功率模块及电器设备的制作方法

本实用新型涉及功率模块技术领域，尤其涉及到一种功率模块及电器设备。

背景技术：

ipm(intelligentpowermodule)，即智能功率模块，把igbt/mosfet/frd/bdi等功率开关元件和驱动电路集成在一起，且内部集成电流传感器。其具备过电压，过电流和过热等故障检测电路，即使发生负载事故或使用不当，快速保护电路也可以保证ipm自身不受损坏。

ipm以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电力电子器件。

目前绝大部分ipm封装都是采用树脂绝缘的方式(图1)，基板1上设置有芯片2及芯片3，其中，芯片3为ic芯片，且ic芯片通过铜框架4引出，随着模块集成度越来越高，功率密度及走线密度也是向着越来越高的方向发展，而树脂封装层5的低导热性及铜框架4的低精度，使得当前方案难以满足更高的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种功率模块及电器设备，用以方便芯片的走线，提高芯片的散热效果。

本实用新型提供了一种功率模块，该功率模块包括：

衬底，所述衬底的一侧为电路层；

设置在所述电路层上的至少一个第一芯片，且每个第一芯片与所述电路层电连接；

镶嵌在所述衬底上的印刷电路板，且所述印刷电路板外露在所述电路层一侧；且所述印刷电路板与所述至少一个第一芯片电连接；

设置在所述印刷电路板的至少一个第二芯片，且每个第二芯片与所述印刷电路板电连接。

在上述技术方案中，通过采用将印刷电路板镶嵌在衬底中承载芯片，方便了芯片的设置，并且通过芯片可以通过印刷电路板、衬底直接散热，提高了散热效果。

在一个具体的可实施方案中，所述衬底上设置有容纳槽，所述印刷电路板镶嵌在所述容纳槽内。通过设置的容纳槽镶嵌印刷电路板。

在一个具体的可实施方案中，所述容纳槽为t形容纳槽，且所述印刷电路板为与所述t形容纳槽配合的t形结构。方便印刷电路板的固定及定位。

在一个具体的可实施方案中，所述衬底包括层叠的散热层、绝缘层及所述电路层；其中，所述电路层及所述散热层分列在所述绝缘层的两侧。

在一个具体的可实施方案中，所述容纳槽穿过所述电路层及部分所述绝缘层。方便设置容纳槽。

在一个具体的可实施方案中，所述容纳槽包括第一部及与所述第一部连通的第二部，且所述第一部的横截面积大于所述第二部的横截面积。方便设置容纳槽。

在一个具体的可实施方案中，所述第一部位于所述电路层；所述第二部位于所述绝缘层。

第二方面，提供了一种电气设备，该电气设备包括上述任一项所述的功率模块。在上述技术方案中，通过采用将印刷电路板镶嵌在衬底中承载芯片，方便了芯片的设置，并且通过芯片可以通过印刷电路板、衬底直接散热，提高了散热效果。

附图说明

图1为现有技术中的功率模块的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的功率模块的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的功衬底的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的功率模块的制备流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

首先说明一下本申请实施例提供的功率模块的应用场景，本申请实施例提供的功率模块应用于电器设备，如驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电等常见的电器设备。下面结合附图以及具体的实施例详细说明一下本申请实施例提供的功率模块。

本申请实施例提供的功率模块可以为不同的功率模块，如ipm(intelligentpowermodule)，即智能功率模块，把igbt/mosfet/frd/bdi等功率开关元件和驱动电路集成在一起，且内部集成电流传感器。其具备过电压，过电流和过热等故障检测电路，即使发生负载事故或使用不当，快速保护电路也可以保证ipm自身不受损坏。下面以智能功率模块为例对其进行详细的说明。

如图2所示，图2示出了本申请实施例提供的功率模块的结构示意图。该功率模块包括一个衬底10，该衬底10包括三层结构，分别为电路层11、散热层13及绝缘层12，其中，电路层11及散热层13均为铜层或铝层。绝缘层12采用绝缘陶瓷或者绝缘树脂制备而成的绝缘层12。在设置时，电路层11及散热层13分列在绝缘层12的两侧，并且与绝缘层12固定连接。在具体连接时，通过在散热层13上制备绝缘层12，之后再绝缘层12制备电路层11，上述制备可以采用常用的注塑成型、电镀等方式，在此不再详细赘述。且在制备时，电路层11、散热层13及绝缘层12稳定的固定连接在一起。

继续参考图2，本申请实施例提供的衬底10上还承载有至少一个第一芯片30，如图2中所示第一芯片30的个数为两个，且两个第一芯片30分别为：frd芯片和igbt/mosfet芯片，但是在本申请实施例提供的第一芯片30的个数不仅限于上述的两个具体的芯片，还可以采用三个、四个、五个等不同个数的第一芯片30，且第一芯片30的类型可以根据需要进行限定。在图2中仅仅作为一个示例来说明第一芯片30与电路层11的连接关系。在具体设置时，如图2中所示，frd芯片及igbt/mosfet芯片分别通过韩阶层焊接在电路层11，并且frd芯片通过焊线50与第一电路层11电连接，frd芯片与igbt/mosfet芯片之间也通过焊线50连接。

继续参考图2，本申请实施例还提供了一个印刷电路板20，该印刷电路板20上具有电路，且印刷电路板20与至少一个第一芯片30电连接，该电连接包括直接电连接以及间接电连接。如igbt/mosfet芯片通过焊线50与印刷电路板20的电流电连接，而frd芯片通过igbt/mosfet芯片与印刷电路板20电连接。继续参考图2，印刷电路板20用于设置器件，该印刷电路板20与设置有少一个第二芯片40，在图2中仅仅示出了一个第二芯片40，该第二芯片40为ic芯片，但是应当理解的是本申请实施例提供的第二芯片40的个数以及类型可以根据需要而定，并不限定与图2中所示的第二芯片40。在具体设置每个第二芯片40时，每个第二芯片40通过焊料固定在印刷电路板20，且每个第二芯片40与印刷电路板20电连接，具体的可以采用焊线50或者管脚与印刷电路板20电连接。如图2中所示，印刷电路板20通过焊线50还与电路层11连接，从而通过电路层11连接的引线70与外部电路连接。

通过上述描述可以看出，通过在衬底10上设置印刷电路板20，并将走线密度比较大的ic芯片设置在印刷电路板20上，从而可以改善走线情况，并且在设置时，印刷电路板20在制备时可以直接与ic芯片连接的走线制备在印刷电路板20内，并且ic芯片可以与印刷电路板20一体装配在衬底10上，从而可以方便ic芯片的设置。

在具体设置印刷电路板20时，如图2所示，印刷电路板20镶嵌在衬底10中并固定在衬底10上。具体的，在衬底10上开设有一个容纳槽14，印刷电路板20镶嵌在容纳槽14内并进行固定，且印刷电路板20一面外露在导电层。如图3所示，该容纳槽14为一个横截面为t形容纳槽14，且容纳槽14穿过电路层11及部分绝缘层12。对应的印刷电路板20在设置时采用与t形容纳槽配合的t形结构。通过t形容纳槽的台阶面的限定，可以方便印刷电路板20的固定以及连接。当然在本申请实施例提供的容纳槽14的结构不仅限于图2中所示的t形还可以采用其他的形状，在此不做限定。

在具体设置该t形容纳槽时，容纳槽14包括第一部142及与第一部142连通的第二部141，且第一部142的横截面积大于第二部141的横截面积。即容纳槽14宽度较大的一部分为第一部142，宽度较小的一部分为第二部141，且在设置第一部142及第二部141时，其中，第一部142位于电路层11；第二部141位于绝缘层12，两者之间的分界面为电路层11与绝缘层12的分界面。从而方便了容纳槽14的制备。

在印刷电路板20固定在容纳槽14内时，印刷电路板20与容纳槽14的侧壁接触并导热连接。ic芯片产生的热量可以通过印刷电路板20传递到衬底10上，以帮助ic芯片散热。ic芯片产生的热量可以通过印刷电路板20传递到绝缘陶瓷层、再通过散热层13直接将热量散发出去，相比与图1中所示的采用封装层60(树脂)进行散热来说，可以改善ic芯片的散热效果。此外，在印刷电路板20镶嵌在衬底10内时，如图2中所示，印刷电路板20延伸到绝缘层12内，并且采用t形的结构增大与绝缘层12的接触面积，进而增大散热效果。

继续参考图2本申请实施例提供的功率模块还包括封装层60，通过该封装层60将上述的第一芯片30、第二芯片40及衬底10包裹起来，仅仅将导电层的引线70外露，从而提高了功率模块的安全性。

为了方便理解本申请实施例提供的功率模块，下面结合图4详细说明一下其具体的制备方法。

步骤001：制备衬底10；

在具体制备dbc芯片时，具体包括：制备绝缘层；在绝缘层一侧制备散热层；在绝缘层另一侧开设第一槽体；在绝缘层开槽侧制备带通孔的电路层；带通孔电路层与所述第一槽体形成容纳所述印刷电路板的容纳槽。具体的制备顺序可以根据需要而定，如首先制备散热层13，之后在散热层13上制备绝缘层12，且在制备绝缘层12时，通过刻蚀或者打孔的方式在绝缘层12形成一个第一槽体，该第一槽体即为容纳槽14的第二部141；之后在绝缘层12通过镀铜或者其他的工艺形成电路层11，并在电路层11上刻蚀一个通孔，该通孔与第一槽体连通，且通孔的横截面积大于第一槽体的横截面积。其中，该通孔即为容纳槽14的第一部142，从而使得第一槽体及通孔形成容纳印刷电路板20的容纳槽14。

步骤002：在制备的衬底10镶嵌印刷电路板20；

具体的，将印刷电路板20放入到容纳槽14中，并通过导热胶粘接连接进行固定。

步骤003：在衬底10的电路层11设置至少一个第一芯片30，将每个第一芯片30与电路层11电连接，并将至少一个第一芯片30与印刷电路板20电连接；

具体的，在电路层11上贴锡膏，将第一芯片30放置在锡膏上，之后通过回流焊将第一芯片30固定在电路层11，并且通过回流焊的温度将锡膏固化。之后通过焊线50将第一芯片30与电路层11电连接。

步骤004：在印刷电路板20上设置至少一个第二芯片40，将每个第二芯片40与印刷电路板20电连接。

具体的，可以参考上述步骤003。

当然上述的步骤003以及步骤004可以不按照上述顺序制备，也可以先将第一芯片30及第二芯片40分别固定在电路层11及印刷电路板20后，在将第一芯片30及第二芯片40分别与电路层11或印刷电路板20电连接。

步骤005、封装；

通过注塑的方式在形成封装层60，将上述的第一芯片30、第二芯片40及衬底10包裹起来，仅仅将导电层的引线70外露，从而提高了功率模块的安全性。

通过上述描述可以看出，通过采用将印刷电路板20镶嵌在衬底10中承载芯片，方便了芯片的设置，并且通过芯片可以通过印刷电路板20、衬底10直接散热，提高了散热效果。

本申请实施例还提供了一种电气设备，该电气设备包括上述的功率模块，通过采用将印刷电路板20镶嵌在衬底10中承载芯片，方便了芯片的设置，并且通过芯片可以通过印刷电路板20、衬底10直接散热，提高了散热效果。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。