智能功率模块及其制造方法_4

文档序号:8447095阅读:来源:国知局
率元件19和所述电路布线16的工序;烘烤并模制的工序;对引脚11进行成型的工序;进行功能测试的工序。具体工序图如图9所示。
[0136]以下说明各工序的详细情况。
[0137]第一工序:参照图3 (A)、图3 (B)、图3 (C)、图3 (D)、图3 (E)、图3 (F)、图3 (G)及图3(H)。
[0138]图3(A)是本发明实施例智能功能模块中纸质散热器的主视图;
[0139]图3(B)是图3(A)的X_X’线的截面图;
[0140]图3(C)是在纸质散热器的正面形成绝缘层和铜箔层的示意图;
[0141]图3(D)是在图3(C)所示的铜箔层上形成电路布线的示意图;
[0142]图3(E)是图3(D)的X-X,线的截面图;
[0143]图3(F)是在图3(D)的电路布线上形成通孔的示意图;
[0144]图3(G)是形成散热皱褶的示意图;
[0145]图3(H)是将皱褶粘附在纸质散热器的背面的结构示意图。
[0146]本发明实施例第一工序是形成大小合适的湿式碳素复合材料,基于该湿式碳素复合材料形成纸质散热器17,在纸质散热器17上形成通孔22和散热皱褶17A的工序。
[0147]首先,参照图3(A)和沿图3㈧的X-X’线的截面图3(B),根据需要的电路布局设计大小合适的纸质散热器17,对于一般的智能功率模块,一枚智能功率模块的大小可选取64mmX 30mm,厚度为1.5mm的湿式碳素复合材料,然后通过耐受温度在300°C以上的耐高温胶水,在上述64mmX 30mm矩形纸质散热体的背面装配厚度为0.5mm的同材料矩形,作为散热皱褶。
[0148]参考图3(C),使用具有角形或球形掺杂的绝缘材料和铜材,通过同时热压的方式,使绝缘材料形成于所述纸质散热器17的表面(正面)作为所述绝缘层21、铜材形成于所述绝缘层21表面作为铜箔层18B。
[0149]在此,为了提高耐压特性,所述绝缘层21的厚度可以设计为110 μπι,为了提高散热特性,所述绝缘层21的厚度可以设计为70 μπι。在此,为了提高通流能力,所述铜箔层18Β的厚度可以设计成0.07mm,为了降低成本,所述铜箔层18B的厚度可以设计成0.035mm或0.0175mm。
[0150]参考图3(D)和沿图3(D)的X-X’线的截面图3(E),将铜箔层18B的特定位置腐蚀掉,剩余部分为电路布线18及焊垫18A。
[0151]参考图3F),通过冲压、剪切、转穿等方式,在所述电路布线18之间的特定位置形成通孔22,所述通孔22贯穿所述绝缘层21及所述纸质散热器17,形成通孔22后,可考虑使用风枪对表面残留进行清洁,也可以使用超声清洗机进行清洁。
[0152]参考图3(G),使用厚度为0.5mm的湿式碳素复合材料形成不规则形状,作为所述散热皱褶17A。对两面进行如涂敷防水胶的防蚀、防水处理。
[0153]参考图3(H),使用耐受温度在300°C以上的耐高温胶水,将所述散热皱褶17A粘附在所述纸质散热器17的背面。
[0154]第二工序:参照图4 (A)、图4⑶和图4 (C),图4 (A)是本发明实施例智能功能模块中制成一排引脚的示意图;图4(B)是图4(A)中单个引脚的结构示意图;图4(C)是带有弧度的单个引脚示意图。
[0155]本发明的第二工序是制成独立的带镀层的引脚11的工序。
[0156]每个引脚11都是用铜基材,通过冲压或者蚀刻的方式,制成如图4(A)所示的一排引脚11,在本实施例中,引脚11由12个单独的引脚单元通过加强筋IlA连接;如图4(B)所示,单独的引脚单元为长度C为25mm,宽度K为1.5mm,厚度H为Imm的长条状;有时,为便于装配,也可以在引脚单元其中一端压制出一定的弧度,如图4(C)所示。
[0157]然后,通过化学镀的方法在引脚表面形成镍层,具体包括:
[0158]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0.1 μπι。
[0159]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,在镍层表面形成形成镍锡合金层,合金层一般控制在5 μm,合金层的形成极大提高了引脚的保护性和可焊性。
[0160]第三工序:参考图5(A)和图5(B),图5(A)是本发明实施例中装配功率元件、非功率元件及引脚的智能功率模块的侧视图;图5(B)是图5(A)的俯视图。
[0161]本发明的第三工序是在所述电路布线18表面装配功率元件19、非功率元件14和在所述焊垫18A表面装配引脚11的工序。
[0162]首先,通过锡膏印刷机,使用钢网,对所述绝缘层21上的所述电路布线18的特定位置和所述焊垫18A进行锡膏涂装;在此,为了提高爬锡高度,可使用0.15mm厚度的钢网,为了降低功率器件19和非功率元件14移位的风险,可使用0.12_厚度的钢网。本实施例中,使用的功率元件19的高度为0.07mm,为比较轻的元器件,所以钢网厚度可以选择0.12mm厚度的钢网,在其他实施例中还可以采用其他合适尺寸,在此不作限定。
[0163]然后,参照侧视图图5(A)和俯视图图5(B),进行功率元件19、非功率元件14和引脚11的安装,功率元件19和非功率元件14可直接放置在所述电路布线18的特定位置,而引脚11则一端安放在所述焊垫18A上,另一端需要载具20进行固定,所述载具20通过合成石等材料制成。
[0164]在此,载具20需要进行底部镂空处理,使所述散热皱褶17A露出,所述纸质散热器17背面边缘至少1_的未被所述散热皱褶17A覆盖的位置与所述载具20接触起支撑作用。
[0165]然后,放于所述载具20上的所述绝缘层21通过回流焊,锡膏固化,所述非功率元件14和所述引脚11被固定。
[0166]上述过程中,作为一种优选方式,可选用溶解温度为280°C的锡膏。
[0167]需要说明的是,在其他实施方式中,还可以选择银胶或银浆代替上述锡膏。
[0168]第四工序:
[0169]本发明的第四工序是清洗纸质散热器17的工序。
[0170]首先将所述纸质散热器17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,根据所述非功率元件14在所述电路布线18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。
[0171]清洗时,通过机械臂夹持所述引脚11,将所述纸质散热器17置于清洗槽中,并要注意不要让机械臂触碰所述纸质散热器17,因为所述纸质散热器17具有脆性并容易形变,如果机械臂夹持所述纸质散热器17,在清洗时产生的震动,容易造成所述纸质散热器17发生崩裂。
[0172]第五工序:参照图6(A)和图6(B),图6(A)是本发明实施例第五工序中,通过金属线使功率元件、非功率元件、散热器和电路布线间形成连接的侧视图;图6(B)是图6(A)的俯视图。
[0173]本发明的第五工序是通过金属线(也可以成为绑定线),使所述功率元件19、非功率元件14、散热器13和所述电路布线18间形成连接的工序。
[0174]根据通流能力需要,选择适当直径的铝线作为金属线,对于用于信号控制的集成电路,也可考虑使用金线作为金属线。在本实施例中,全部选择铝线,一般来说,对所述功率元件19的邦定使用350 μπι?400 μπι的销线,对所述非功率元件14的邦定使用38 μπι?200 μπι的铝线,对所述散热器13的邦定使用350 μπι?400 μπι的铝线。
[0175]此工序完成后的制品可以参照侧视图图6(A)和俯视图图6(B)。
[0176]其中通过金属线使功率元件19、非功率元件14、散热器13和电路布线18间连接,形成相应的电路。
[0177]如图6(B)所示,所述电路单元1001实现所述桥堆功能、所述电路单元1002实现所述压缩机逆变功能、所述电路单元1003实现所述功率因素校正功能、所述电路单元1004实现所述风机逆变功能。
[0178]第六工序:参照图7
[0179]本发明的第六工序是由密封树脂12密封所述纸质散热器17的工序。图7表示使用模具50由密封树脂12密封所述纸质散热器17的工序的剖面图。
[0180]具体地,首先,在无氧环境中对所述纸质散热器17进行烘烤,烘烤时间不应小于2小
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