智能功率模块及空调器的制作方法

本实用新型涉及电子器件领域，特别涉及一种智能功率模块及空调器。
背景技术：
：智能功率模块(IntelligentPowerModule，IPM)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。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，如全直流变频空调的室外机，在高温的状态下，会使所述智能功率模块内部温度升高。如图1至图3所示，现有的智能功率模块10'的散热路径为功率元件500'工作时产生的热量经过布线层400'传导至绝缘层300'，经过绝缘层300'传导到基板100'，基板100'的热量通过包覆层600'传导到外界，完成散热。绝缘层300'通常是一些高分子聚合物，相对金属导热性较差，而基板100'主要由铝制成，铝基板的导热系数为200W/m·K左右，散热能力有限，这就导致热量从绝缘层300'传导至基板100'的过程中热传导效率较低，如此，导致了现有的智能功率模块10'的散热较差，很难满足智能功率模块高散热性和高热可靠性的要求。技术实现要素：本实用新型的主要目的是提出一种智能功率模块，旨在提高智能功率模块的散热性和热可靠性。为实现上述目的，本实用新型提出的智能功率模块包括：基板，所述基板具有相对设置的第一表面和第二表面；石墨烯层，设于所述基板的第一表面；绝缘层，设于所述石墨烯层背离所述基板一侧；布线层，形成于所述绝缘层背离所述石墨烯层的一侧；功率元件，设于所述布线层背离所述绝缘层的一侧；以及包覆层，密封包覆在所述功率元件和所述基板的外部。优选地，所述石墨烯层的厚度的范围为10μm至100μm。优选地，所述绝缘层包括环氧树脂层和填充在所述环氧树脂层内的导热绝缘颗粒。优选地，所述导热绝缘颗粒的材质为氧化铝陶瓷。优选地，所述绝缘层的厚度的范围为70μm至120μm。优选地，所述基板的材质为铝合金，所述基板的厚度的范围为1mm至2mm。优选地，所述智能功率模块还包括第一散热片，所述第一散热片贴装在所述功率元件和所述布线层之间。优选地，所述第一散热片包括基底金属层和设于所述基底金属层两相对侧表面的石墨烯涂层。优选地，所述智能功率模块还包括第二散热片，所述第二散热片贴装在所述功率元件背离所述布线层的侧表面。本实用新型还提出一种空调器，所述空调器包括智能功率模块，所述智能功率模块包括：基板，所述基板具有相对设置的第一表面和第二表面；石墨烯层，设于所述基板的第一表面；绝缘层，设于所述石墨烯层背离所述基板一侧；布线层，形成于所述绝缘层背离所述石墨烯层的一侧；功率元件，设于所述布线层背离所述绝缘层的一侧；以及包覆层，密封包覆在所述功率元件和所述基板的外部。本实用新型提出的智能功率模块通过在基板和绝缘层之间设置有石墨烯层，由于石墨烯层具有高的热导率和比表面积，因此石墨烯层可以在基板和绝缘层之间形成快速散热通道，进而能够提高功率元件的热量向外扩散的速率，避免产生热聚集现象，因此，本专利提出的智能功率模块具有高的的散热性能和热可靠性。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为现有的智能功率模块的俯视图；图2为图1沿II-II方向的剖面图；图3为现有的智能功率模块的散热路径示意图；图4为本实用新型智能功率模块一实施例的剖视图；图5为本实用新型智能功率模块的散热路径示意图；图6为本实用新型智能功率模块另一实施例的剖视图；附图标号说明：标号名称标号名称100基板700非功率元件200石墨烯层510功率因数校正元件300绝缘层520逆变元件400布线层910第一散热片500功率元件920第二散热片600包覆层本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。本实用新型提出一种智能功率模块，该智能功率模块具有高的散热性和热可靠性。在本实用新型实施例中，如图4和图5所示，该智能功率模块10包括：基板100、石墨烯层200、绝缘层300、布线层400、功率元件500和包覆层600，所述基板100具有相对设置的第一表面和第二表面，所述石墨烯层200设于所述基板100的第一表面，所述绝缘层300设于所述石墨烯层200背离所述基板100一侧，所述布线层400形成于所述绝缘层300背离所述石墨烯层200的一侧，所述功率元件500设于所述布线层400背离所述绝缘层300的一侧，所述包覆层600密封包覆在所述功率元件500和所述基板100的外部。智能功率模块10的布线层400上设有功率元件500和非功率元件700，所述功率元件500产生的热量远高于非功率元件700产生的热量，如此，会产生不平衡热点，导致热聚集现象，降低智能功率模块10的热可靠性。本专利提出的智能功率模块10在基板100和绝缘层300之间设有石墨烯层200，石墨烯的热导率高达5000W/m·K，理论比表面积高达2630m2/g，因此，石墨烯层200可以在基板100和绝缘层300之间形成快速散热通道，进而能够提高功率元件500的热量向外扩散的速率，避免产生热聚集现象，因此，本专利提出的智能功率模块10具有高的的散热性能和热可靠性。具体地，本实施例中的智能功率模块10为集成了PFC(功率因数校正)功能和逆变功能的智能功率模块10，所述功率元件500包括功率因数校正元件510和逆变元件520，功率因数校正元件510包括：碳化硅MOSFET(碳化硅场效应管)和碳化硅SBD(碳化硅肖特基势垒二极管)；逆变元件520包括碳化硅MOSFET和碳化硅SBD。进一步地，考虑到智能功率模块10各部分的厚度对智能功率模块10的散热能力都有影响，为了在保证基板100强度的同时，还能够具有较高的散热性能，所述基板100的厚度的范围为1mm至2mm；为了既能够保证绝缘层300的绝缘性能，又能够避免绝缘层300产生较大的热阻，所述绝缘层300的厚度的范围为70μm至120μm；为了保证石墨烯层200能够充分地发挥其优良的散热性能，所述石墨烯层200的厚度的范围为10μm至100μm。进一步地，为了减少绝缘层300的热阻，提高绝缘层300的热导率，本专利一实施例中，所述绝缘层300包括环氧树脂层和填充在所述环氧树脂层内的导热绝缘颗粒。具体地，本实施例中，该导热绝缘颗粒的材质为氧化铝陶瓷(Al2O3)，氧化铝陶瓷材料为绝缘材料且具有较高的热导率，如此，能够减少绝缘层300的热阻，从而改善智能功率模块10的散热性能。然本专利的设计不限于此，于其他实施例中，所述导热绝缘颗粒还可以为氧化镁陶瓷颗粒(MgO)、氧化锌陶瓷颗粒(ZnO)、氧化镍陶瓷颗粒(NiO)、氮化铝陶瓷颗粒(AlN)、氮化硅陶瓷(Si3N4)碳化硅陶瓷颗粒(SiC)、氮化硼陶瓷颗粒(BN)中的一种或多种。在本专利第一实施例中，电路基板100为铝合金板，厚度为1.5mm，绝缘层300为填充了氧化铝陶瓷颗粒的环氧树脂层，绝缘层300的厚度为110μm，石墨烯层200采用化学气相沉积的方法生长在铝基板100表面，厚度为50μm。在本专利第二实施例中，电路基板100为铝合金板，厚度为1.2mm，绝缘层300为填充了氧化铝陶瓷颗粒的环氧树脂层，绝缘层300的厚度为110μm，石墨烯层200采用化学气相沉积的方法生长在铝基板100表面，厚度为100μm。在本专利第三实施例中，电路基板100为铝合金板，厚度为1.5mm，绝缘层300为填充了氧化铝陶瓷颗粒的环氧树脂层，绝缘层300的厚度为110μm，石墨烯层200采用热喷涂的方法涂覆在铝基板100表面，厚度为100μm。进一步地，考虑到包覆层600完全包覆基板100的智能功率模块10内部容易产生热积聚，为了避免智能功率模块10热积聚，促进功率模块散热，本专利一实施例中，所述包覆层600部分包覆所述基板100，以使所述基板100的第二表面呈裸露设置。具体地，所述包覆层600由树脂材料制成，由于所述基板100背离所述石墨烯层200的第二表面呈裸露设置，如此，能够促进基板100的第二表面的散热，从而能够改善智能功率模块10的散热性能。进一步地，请参照图6，为了改善功率元件500的散热，本专利提出的智能功率模块10还包括第一散热片910。具体地，所述第一散热片910贴装在所述功率元件500和所述布线层400之间。第一散热片910由导热率较高的材料制成，如此，能够促进功率元件500的热量向外传递，避免发热量大的功率元件500产生不平衡热点，从而消除热聚集现象，使得智能功率模块10具有高的散热性能和热可靠性。进一步地，所述第一散热片910包括基底金属层和设于所述基底金属层两相对侧表面的石墨烯涂层，石墨烯具有较高的热导率和比表面积，因此能够实现功率元件500的快速散热。在此需要说明的是，本专利提出的散热片由基底金属层和石墨烯涂层两部分构成，其中，基底金属层的主要作用是提供支撑载体，石墨烯涂层涂覆在基底金属层上，如此，可以提高第一散热片910的成型率。基底金属层通常由热导率较高的金属制成，例如铜、铝等。进一步地，请继续参照图6，所述智能功率模块10还包括第二散热片920，所述第二散热片920贴装在所述功率元件500背离所述布线层400的侧表面，如此，功率元件500的两面都贴装有散热片，因此能够使得功率元件500的热量快速向外扩散，从而提高智能功率模块10的散热性能和热可靠性。具体地，所述第二散热片920可以采用与第一散热片910相同的结构，也可以由铜片或铝片制成。作为一种优选方式，所述第二散热片920远离功率元件500的外壁面呈裸露设置，如此，可以进一步地促进功率元件500的热量向外传递。本实用新型还提出一种空调器，该空调器包括智能功率模块，该智能功率模块的具体结构参照上述实施例，由于本专利提出的空调器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本实用新型的专利保护范围内。当前第1页1 2 3