智能功率模块的制作方法

本申请涉及电子器件技术领域，具体涉及一种智能功率模块。

背景技术：

智能功率模块(intelligentpowermodule,简称为ipm)是一种由高速、低功耗绝缘栅双极晶体管(insulatedgatebipolartransistor,igbt)与快恢复二极管(fastrecoverydioxide,frd)，栅极驱动以及相应的保护电路构成的半导体器件，广泛应用于家用电器、轨道交通、电力系统等领域。

对于ipm器件，温度是此类器件失效的重要因素之一，因此需要对ipm器件进行散热。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种具有良好散热能力的智能功率模块。

本申请实施方式提供一种智能功率模块，包括：由槽体和盖板组成的封装槽、和安装于所述封装槽内的框架结构；其中，

所述框架结构包括由上至下设置的功率器件层、布线层和绝缘层；

所述功率器件层中的功率器件布设于所述布线层的第一表面，所述绝缘层设于所述布线层的第二表面，且所述绝缘层设有多个上下贯穿的第一通孔；

所述封装槽内填充有导热流体，所述布线层上方的导热流体覆盖所述功率器件层，所述布线层下方的导热流体穿过所述第一通孔与所述布线层的第二表面接触。

在一些变更实施方式中，所述智能功率模块，还包括：设于所述盖板上方且对所述盖板直接制冷的第一冷却装置。

在一些变更实施方式中，所述第一冷却装置包括风机，所述风机的出风口朝向所述盖板。

在一些变更实施方式中，所述智能功率模块，还包括：还包括：设于所述封装槽外部的流体泵和第二冷却装置；

所述盖板开设有流体出口和流体入口，所述流体泵和所述第二冷却装置串联于所述流体出口和所述流体入口之间。

在一些变更实施方式中，所述框架结构开设有供所述导热流体上下流通的开孔。

在一些变更实施方式中，所述盖板朝向所述槽体内部的表面上设有立体扰流结构。

在一些变更实施方式中，所述立体扰流结构包括多个凸起结构。

在一些变更实施方式中，所述框架结构还包括设于所述绝缘层下方的支撑结构；

所述支撑结构设有多个上下贯穿的第二通孔。

在一些变更实施方式中，所述第二通孔与所述第一通孔的数量相同，且在所述槽体底面的投影互相重合。

在一些变更实施方式中，所述支撑结构朝向所述槽体底面的表面设有波浪形沟槽。

在一些变更实施方式中，所述导热流体包括硅油。

在一些变更实施方式中，所述第一通孔的直径介于1毫米与2毫米之间。

相较于现有技术，本申请提供的智能功率模块，通过在封装槽内填充导热流体，并在绝缘层设有多个上下贯穿的第一通孔，一方面使得布线层上方的导热流体能够覆盖所述功率器件层以帮助功率器件快速散热，另一方面使得布线层下方的导热流体能够穿过所述第一通孔与所述布线层的第二表面接触，实现布线层下方的散热路径，从而使得布线层上下两侧的导热流体都能够起到对功率器件层散热的功能，实现对功率器件层全方位、多角度的散热，从而有效提高散热效率，并有效避免因温度过高而失效的问题，进而提高智能功率模块的稳定性和使用寿命。因此，本申请提供的智能功率模块具有良好的散热性能、稳定性和较长的使用寿命。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本申请的一些实施方式所提供的一种智能功率模块的结构示意图；

图2示出了本申请的一些实施方式所提供的一种框架结构的结构示意图；

图3示出了本申请的一些实施方式所提供的另一种智能功率模块的结构示意图；

图4示出了本申请的一些实施方式所提供的一种盖板的示意图；

图5示出了本申请的一些实施方式所提供的一种支撑结构底面的示意图；

图6示出了本申请的一些实施方式所提供的一种绝缘层的俯视示意图；

图7示出了本申请的一些实施方式所提供的一种支撑结构的俯视示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

此外，若本申请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，若本申请实施例中有涉及“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，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请实施例提供一种具有良好散热能力的智能功率模块，下面结合附图进行示例性说明如下。

请参考图1和图2，其中，图1示出了本申请的一些实施方式所提供的一种智能功率模块的结构示意图，图2示出了本申请的一些实施方式所提供的一种框架结构的结构示意图，如图1、图2所示，所述智能功率模块，包括：由槽体1011和盖板1012组成的封装槽101、和安装于所述封装槽101内的框架结构102；其中，

所述框架结构102包括由上至下设置的功率器件层1021、布线层1023和绝缘层1024；

所述功率器件层1021中的功率器件布设于所述布线层1023的第一表面，所述绝缘层1024设于所述布线层1023的第二表面，且所述绝缘层1024设有多个上下贯穿的第一通孔10241；

所述封装槽101内填充有导热流体，所述布线层1023上方的导热流体覆盖所述功率器件层1021，所述布线层1023下方的导热流体穿过所述第一通孔10241与所述布线层1023的第二表面接触。

本申请实施方式提供的智能功率模块，通过在封装槽101内填充导热流体，并在绝缘层1024设有多个上下贯穿的第一通孔10241，一方面使得布线层1023上方的导热流体能够覆盖所述功率器件层1021以帮助功率器件快速散热，另一方面使得布线层1023下方的导热流体能够穿过所述第一通孔10241与所述布线层1023的第二表面接触，实现布线层1023下方的散热路径，从而使得布线层1023上下两侧的导热流体都能够起到对功率器件层1021散热的功能，实现对功率器件层1021全方位、多角度的散热，从而有效提高散热效率，并有效避免因温度过高而失效的问题，进而提高智能功率模块的稳定性和使用寿命。因此，本申请提供的智能功率模块具有良好的散热性能、稳定性和较长的使用寿命。

其中，所述功率器件层1021包括多个功率器件，例如绝缘栅双极型晶体管(igbt)、快恢复二极管(frd)、电阻、电容等，其中，igbt与frd通常是主要的发热器件。

所述布线层1023是用于安装上述功率器件并提供上述功率器件之间走线的基板，可以采用覆铜板实现，上述功率器件可以通过锡焊的方式安装于上述布线层1023上。在一些示例中，为了描述简便，可以将上述布线层1023称为敷铜层，将功率器件层1021与敷铜层之间的焊锡材料统称为焊锡层(例如附图2中的1022)。

所述绝缘层1024可以采用绝缘材料实现，主要用于将布线层1023与下方其他元器件进行电绝缘。

上述智能功率模块工作时，功率器件会产生较多热量，需要进行散热，一方面，布线层1023上方的导热流体能够覆盖所述功率器件层1021以帮助功率器件快速散热，另一方面，布线层1023下方的导热流体能够穿过所述第一通孔10241与所述布线层1023的第二表面接触，实现布线层1023下方的散热路径，从而使得布线层1023上下两侧的导热流体都能够起到对功率器件层1021散热的功能，实现对功率器件层1021全方位、多角度的散热。

需要说明的是，在上述实施方式中，导热流体可以通过与封装槽101接触，将自身热量通过封装槽101槽壁散发到智能功率模块外部。

此外，为了进一步提高散热效率，在一些变更实施方式中，所述的智能功率模块，还可以包括：设于所述盖板1012上方且对所述盖板1012直接制冷的第一冷却装置。

其中，所述盖板1012可以采用铜、铝或合金等金属材料实现，其本身具备较高的热导率，通过设置对所述盖板1012直接制冷的第一冷却装置，可以使盖板1012内外两侧具有较高的温度差，在较高温度差的作用下，可以帮助盖板1012内侧的导热流体快速散热，一方面，盖板1012内侧的导热流体直接与功率器件层1021接触，可以快速为功率器件进行散热，另一方面，封装槽101内靠近盖板1012的导热流体温度低，而其他部位的导热流体温度高，这种温度差会导致导热流体在封装槽101内产生对流，从而使得封装槽101内各位置的导热流体都能够快速散热，且在对流的作用下可以进一步加快对功率器件的散热效率，实现均衡、快速地散热。

在上述实施方式的基础上，在一些变更实施方式中，所述第一冷却装置可以包括风机，所述风机的出风口朝向所述盖板1012。由于智能功率模块工作时，功率器件产生较多热量致使温度超过室温，因此采用风机对所述盖板1012进行吹风，即可利用室温空气，通过风冷的方式对所述盖板1012进行降温，提高对盖板1012的散热效率，进而加快对功率器件的散热效率。

此外，在一些变更实施方式中，所述盖板1012的外侧还可以设置散热片等有助于提高散热效率的部件，从而可以进一步提高散热效率。

需要说明的是，所述第一冷却装置也可以采用水冷装置、半导体制冷装置等实现，本申请实施例不做限定。

请参考图3进行理解，图3示出了本申请的一些实施方式所提供的另一种智能功率模块的结构示意图，图3所示的智能功率模块是基于图1的一种变更实施方式，部分内容可参照上述关于图1的实施例说明进行理解，此处不再赘述，所述的智能功率模块，还可以包括：设于所述封装槽101外部的流体泵和第二冷却装置；

所述盖板1012开设有流体出口10122和流体入口10121，所述流体泵和所述第二冷却装置串联于所述流体出口10122和所述流体入口10121之间。

本实施方式，通过在盖板1012上开设流体出口10122和流体入口10121，并通过配置流体泵，可以实现导热流体的循环流动，在此基础上，通过在封装槽101外部配置第二冷却装置，即可利用第二冷却装置对流出封装槽101的导热流体进行降温后再送回封装槽101内，从而维持封装槽101内导热流体具备较低的温度，低温的导热流体在流动的状态下，可以进一步提高对功率器件的散热效率。

需要说明的是，封装槽101内导热流体的流动有助于提高散热效率，因此，请参考图1或图3，在一些变更实施方式中，所述框架结构102开设有供所述导热流体上下流通的开孔1026。

具体的，所述开孔1026可以开设在框架结构102的两侧，有助于确保整个封装槽101内的导热流体都能够产生流动。另外，所述开孔1026的形状可以包括但不限于半圆形、圆形、矩形、三角形或任意多边形，其均可以实现本申请实施例的目的，本申请实施例对所述开孔1026的形状不做限定。

本实施方式，通过在所述框架结构102开设有供所述导热流体上下流通的开孔1026，可以确保框架结构102上下两侧的导热流体能够互相流动，由于导热流体的流动有助于提高散热效率，因此，本实施方式可以进一步提高对功率器件的散热效率。

在本申请实施例的一些变更实施方式中，所述盖板1012朝向所述槽体1011内部的表面上设有立体扰流结构。本申请实施例对所述立体扰流结构的具体形式不做限定，例如基于槽体1011内部表面的凸起、条纹、凹槽等结构，均可以实现扰流的作用。通过设置立体扰流结构，可以在封装槽101内功率器件层1021的上方使导热流体产生扰流，从而提高导热流体与功率器件层1021的对流换热效率，进而提高对功率器件层1021的散热效率。

请参考图4，其示出了本申请一些实施方式所提供的一种盖板1012的示意图，如图所示，在盖板1012朝向所述槽体1011内部的表面上设有多个凸起结构10123，该凸起结构10123能够对流经的导热流体产生扰流的作用，从而提高导热流体与功率器件层1021的对流换热效率，进而提高对功率器件层1021的散热效率。

请参考图2，在本申请实施例的一些变更实施方式中，所述框架结构102还包括设于所述绝缘层1024下方的支撑结构1025；

所述支撑结构1025设有多个上下贯穿的第二通孔10251。

其中，支撑结构1025具有一定的硬度和刚性，主要起到支撑其上器件的功能，以及抵消布线层1023应力的作用。通过在支撑结构1025设置多个上下贯穿的第二通孔10251，可以确保封装槽101内的导热流体能够穿过所述支撑结构1025上下流动，所述第二通孔10251与上述第一通孔10241等，共同组成了导热流体在布线层1023下方的流动通道，从而确保功率器件产生的热量在传递到所述布线层1023后，能够迅速被布线层1023下方流动的导热流体带走，起到良好的散热作用。

在上述实施方式的基础上，在一些变更实施方式中，所述第二通孔10251与所述第一通孔10241的数量相同，且在所述槽体1011底面的投影互相重合。本实施方式，可以确保所述第一通孔10241与第二通孔10251一一对齐，从而在布线层1023下方形成贯穿绝缘层1024和支撑结构1025的、垂直的流动通道，有助于提升导热流体在布线层1023下方的流动性，进而提高散热效率。

请参考图5，其示出了本申请一些实施方式所提供的一种支撑结构1025的示意图，如图5所示，在另一些变更实施方式中，所述支撑结构1025朝向所述槽体1011底面的表面设有波浪形沟槽10252。该波浪形沟槽10252的作用主要是增强导热流体的流动性，从而有利于导热流体通过第一通孔10241和第二通孔10251与布线层1023进行热交换，进而可以提高散热效率。

需要说明的是，本申请实施例所提供的导热流体，可以采用具备热容较小、电绝缘、化学中性、以及原子质量较小等条件的流体实现，例如硅油。基于符合上述条件的导热流体，可以更加高效地对功率器件层1021进行散热。

此外，考虑到上述第一通孔10241和第二通孔10251的口径若太小，会影响导热流体在所述第一通孔10241和第二通孔10251的流通性，进而影响对功率器件层1021的散热效率，因此，上述第一通孔10241和第二通孔10251的直径不宜太小，另外，若第一通孔10241和第二通孔10251的口径太大，又会影响绝缘层1024和支撑结构1025的刚性，因此，上述第一通孔10241和第二通孔10251的直径不宜太大。本领域技术人员可以根据采用的导热流体的流体性能，在兼顾流通性和刚性的情况下，灵活设置所述第一通孔10241和第二通孔10251的大小。

例如，在所述导热流体为硅油的情况下，所述第一通孔10241和第二通孔10251的直径可以介于1毫米与2毫米之间，从而既能够确保导热流体能够顺利通过，又能够保证足够的刚性。

为了更好地对本申请实施例进行说明，下面结合具体的实施例进行说明如下：

具体实施例一：

本实施方式提供一种被动式散热的智能功率模块，可以参照图1、图2进行理解，下面结合附图简要说明如下：

所述智能功率模块，包括：盖板1012、槽体1011、包含功率器件层1021的框架结构102、螺钉1031、垫片1032以及充满整个槽体1011的导热流体构成，如图1所示。

框架结构102与槽体1011之间安装垫片1032。

框架结构102通过螺钉1031固定在槽体1011上。

盖板1012位于框架结构102之上，并与槽体1011紧密配合，防止导热流体的泄露。

盖板1012上可以安装散热片，并通过风扇(第一冷却装置的一种)进行降温。

导热流体需要满足热容较小、电绝缘、化学中性、以及原子质量较小等要求。

如图2所示，框架结构102包括：功率器件层1021、焊锡层1022、布线层1023、绝缘层1024以及支撑结构1025；其中，

功率器件层1021包括绝缘栅双极型晶体管(igbt)、快恢复二极管(frd)、电阻、电容，以及邦线等，其中，igbt与frd通常是主要的发热器件。

焊锡层1022将功率器件层1021固定在，并使两者导通。

绝缘层1024位于布线层1023下面，主要是为了使布线层1023与支撑结构1025保持电绝缘。

支撑结构1025位于绝缘层1024之下，主要是为了满足布线层1023应力的要求。

框架结构102顶部的功率器件层1021可以将热量直接传递给导热流体，同时，功率器件层1021产生的热量还会通过框架结构102的焊锡层1022和布线层1023向下传导，然后由流经第一通孔10241和第二通孔10251的导热流体传导到框架结构102的底部。

绝缘层1024和支撑结构1025的外形和可以参照图6、图7所示，绝缘层1024上设有第一通孔10241，支撑结构1025上设有第二通孔10251，所述第一通孔10241和第二通孔10251也可以统称为渗液孔。导热流体通过第一通孔10241和第二通孔10251可以将功率器件层1021向下传递的热量带走。

此外，框架结构102上设置的开孔1026可以如图1所示为半圆孔，其作用是将框架结构102顶部的导热流体由框架结构102的一端导入框架结构102的底部，并由另一端的半圆孔导出。

安装通孔10242和10253是为了安装螺钉1031。

当功率器件开始工作时，器件由于发热会加热导热流体，此时，框架结构102与槽体1011之间的导热流体温度会逐渐升高并且高于室温。而框架结构102与盖板1012之间的导热流体由于散热片强迫风冷，温度会低于室温。此时由于浮力的作用，槽体1011底部较高温度的流体会向上运动，而顶部较冷的流体由于重力则向下运动，从而实现热量交换，实现降温。

具体实施例二：

本实施方式提供一种主动式散热的智能功率模块，可以参照图3、图2进行理解，下面结合附图简要说明如下：

所述智能功率模块，包括：盖板1012、槽体1011、包含功率器件层1021的框架结构102、螺钉1031、垫片1032以及充满整个槽体1011的导热流体构成，如图3所示。

框架结构102与槽体1011之间安装垫片1032。

框架结构102通过螺钉1031固定在槽体1011上。

盖板1012位于框架结构102之上，并与槽体1011紧密配合，防止导热流体的泄露。

通过配置流体泵和第二冷却装置，导热流体通过盖板1012上的流体入口10121进入环绕框架结构102的空隙，携带废热的导热流体由流体出口10122流出，并经过第二冷却装置冷却后再通过流体入口10121送回槽体1011内，形成冷却循环系统。

导热流体需要满足热容较小、电绝缘，化学中性，以及原子质量较小等要求。

如图2所示，框架结构102包括：功率器件层1021、焊锡层1022、布线层1023、绝缘层1024以及支撑结构1025。

功率器件层1021包括绝缘栅双极型晶体管(igbt)、快恢复二极管(frd)、电阻、电容，以及邦线等，其中，igbt与frd通常是主要的发热器件。

焊锡层1022将功率器件层1021固定在布线层1023，并使两者导通。

绝缘层1024位于布线层1023下面，主要是为了使布线层1023与支撑结构1025保持电绝缘。

支撑结构1025位于绝缘层1024之下，主要是为了满足布线层1023应力的要求。

绝缘层1024的外形可以参考图6所示，其上分布有第一通孔10241，导热流体通过第一通孔10241可以将功率器件层1021向下传递的热量带走。

框架结构102上设置的开孔1026可以如图1所示为半圆孔，其作用是将框架结构102顶部的导热流体由框架结构102的一端导入框架结构102的底部，并由另一端的半圆孔导出。

安装通孔10242和10253是为了安装螺钉1031。

支撑结构1025的外形可以参考图7所示，其上分布有第二通孔10251，第二通孔10251与第一通孔10241相互导通形成导热流体通道。

此外，在支撑结构1025底部的表面还分布了波浪形沟槽10252，该波浪形沟槽10252的主要作用是增强导热流体的流动性，从而有利于导热流体通过第二通孔10251与第一通孔10241与布线层1023进行热交换。

盖板1012的顶部设有流体入口10121和流体出口10122。

盖板1012的底部设有多个凸起结构10123，多个凸起结构10123的作用是在框架结构102的顶部产生扰流，增强顶部流体与框架结构102的对流换热效率。

在工作时，框架结构102顶部的功率器件层1021可以将热量直接传递给导热流体，同时，功率器件层1021产生的热量还会通过框架结构102的焊锡层1022和布线层1023向下传导，然后由流经第一通孔10241和第二通孔10251的导热流体传导到框架结构102的底部，并由底部的导热流体带走。这种双向的流体散热可以最大程度地降低功率器件层1021内发热器件的结温。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。