的工作温度下进行工作，确保智能功率模块的正常运行，提升了智能功率模块的使用可靠性，由此可以提升了空调器的实用可靠性。同时智能功率模块的隔热原理简单可靠，降低成本。

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剖面图；

图2是根据本发明实施例的金属基板的整体结构示意图，其中金属基板上设有隔热凹槽；

图3是根据本发明实施例的设有绝缘层和电路布线层的金属基板的剖面图；

图4是根据本发明实施例的金属基板的制作方法流程图。

附图标记：

智能功率模块100、

金属基板10、第一表面110、第二表面120、隔热凹槽130、

绝缘层20、

电路布线层30、

功率器件40、

控制器件50、

金属导线60、

绝缘塑封件70。

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“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“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，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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以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4详细描述根据本发明实施例的智能功率模块100，该智能功率模块100用于空调器的控制系统。其中根据本发明实施例的智能功率模块100不仅可以为宽禁带半导体gan智能功率模块100，也可以为带有控制器结构的si基、sic基以及其他材料基的智能功率模块100。

如图1所示，根据本发明实施例的智能功率模块100，包括：金属基板10、绝缘层20、电路布线层30、功率器件40、控制器件50和绝缘塑封件70。其中金属基板10具有相对设置的第一表面110和第二表面120，第二表面120设有朝向第一表面110凹入的隔热凹槽130。具体而言，第一表面110为金属基板10的上表面，第二表面120为金属基板10的下表面。隔热凹槽130设置在金属基板10的第二表面120上，且隔热凹槽130沿朝向第一表面110的方向凹入。绝缘层20设在第一表面110上，绝缘层20上分布有电路布线层30。可选地，电路布线层30可以为铜箔材料件。

如图1所示，功率器件40和控制器件50分别设在绝缘层20上且与电路布线层30电连接。根据本发明实施例的智能功率模块100还包括金属导线60，金属导线60用于智能功率模块100内的电器元件之间的电连接。具体而言,功率器件40和控制器件50分别设置在电路布线层30上，功率器件40与电路布线层30之间和控制器件50与电路布线层30之间均采用金属导线60进行电连接。当智能功率模块100进行工作时，控制器件50通过与智能功率模块100内的各电器元件之间的电连接实现对功率模块的控制。

如图2-图3所示，隔热凹槽130在第一表面110的正投影的外周沿围绕控制器件50设置且位于控制器件50的外侧。具体而言，隔热凹槽130设置在金属基板10的第二表面120上并沿朝向第一表面110的方向上凹入，且隔热凹槽130在第一表面110上的正投影的外周完全覆盖金属基板10上设有控制器件50部分。换而言之，隔热凹槽130将金属基板10的设有控制器件50的部分进行包围，使金属基板10的设有控制器件50的部分和金属基板10的设有功率器件40的部分之间通过隔热凹槽130隔离。当智能功率模块100工作时，功率器件40产生的热量通过金属基板10向控制器件50传递，由于设置隔热凹槽130，热量首先传递至隔热凹槽130，由于隔热凹槽130减小了金属基板10的设有功率器件40的部分与金属基板10的设有控制器件50的部分之间的接触面积，只有极少部分的热量通过隔热凹槽130的上部传递至控制器件50。从而通过设置隔热凹槽130，可以很大程度地减少了功率器件40对控制器件50的热传导，保证控制器件50在理想的工作温度下运行，提升了智能功率模块100的使用可靠性。

如图1所示，绝缘塑封件70包裹金属基板10、功率器件40和控制器件50。绝缘塑封件70可以对智能功率模块100的电子元件起到固定和保护的作用。当完成智能功率模块100的电器元件之间的电连接之后，通过绝缘塑封件70将金属基板10、金属导线60、功率器件40和控制器件50进行封装，使整个智能功率模块100成为一体，对智能功率模块100的电子元件进行固定，提升了智能功率模块100的结构稳定性。

根据本发明实施例的智能功率模块100，通过在金属基板10上设置隔热凹槽130，可以有效降低功率器件40在工作过程中对控制器件50的热传导，保证控制器件50在理想的工作温度下进行工作，确保了智能功率模块100的正常运行，提升了智能功率模块100的使用可靠性，同时智能功率模块100的隔热原理简单可靠，降低成本。同时智能功率模块100的隔热原理简单可靠，降低成本。

如图2所示，根据本发明的一些实施例，隔热凹槽130形成为闭环型结构。具体而言，隔热凹槽130设在金属基板10上设有控制器件50的部分的外周，隔热凹槽130的形状为闭环型，将金属基板10上设有控制器件50的部分包围。可选地，隔热凹槽130可以为矩形、圆形和多边形等。例如，如图2所示，隔热凹槽130的形状为矩形，设置在金属基板10上设有控制器件50的部分的外周，对金属基板10上设有控制器件50的部分和金属基板10上设有功率器件40的部分进行隔离。通过将隔热凹槽130设置成闭环型结构，使金属基板10上设有控制器件50的部分和金属基板10上设有功率器件40的部分通过隔热凹槽130进行隔离，可以最大程度地减小金属基板10上设有控制器件50的部分和金属基板10上设有功率器件40的部分之间的接触面积，更加有效地阻止功率器件40产生的热量传递至控制器件50。进一步地，隔热凹槽130的宽度保持不变。具体而言，如图2所示，隔热凹槽130的每条边与金属基板10上设有控制器件50的部分的距离相等。可以理解的是，设置宽度不变的隔热凹槽130，可以提升隔热凹槽130在加工时的可操作性，可以实现隔热凹槽130的自动化加工，进一步提升智能功率模块100的生产效率。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，金属基板10的设有控制器件50的部分的厚度与金属基板10的设有功率器件40的部分的厚度相同。例如，如图1和图3所示，整个金属基板10的除去设置隔热凹槽130的部分之外的其余部分的厚度相同，控制器件50和功率器件40分别设置在金属基板10上不同的位置。可以理解的是，金属基板10的设有控制器件50的部分的厚度与金属基板10的设有功率器件40的部分的厚度相同，可以提升金属基板10的加工时的可操作性，可以实现金属基板10的成批量的生产和加工，使生产效率得到大大提升。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，绝缘塑封件70的一部分填充在隔热凹槽130内。绝缘塑封件70对整个智能功率模块100起到防护的作用。当进行智能功率模块100的封装时，绝缘塑封件70将整个智能功率模块100进行包围，绝缘塑封件70的一部分会填充在隔热凹槽130内，不仅可以起到固定结构的作用，还可以进一步阻止功率器件40和控制器件50之间的热传导。

在本发明的一些实施例中，绝缘层20为填充有al2o3的环氧树脂材料件。需要进行说明的是，al2o3的环氧树脂材料的导热率为2.0-3.0w/m·k，可以有效减少传递至控制器件50上的热量，进一步确保控制器件50在理想的工作温度下运行。进一步地，绝缘塑封件70为树脂材料件。优选地，在绝缘塑封件70填充有sio2等热硬性材料。可以理解的是，智能功率模块100在工作时，功率器件40会产生大量的热，热量通过金属基板10可以传递至绝缘塑封件70内，在绝缘塑封件70内填充sio2等热硬性材料，可以保证在很高的温度下绝缘塑封件70仍能保持较高的硬度，可以进一步确保绝缘塑封件70对智能功率模块100的保护作用。

在本发明的一些实施例中，金属基板10的设有控制器件50的部分的第二表面120上设有散热孔。具体而言，当智能功率模块100进行工作时，功率器件40产生的热量通过隔热凹槽130上部的部分金属基板10传递至金属基板10的设有控制器件50的部分，通过在金属基板10的设有控制器件50的部分的第二表面120上设置多个散热孔，可以起到快速散热的作用，进一步降低了控制器件50的工作温度，确保控制器件50在理想的工作温度下运行。

如图2所示，根据本发明的一些实施例，金属基板10为铝基板。金属基板10对电路布线层30上的功率器件40和控制器件50起到支撑的作用，需要进行说明的是，相比于铜和金属陶瓷，铝能够将热阻降至最低，使铝基板具有极好的热传导性能，加快智能功率模块100的散热速度，可以降低控制器件50在运行中的温度。进一步地，铝基板更加适应于smt工艺，可以实现智功率模块的自动化装配，而且铝基板机械性能优良，具有更高的机械持久力，可以延长智能功率模块100的使用寿命。优选地，铝基板采用1100、5052和6063型的铝材料。当然可以理解的是，金属基板10的材料还可以为铜或者金属陶瓷等其他材料。

根据本发明实施例的空调器，包括根据本发明上述实施例的智能功率模块100。

根据本发明实施例的空调器，通过设置上述智能功率模块100，智能功率模块100在金属基板10上设置隔热凹槽130，可以有效降低功率器件40在工作过程中对控制器件50的热传导，保证控制器件50在理想的工作温度下进行工作，确保智能功率模块100的正常运行，提升了智能功率模块100的使用可靠性，由此可以提升了空调器的实用可靠性，同时智能功率模块100的隔热原理简单可靠，降低成本。

如图4所示，根据本发明实施例的金属基板10可以采用如下的方法进行加工制造，金属基板10的制造方法包括如下步骤：

第一步，选择金属基板10为铝基板，在铝基板上形成绝缘层20，优选地，绝缘层20选择填充有al2o3的环氧树脂材料；

第二步，在绝缘层20的上表面形成铜箔；

第三步，根据智能功率模块100的实际功能需求和电路结构设计，蚀刻铜箔，使其形成特定结构的电路布线层30；

第四步，在铝基板的第二表面120上采用锣板的方法形成一个闭环型的隔热凹槽130，使铝基板的设有控制器件50的部分和铝基板上设有功率器件40的部分通过隔热凹槽130进行隔离，以达到降低功率器件40和控制器件50之间的热传导的目的；

第五步，根据实际电路布局的大小进行分板，分板方法可以为冲压、v-cut、锣板等方式。

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。