高集成功率模块和电器的制作方法

本实用新型涉及电器制造领域，具体而言，本实用新型涉及高集成功率模块和电器。

背景技术：

智能功率模块(IPM，Intelligent Power Module)是一种先进的功率开关器件，本质上是集成了功率器件及其驱动电路芯片的模块；智能功率模块在能源管理领域可起到其他集成电路难以企及的重要作用，器件性能直接影响能源系统的利用效率。智能功率模块以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为内核，由高速低功耗管芯、优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。功率模块内的绝缘栅双极型晶体管的管芯一般选用高速型的，而且驱动电路紧靠绝缘栅双极型晶体管，驱动延时小，所以功率模块开关速度快、损耗小。

由于功率器件为发热源，为了避免器件发热量过大而出现热失效现象，需要对各功率器件进行良好散热。受现有功率器件结构的限制，在利用封装料对功率器件进行封装的过程中容易出现溢胶现象，影响功率器件的散热效果。因而，现有的功率器件仍有待改进。

技术实现要素：

本实用新型是基于发明人对以下事实和问题的发现而提出的：

为提高智能功率模块散热效果，半包封结构在智能功率模块中的应用越来越广泛，而半包封结构的智能功率模块中外露的基板背部很容易在封装过程中发生溢胶，出现封装料包裹基板背部部分表面的现象。发明人通过研究发现，这主要是由于功率模块中的引脚与基板完成焊接后，引脚的下沉高度与下沉部位已固化，同时基板厚度与引脚下沉高度等参数又存在加工误差。而后续利用封装模具进行封装处理时，基板背部无法与模腔的下表面紧密贴合，导致封装料填充到基板背部与模腔下表面之间的空隙中，在基板背部形成溢胶。从而不仅影响模块外观，还降低了基板背部的散热效果。

本实用新型旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中的至少一个。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种高集成功率模块。根据本实用新型的实施例，该高集成功率模块包括：封装体，所述封装体包括基板和封装料；引脚，所述引脚包括连接段、中间段和外延段；所述连接段、所述中间段和所述外延段的一部分位于所述封装体内，所述外延段的另一部分位于所述封装体外；所述连接段与所述基板相连，所述中间段包括至少一个弯曲部。

根据本实用新型实施例的高集成功率模块通过在引脚的下沉部位(即中间段)采用弯曲结构设计，从而使引脚在下沉部位具有一定的伸缩余量。由此，当采用该引脚焊接的高集成功率模块半成品在封装模具模腔内进行封装时，如果出现由于引脚下沉高度与基板厚度加工误差造成基板背面无法与模腔下表面紧密贴合的情况，可以简便地将基板下压，此时引脚弯曲部受力拉伸，下沉高度增加，很容易实现基板背部与模腔下表面的紧密接触，从而避免了基板背部出现溢胶，保证了高集成功率模块成品的良率。此外，引脚弯曲部拉伸带来的引脚下沉高度的增加，还同时增加了引脚与封装料的接触面积，从而可以显著提高高集成功率模块的封装强度。

任选的，所述封装体中的封装料包裹所述基板的正面，并暴露所述基板的背面。

任选的，所述引脚包括多个，多个所述引脚分别设置在所述封装体的两侧。

任选的，所述弯曲部所在弧线的弧度不小于90度。由此，可以保证引脚弯曲部具有一定的强度，避免引脚在受力伸缩时受到损伤。

任选的，所述弯曲部所在弧线的弧度不小于120度。由此，可以进一步提高引脚弯曲部的强度，避免引脚在受力伸缩时受到损伤。

任选的，所述高集成功率模块进一步包括：晶圆和绑线，所述晶圆设在所述基板的正面，所述绑线连接所述晶圆与所述基板上的布线。

任选的，所述晶圆包括多个，多个所述晶圆之间通过所述绑线相连。

任选的，所述基板为金属基板。

任选的，所述封装料包括硅胶和/或聚氨酯。

在本实用新型的另一方面，本实用新型提出了一种电器。根据本实用新型的实施例，该电器包括上述实施例的高集成功率模块。由此，该电器具有前面描述的高集成功率模块的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电器具有良好的使用性能。

任选的，上述电器可以为空调、洗衣机、冰箱或电磁炉。空调、洗衣机、冰箱或电磁炉中通过采用上述实施例的高集成功率模块，可有效解决功率模块基本背部的溢胶问题，且具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/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是现有智能功率模块的结构示意图；

图2是利用封装模具对现有智能功率模块进行封装的过程示意图；

图3是利用封装模具对现有智能功率模块进行封装时基板背部出现溢胶的示意图；

图4是图3中A部位的放大图；

图5是根据本实用新型一个实施例的高集成功率模块的结构示意图；

图6是利用封装模具对根据本实用新型一个实施例的高集成智能功率模块进行封装的过程示意图。

附图标记：

100：封装体；200：基板；300：封装料；

400：引脚；410：连接段；420：中间段；430：外延段；421：弯曲部；

422：弯曲部所在弧线；

500：晶圆；600：绑线；

700：溢胶；t：下沉高度；

800：封装模具；810：模腔。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

发明人在对高集成功率模块的研究中发现，为提高智能功率模块散热效果，半包封结构在智能功率模块中的应用越来越广泛，而半包封结构的智能功率模块中外露的基板背部很容易在封装过程中发生溢胶，出现封装料包裹基板背部部分表面的现象。发明人通过研究发现，这主要是由于功率模块中的引脚与基板完成焊接后，引脚的下沉高度与下沉部位已固化，同时基板厚度与引脚下沉高度等参数又存在加工误差。而后续利用封装模具进行封装处理时，基板背部无法与模腔的下表面紧密贴合，导致封装料填充到基板背部与模腔下表面之间的空隙中，在基板背部形成溢胶。从而不仅影响模块外观，还降低了基板背部的散热效果。

具体的，如图1所示，在现有的半包封智能功率模块中，引脚中间段不存在弯曲部位，下沉部位固化，下沉高度t很难在后续的加工过程中再发生改变。参考图2，在利用封装模具800对功率模块半成品进行封装时，由于基板背部与模腔810下表面贴合不紧密，容易在基板背部形成溢胶700(如图3和4所示)。

鉴于此，在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种高集成功率模块。根据本实用新型的实施例，参考图5，该高集成功率模块包括：封装体100和引脚400。其中，封装体100包括基板200和封装料300；引脚400包括连接段410、中间段420和外延段430；连接段410、中间段420和外延段430的一部分位于封装体100内，外延段430的另一部分位于封装体100外；连接段410与基板200相连，中间段420包括至少一个弯曲部421。

根据本实用新型实施例的高集成功率模块通过在引脚的下沉部位(即中间段)采用弯曲结构设计，从而使引脚在下沉部位具有一定的伸缩余量。由此，当采用该引脚焊接的高集成功率模块半成品在封装模具模腔内进行封装时，如果出现由于引脚下沉高度与基板厚度加工误差造成基板背面无法与模腔下表面紧密贴合的情况，可以简便地将基板下压，此时引脚弯曲部受力拉伸，下沉高度增加，很容易实现基板背部与模腔下表面的紧密接触，从而避免了基板背部出现溢胶，保证了高集成功率模块成品的良率。此外，引脚弯曲部拉伸带来的引脚下沉高度的增加，还同时增加了引脚与封装料的接触面积，从而可以显著提高高集成功率模块的封装强度。

本实用新型的高集成功率模块引脚结构与现有的常规引脚相比，引脚中间段包括至少一个弯曲部，从而形成了一级或多级“台阶弯曲结构”(弯曲部个数与台阶级数均可根据引脚尺寸灵活选择)，从而使本实用新型的引脚下沉部位尺寸伸缩量相对于现有常规引脚显著提高。引脚弯曲部可以采用模具冲压成型进行加工。由于引脚弯曲部具有一定的伸缩余量，当引脚下沉尺寸与基板厚度误差造成基板背部与封装模具模腔下表面接触不良时，通过将基板下压(例如可以通过模具顶杆对基板施加下压力)，引脚弯曲部伸缩量相应变化，进而保证了基板背部与模腔底部的紧密贴合，有效避免了基板背部溢胶。

下面参考图5～6进一步对根据本实用新型实施例的高集成功率模块进行详细描述。

根据本实用新型的实施例，封装体100中的封装料300包裹基板200的正面，并暴露基板200的背面，也即是说，本实用新型的高集成功率模块可以采用半包封装结构。换言之，本实用新型所提供的引脚方案适用于半包封装的功率器件，以有效避免半包封装功率器件暴露的基板背部的溢胶。

根据本实用新型的实施例，高集成功率模块中引脚400包括多个，多个引脚400分别设置在封装体100的两侧。本领域技术人员能够理解，为了保证在下压基板的过程中引脚下沉高度一致，根据本实用新型的优选实施例，位于封装体两侧的各个引脚结构应一致，从而可以进一步提高高集成功率模块产品的良率。

根据本实用新型的实施例，弯曲部所在弧线(如图5中422所示)的弧度不小于90度。由此，可以保证引脚弯曲部具有一定的强度，避免引脚在受力伸缩时受到损伤。弯曲部所在弧线的弧度越小，相应地弯曲部的弯曲程度也就越大。发明人在实验中发现，如果弯曲部所在弧线的弧度过小，弯曲部的弯曲程度过大，会导致在下压基板的过程中引脚容易损伤，影响高集成功率模块产品的良率。

为了进一步提高引脚弯曲部的强度，根据本实用新型更优选的实施例，弯曲部所在弧线的弧度不小于120度。同时，为了保证引脚弯曲部具有一定的伸缩余量，应保证弯曲部所在弧线的弧度不高于170度。如果弯曲部所在弧线的弧度过大，则引脚弯曲部弯曲程度过小，无法为引脚提供足够的伸缩余量，难以实现在下压基板的过程中引脚伸缩以保证基板背部与模腔下表面紧密贴合的效果。

根据本实用新型的实施例，本实用新型的高集成功率模块进一步包括：晶圆500和绑线600，晶圆500设在基板200的正面，绑线600连接晶圆500与基板200上的布线(基板上的布线未在附图中示出)。

根据本实用新型的实施例，晶圆500可包括多个，多个晶圆500之间通过绑线600相连。本实用新型的高集成功率模块通过采用如前所述的引脚结构，可有效解决基板背部的溢胶问题，从而保证基板有优秀的散热性能。从而，根据本实用新型的具体示例，基板上可集成例如应用于空调电控的压缩机IPM、风机IPM等的多个晶圆，同时保证高集成的功率模块具有优秀的散热性能。

根据本实用新型的实施例，基板200的材料并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。为了进一步提高基板200的散热性能，根据本实用新型的优选实施例，基板200为金属基板，例如铝、铜等，通过采用热导率极好铝基板或者铜基板，可以进一步有利于设置基板200上的高功耗元件的散热，从而进一步提高高集成功率模块可靠性和使用寿命。

根据本实用新型的实施例，封装料300的具体种类并不受特别限制，只要能够对基板200上各元件起到有效的电气隔离和保护作用即可。根据本实用新型的具体示例，封装料可包括硅胶和/或聚氨酯。由此，封装料对各元件的电气隔离、保护效果好，来源广泛，成本低。此外，通过采用本实用新型所提供的引脚结构，可以有效解决上述封装料容易在上述基板背部发生溢胶的问题。

在本实用新型的另一方面，本实用新型提出了一种电器。根据本实用新型的实施例，该电器包括上述实施例的高集成功率模块，由此，该电器具有前面描述的高集成功率模块的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电器具有良好的使用性能。

根据本实用新型的实施例，上述电器可以为空调、洗衣机、冰箱或电磁炉。空调、洗衣机、冰箱或电磁炉中通过采用上述实施例的高集成功率模块，可有效解决功率模块基本背部的溢胶问题，且具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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实用新型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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。