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和图2所示，现有的智能功率模块10'大多并未设置散热片，如此，功率元件400'产生的热量经过布线层300'向外传递，由于功率元件400'与布线层300'接触面的热导率较低，因此智能功率模块10'的散热性较差。为了改善智能功率模块10'的散热，少数智能功率模块10'在功率元件400'上设有散热片，然而，目前使用的散热片主要是由铜材料或铝材料制成，铝的热导率在200W/m·K左右，铜的热导率在300W/m·K左右，由于铝、铜的散热能力有限，因此很难使得智能功率模块10'获得高散热性和高热可靠性。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；绝缘层，设于所述基板的第一表面；布线层，形成于所述绝缘层背离所述基板的一侧；散热片，设于所述布线层背离所述绝缘层的一侧，所述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层；功率元件，贴装在所述散热片背离所述布线层的一侧；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为5μm至100μm。优选地，所述基底金属层包括铜层或铝层。优选地，所述散热片还包括焊接层，所述焊接层设于所述石墨烯层背离所述基底金属层的外表面。优选地，所述焊接层为银层。优选地，所述焊接层的厚度为5μm-20μm。优选地，所述散热片的供所述功率元件贴合的第一贴合面的面积大于所述功率元件的与所述散热片贴合的第二贴合面的面积，且所述第二贴合面位于所述第一贴合面内。优选地，所述第二贴合面的边缘与所述第一贴合面的边缘之间形成环形的散热区域。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。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；绝缘层，设于所述基板的第一表面；布线层，形成于所述绝缘层背离所述基板的一侧；散热片，设于所述布线层背离所述绝缘层的一侧，所述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层；功率元件，贴装在所述散热片背离所述布线层的一侧；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功率元件和布线层之间设置散热片，所述散热片包括基底金属层和设于基底金属层两相对侧表面的石墨烯层，由于石墨烯层具有高的热导率和比表面积，因此，散热片能够提高功率元件和布线层之间的热交换率，进而提高功率元件的散热速率，避免功率元件产生不平衡热点，因此，本专利提出的智能功率模块具有高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为本实用新型智能功率模块一实施例的俯视图；图4为图3沿IV-IV方向的剖面图；图5为图3中散热片一实施例的剖视图；图6为图3中散热片另一实施例的剖视图；图7为本实用新型智能功率模块另一实施例的俯视图；图8为图7中散热片与碳化硅MOSFET的俯视图；图9为图7中散热片与碳化硅SBD的俯视图；附图标号说明：标号名称标号名称10智能功率模块410功率因数校正元件100基板420逆变元件200绝缘层510基底金属层300布线层520石墨烯层400功率元件530焊接层500散热片410A碳化硅MOSFET600包覆层410B碳化硅SBD700非功率元件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3至图5所示，该智能功率模块10包括：基板100、绝缘层200、布线层300、多个功率元件400、散热片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，所述绝缘层200设于所述基板100的第一表面，所述布线层300形成于所述绝缘层200背离所述基板100的一侧；所述散热片500设于所述布线层300背离所述绝缘层200的一侧，所述散热片包括基底金属层510和设于所述基底金属层510两相对侧表面的石墨烯层520；所述功率元件400贴装在所述散热片500背离所述布线层300的一侧；所述包覆层600包覆在所述功率元件400和所述基板100的外部。智能功率模块10的基板100上设有功率元件400和非功率元件700，所述功率元件400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在功率元件400和所述布线层300之间贴装有散热片500，所述散热片500包括基底金属层510和设于基底金属层510两表面的石墨烯层520，由于石墨烯层520的热导率高达5000W/m·K，理论比表面积高达2630m2/g，因此，能够提高功率元件400和布线层300之间的热导率，从而能够实现功率元件400的快速散热，避免功率元件400产生不平衡热点，因此，本专利提出的智能功率模块10具有高的散热性能和热可靠性。进一步地，为了保证石墨烯层520能够充分地发挥散热性能，所述石墨烯层520的厚度为5μm至100μm。在本专利第一实施例中，请参照图5，所述基底金属层510为铜片，厚度为1.0mm左右；所述散热片500的石墨烯层520采用化学气相沉积的方法引入到基底金属层510上，石墨烯层520的厚度为50μm左右。在本专利第二实施例中，请继续参照图5，所述基底金属层510为铜片，厚度为1.2mm左右；所述散热片500的石墨烯层520采用喷涂或丝网印刷的方法引入到基底金属层510上，石墨烯层520的厚度为80μm左右。铜片具有较高的热导率，且铜片与石墨烯层520的结合性好，然本专利的设计不限于此，在其他实施例中，所述基底金属层510还可以为铝片。进一步地，请参照图6，为了提高散热片500的焊接性能，使得散热片500更容易贴装在功率元件400上，本专利一实施例中，所述散热片500还包括焊接层530，所述焊接层530设于所述石墨烯层520背离所述基底金属层510的外表面。具体地，所述焊接层530为Ag层(银层)，银层能够增加散热片500的可焊接性能，优选地，所述焊接层530的厚度在5-20μm，如此，既不会影响石墨烯层520的散热效果，又可以提高散热片500与功率元件400的连接能力。具体地，所述Ag层可以采用电镀或磁控溅射的方式设置到石墨烯层520上。在此需要说明的是，本实施例中，所述散热片500通过锡丝焊接的方式与功率元件400焊接固定，Ag层的引入能够提高散热片500的焊接性能。然本专利的设计不限于此，于其他实施例中，所述散热片500还可以通过导电导热胶贴装于所述功率元件400面向所述布线层300的侧表面。进一步地，请参照图7至图9，为了使得功率元件400的热量充分地传导至散热片500上，本专利提出的智能功率模块10在所述散热片500与所述功率元件400相贴合的位置，所述散热片500的面积大于所述功率元件400的面积。具体地，所述散热片500的供所述功率元件400贴合的第一贴合面的面积大于所述功率元件400的与所述散热片500贴合的第二贴合面的面积，且所述第二贴合面位于所述第一贴合面内。如此，功率元件400的散热面积达到最大，从而能够使得功率元件400产生的热量充分地传导至散热片500，进而提高智能功率模块10的散热性能和热可靠性。然本专利的设计不限于此，于其他实施例中，所述第一贴合面的面积与所述第二贴合面的面积相等且形状相同，如此，既能够保证功率元件400的散热面积最大，又能够节省散热片500的材料使用量。进一步地，请参照图8和图9，为了改善功率元件400的散热效果，本专利一实施例中，所述第二贴合面的边缘与所述第一贴合面的边缘之间形成环形的散热区域。由于功率元件400与散热片500贴装固定后，功率元件400与散热片500之间形成环形散热区，如此，能够促进功率元件400的热量向散热片500传递，进而改善功率元件400的散热效果。作为一种优选方式，所述散热片500与所述功率元件400的形状相同或相似，且所述功率元件400的边缘到所述散热片500的边缘的距离相同，由于散热片500各个位置的热传导系数基本一致，当功率元件400的边缘到所述散热片500的边缘的距离相同时，功率元件400产生的热量能够均匀地向散热片500传递，从而避免功率元件400产生不平衡热点，同时能够避免发热量较大的功率元件400对不发热或发热量较小的非功率元件700造成热干扰。进一步地，为了进一步地改善智能功率模块10的散热效果，本专利一实施例中，所述绝缘层200内填充有导热绝缘颗粒。具体地，所述绝缘层200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，导热绝缘颗粒能够提高环氧树脂层的热导率，从而能够改善绝缘层200的散热效果。本实施例中，所述导热绝缘颗粒为氧化铝陶瓷颗粒。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。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背离所述绝缘层200的第二表面呈裸露设置，如此，能够促进绝缘层200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。请参照图7至图9，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400包括功率因数校正元件410和逆变元件420，功率因数校正元件410包括：碳化硅MOSFET(碳化硅场效应管410A)和碳化硅SBD(碳化硅肖特基势垒二极管410B)和；逆变元件420包括碳化硅MOSFET。由于功率因数校正元件410的电流大于逆变元件420的电流，这造成功率因数校正元件410的发热量比逆变元件420的发热量大，因此功率因数校正元件410上会形成不平衡热点，使得功率因数校正元件410会对逆变元件420和非功率元件700造成热干扰。为了解决上述问题，本专利提出的智能功率模块10的功率因数校正元件410上设有散热片500。在第一实施例中，碳化硅MOSFET长为3.2mm，宽为3.4mm；对应的散热片500长为8mm，宽为6.5mm；碳化硅SBD长为3.0mm，宽为2.5mm；对应散热片500长为5.5mm，宽为4.5mm。散热片500的基底金属层510为铜片，厚度为1.0mm左右，石墨烯层520采用化学气相沉积的方法引入，厚度为50μm左右。使用导热导电胶将功率元件400贴装在散热片500上或者使用锡丝将功率元件400焊接在散热片500上。在第二实施例中，碳化硅MOSFET长为3.2mm，宽为3.4mm；对应的散热片500长为8mm，宽为6.5mm；碳化硅SBD长为3.0mm，宽为2.5mm；对应散热片500长为5.5mm，宽为4.5mm。散热片500的基底金属层510为铜片，厚度为1.2mm左右，石墨烯层520采用喷涂的方法引入，厚度为80μm左右。使用导热导电胶将功率元件400贴装在散热片500上或者使用锡丝将功率元件400焊接在散热片500上。在此需要说明的是，为了避免功率因数校正元件410对逆变元件420和非功率元件700造成热干扰，第一实施例和第二实施例在功率因数校正元件410上设有散热片500。然本专利的设计不限于此，于其他实施例中，所述逆变元件420上也可以设置散热片500，从而进一步地改善智能功率模块10的散热效果。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