智能功率模块的制作方法

1.本实用新型涉及一种智能功率模块，属于功率半导体器件技术领域。


背景技术：

2.在ipm(intelligent power module，智能功率模块)的ic驱动控制电路、开关管采样放大电路以及pfc电流保护电路等，且低压控制电路与高压功率器件组成的逆变电路布局到同一板上，在工作过程中高压功率器件易多低压控制电路产生干扰，同时现有ipm智能功率模块都只集成单个ipm模块，对于多个ipm智能功率模块集成还没有实现，而面对市场小型化、低成本竞争，对ipm智能功率模块高集成和高散热技术提出了更高的要求。


技术实现要素：

3.本实用新型需要解决的技术问题是解决现有的ipm模块工作过程中其内部的高压功率器件易对低压控制电路产生干扰，且ipm模块内部的模块由于只包含一个模块电路导致成本偏高的问题。
4.具体地，本实用新型公开一种智能功率模块，包括
5.上下相对设置的第一基板和第二基板，第一基板包括安装功率器件的第一安装面和进行散热的第一散热面，第二基板包括安装功率器件的第二安装面和进行散热的第二散热面，第一安装面和第二安装面朝内设置，第一散热面和第二散热面朝外设置；
6.包含功率器件的多个电子元件，电子元件安装在第一安装面和第二安装面；
7.可弯曲的薄膜线路层，设置于第一基板和第二基板的同侧的一端以电连接第一基板和第二基板；
8.多个引脚，设置且电连接于第一基板和第二基板的同侧的另一端；
9.封装体，封装体至少包裹填充第一安装面和第二安装面之间的空间，引脚从封装体露出；
10.散热器，散热器安装于第一散热面和第二散热面。
11.可选地，第一基板和第二基板包括依次连接的金属散热层、绝缘层和电路层，其中第一安装面和第二安装面设置于电路层，第一散热面和第二散热面设置于金属散热层。
12.可选地，第一基板和第二基板包括依次连接的非金属散热层和电路层，其中第一安装面和第二安装面设置于电路层，第一散热面和第二散热面设置于非金属散热层。
13.可选地，电路层通过在绝缘层上由铜箔蚀刻形成；或者通过膏状的导电介质在绝缘层上印刷形成。
14.可选地，薄膜线路层包括表面的绝缘薄膜层和位于绝缘薄膜层中间的导电介质层，薄膜线路层基于柔性覆铜板工艺或者排线工艺制成；导电介质层与电路层一体成型。
15.可选地，封装体朝向第一基板和第二基板的两端延伸以形成第一突出部和第二突出部，第一突出部和第二突出部设置有与散热器的配合结构。
16.可选地，配合结构为分别设置与第一突出部和第二突出部的凸筋和对应设置于散
热器的凹槽；或者配合结构为分别设置与第一突出部和第二突出部的凹槽和对应设置于散热器的凸筋。
17.可选地，第一散热面和第二散热面分别高出第一突出部和第二突出部厚度0.1
‑
0.5mm。
18.可选地，散热器为片状，散热器的外表面设置有散热鳍片。
19.本实用新型的智能功率模块，包含上下两层的第一基板和第二基板，第一基板和第二基板之间形成安装空间，其安装电子元件的第一安装面和第二安装面设置于该安装空间内，使得设置于这两个安装面上的电子元件也安装在该安装空间内，而散热器则安装在第一基板和第二基板的上下两个外侧面即第一散热面和第二散热面，而第一基板和第二基板通过可弯曲薄膜线路层连接，以此使得ipm模块形成上下叠层结构，上下两层都能安装电子元件，从而有效的提升模块的电路分布密度，有效的降低ipm模块的表面面积大小，以此能有效的实现ipm模块的小型化，以此降低成本。而且由于上下两层的结构方式可以使得高压功率器件的电路和低压控制电路分别设置在两层，以此实现二者的电气距离，降低高压功率器件对低压控制电路的干扰，从而提高了ipm模块的工作稳定性和可靠性。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例的ipm模块的半成品的结构简化图；
21.图2为本实用新型实施例的ipm模块的剖视图；
22.图3为本实用新型实施例的ipm模块制造方法的流程图。
23.附图标记：
24.ipm模块100，第一基板10，第一安装面11，第一散热面12，第二基板20，第二安装面21，第二散热面22，封装体30，第一突出部31，第二突出部32，凹槽321，散热器40，凸筋41，散热鳍片42，电子元件50，跳线60，引脚70，薄膜线路层80。
具体实施方式
25.需要说明的是，在结构或功能不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面根据实例来详细说明本实用新型。
26.本实用新型提出一种智能功率模块即ipm模块。如图1至图2所示，本实用新型实施例的ipm模块100上下相对设置的第一基板10和第二基板20、包含功率器件的多个电子元件50、可弯曲的薄膜线路层80、多个引脚70、封装体30和散热器40。其中第一基板10包括安装功率器件的第一安装面11和进行散热的第一散热面12，第二基板20包括安装功率器件的第二安装面21和进行散热的第二散热面22，第一安装面11和第二安装面21朝内设置，第一散热面12和第二散热面22朝外设置；薄膜线路层80设置于第一基板10和第二基板20的同侧的一端以电连接第一基板10和第二基板20；多个引脚70设置且电连接于第一基板10和第二基板20的同侧的另一端；封装体30至少包裹填充第一安装面11和第二安装面21之间的空间，引脚70从封装体30露出；散热器40安装于第一散热面12和第二散热面22。与现有的ipm模块100的基板为一层的设置方式不同，本实用新型实施例的ipm模块100包含上下两层的第一基板10和第二基板20，第一基板10和第二基板20之间形成安装空间，其安装电子元件50的第一安装面11和第二安装面21设置于该安装空间内，使得设置于这两个安装面上的电子元
件50也安装在该安装空间内，而散热器40则安装在第一基板10和第二基板20的上下两个外侧面即第一散热面12和第二散热面22，而第一基板10和第二基板20通过可弯曲薄膜线路层80连接，以此使得ipm模块100形成上下叠层结构，上下两层都能安装电子元件50，从而有效的提升模块的电路分布密度，有效的降低ipm模块100的表面面积大小，以此能有效的实现ipm模块100的小型化，以此降低成本。而且由于上下两层的结构方式可以使得高压功率器件的电路和低压控制电路分别设置在两层，以此实现二者的电气距离，降低高压功率器件对低压控制电路的干扰，从而提高了ipm模块100的工作稳定性和可靠性。
27.在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，第一基板10和第二基板20包括依次连接的金属散热层(图中未示出)、绝缘层(图中未示出)和电路层(图中未示出)，其中第一安装面11和第二安装面21设置于电路层，第一散热面12和第二散热面22设置于金属散热层。其中金属散热层可以是由导热性能良好的金属材料如铝和铜制成，如1100、5052等材质的铝构成的矩形板材，其厚度相对其它层厚很多，一般为0.8mm至2mm，常用的厚度为1.5mm，主要实现导热和散热作用。在金属散热层的表面连接绝缘层，其厚度相对电路基板较薄，一般在50um至150um，常用为110um。电路层由铜等金属构成且和金属散热层绝缘，电路层包括由蚀刻的铜箔构成电路线路，电路层厚度也较薄，如70um左右；或者电路层有膏状的导电介质印刷而成，导电介质可以是石墨烯、锡膏、银胶等导电材料。在电路层设置有电子元器件的安装位，以安装电子元件50和引脚70。封装体30主要有注塑材料形成，其材料可以是树脂。
28.在本实用新型的一些实施例中，第一基板10和第二基板20包括依次连接的非金属散热层(图中未示出)和电路层，其中第一安装面11和第二安装面21设置于电路层，第一散热面12和第二散热面22设置于非金属散热层。与上一实施例不同之处在于，采用非金属散热层替代金属散热层，非金属散热层可以为导热性能良好的绝缘材料如玻璃、陶瓷等，由于非金属散热层本体绝缘，因此相对上一实施例省却绝缘层，其电路层直接设置在非金属散热层的表面，其电路层的工艺与上一实施例中设置在绝缘层中相同，在此不再赘述。
29.在本实用新型的一下实施例中，薄膜线路层80基于柔性覆铜板工艺或者排线工艺制成。如图1和图2，薄膜线路层80电连接第一基板10和第二基板20的电路层，其为可弯曲的软体结构，如类似手机显示屏的连接电路板的排线工艺以此可以弯曲。通过薄膜线路层80设置为可弯曲的软体结构，使得第一基板10和第二基板20上下叠置后通过薄膜线路层80在二者的一侧实现短距离的电连接。
30.在加工制造第一基板10和第二基板20以及薄膜线路层80时如图1所示，可同时制造出第一基板10和第二基板20的金属散热层和绝缘层，或者针对没有金属散热层的结构的基板，同时制造出这些基板的非金属散热层，以及薄膜线路层80的绝缘薄膜层，并通过印刷等工艺将导电介质同时形成在第一基板10和第二基板20的绝缘层或者非金属散热层、绝缘薄膜层上，以此同时形成了第一基板10和第二基板20的电路层和薄膜线路层80的导电介质层，且一体连接，这样方便了加工制作，提示了整个半成品的制作效率。
31.薄膜线路层80安装在两个基板的一侧有效的减少了第一基板10和第二基板20以及薄膜线路层80形成的第一半成品的占用的安装空间。
32.进一步地，在本实用新型的一下实施例中，在电路层上还设置有多根跳线60，以电连接多个电子元件50，和/或多根跳线60电连接电子元件50与第一安装面11，和/或多根跳
线60电连接电子元件50与第二安装面21。其中跳线60为金属材料制成，如铝、铜、金、银等基板良好焊接和导电性能的材料，其跳线60的连接可通过键和机绑线实现。
33.具体地，这些跳线60可以在一个基板上连接电子元件50与电子元件50，也可以连接电子元件50和电路层，也可以用作跨线连接电路层；这些跳线60也可以在薄膜线路层80上连接电子元件50与电子元件50，也可以连接电子元件50于导电介质层，也可以用作跨线连接导电介质层；这些跳线60也可以连接基板和薄膜线路层80，如连接基板上的电子元件50和薄膜线路层80上的导电介质层，也可以连接基板上的电路层和薄膜线路层80上的电子元件50，也可以连接基板上的电路层和薄膜线路层80上的导电介质层。
34.在本实用新型的一下实施例中，如图2所示，封装体30朝向第一基板10和第二基板20的两端延伸以形成第一突出部31和第二突出部32，第一突出部31和第二突出部32设置有与散热器40的配合结构。封装体30除了密封第一基板10和第二基板20之间的安装空间外，还朝着两个基板的两端延伸出来相应的部分以形成第一突出部31和第二突出部32，第一突出部31和第二突出部32的厚度与第一散热面12和第二散热面22之间的间距大致相当，在第一突出部31和第二突出部32分别设置有与散热器40的配合结构，以此与散热器40实现配合安装，使得散热器40的内侧表面与第一散热面12和第二散热面22形成良好的接触以实现传热。这里的散热器40可以是由与第一基板10和第二基板20对应的上下两层的子散热器40组成，这两个子散热器40分别通过配合结合与第一散热面12和第二散热面22配合安装，且还可进一步在两个子散热器40的一端通过连接结构如柱体和凹槽结构实现两个子散热器40之间的连接。或者散热器40为一体成型的结构，其中间开槽，槽的大小与第一基板10、第二基板20以及两端的突出部占用的空间大小相适应，且通过在突出部设置与槽的壁面配合的配合结构，实现第一基板10和第二基板20以及突出部与散热器40之间的配合安装。其中配合结构可以同时设置在第一突出部31的上下表面以及第二突出部32的上下表面，以此实现散热器40的良好安装和传热，在图2中散热器为一体成型中间开槽结构。
35.具体地，在本实用新型的一些实施例中，如图2所示，配合结构为分别设置与第一突出部31和第二突出部32的凹槽321和对应设置于散热器40的凸筋41。在第一突出部31和第二突出部32的表面分别设置有凹槽321，在散热器40的槽的壁面分别对应设置凸筋41，这样散热器40从第一基板10和第二基板20的一侧插入，通过凸筋41和凹槽321的配合导向，实现散热器40快速的安装。
36.或者，在在本实用新型的一些实施例中，配合结构为分别设置与第一突出部31和第二突出部32的凸筋和对应设置于散热器40的凹槽，与上一实施例的配合结构不同，该实施例是在突出部设置凸筋，而在散热器40的槽的壁面设置对应的凹槽，通用实现二者的快速安装。
37.在本实用新型的一下实施例中，第一散热面12和第二散热面22分别高出第一突出部31和第二突出部32厚度0.1
‑
0.5mm。如图2所示，散热器40的槽上下壁面之间的间距与第一突出部31和第二突出部32的厚度相当，而第一散热面12和第二散热面22分别稍高出突出部的厚度如0.2mm，以此在散热器40安装于第一突出部31和第二突出部32时，其槽的壁面与第一散热面12和第二散热面22形成过盈配合，以此使得二者形成紧密的接触，提升传热效果，以最终提升散热器40对功率器件这些高发热的散热能力。
38.在本实用新型的一下实施例中，散热器40为片状，散热器40的外表面设置有散热
鳍片42。如图2所示，通过在外表面设置多个平行分布的散热鳍片42，能有效提升散热器40的散热能力，通过设置片状散热鳍片的结构能快速将热吸收通过中间的空气槽将热排出，
39.本实用新型还提出一种上述实施例提到的ipm模块100的制造方法，如图3所示，制造方法包括以下步骤：
40.步骤s100、将第一基板10、第二基板20以及薄膜线路层80设置于载具中；
41.步骤s200、将引脚70和包含功率器件的多个电子元件50配置在第一安装面11和第二安装面21；
42.步骤s300、将跳线60分别电连接第一安装面11和薄膜线路层80以及第二安装面21和薄膜线路层80以形成第一半成品；
43.步骤s400、将第一半成品的薄膜线路层80对弯折以形成第二半成品，使得第一安装面11和第二安装面21向内相对，并将第二半成品设置于封装模具中；
44.步骤s500、对封装模具进行灌胶以形成封装体30，包含封装体30的第二半成品形成为第三半成品，其中封装体30位于第一安装面11和第二安装面21之间，第一散热面12和第二散热面22朝向外侧露出，且封装体30在第一安装面11和第二安装面21的两侧向外延伸，以分别形成第一突出部31和第二突出部32；
45.步骤s600、将散热器40安装于第三半成品，其中散热器40一侧开口，内部具有上下的接触面分别与第一安装面11和第二安装面21接触。
46.其中在步骤s100中，如图1所示，可将第一基板10、第二基板20和薄膜线路层80平放在特制的载具(图中未示出)中，载具可以是铝、合成石、陶瓷、pps等耐高温200℃以上的材料。
47.值得说明的是在步骤s100中，在将上述基板和薄膜线路层80放置在载具中之前，还可包括形成第一基板10和第二基板20的多个工序。如根据电路布局设计大小合适的金属散热层，以金属散热层为铝基板为例，铝基板的形成是通过直接对1m
×
1m的铝材进行锣板处理的方式形成，锣刀使用高速钢作为材质，马达使用5000转/分钟的转速，锣刀与铝材平面呈直角下刀；也可以通过冲压的方式形成。接着在金属散热层的一表面设置绝缘层，然后在绝缘层的表面压合铜箔，然后通过将铜箔进行蚀刻，局部的取出铜箔，以形成电路层，其中电路层包括电路线路，也包括靠近金属散热层的侧边位置设置的焊盘，其中第一基板10的电路层和第二基板20的电路层分别形成第一安装面11和第二安装面，第一基板10的金属散热层外露的另一表面形成第一散热面12，第二基板20的金属散热层外露的另一表面形成第二散热面22。
48.且在形成第一基板10和第二基板20时，还可同时形成薄膜线路层80，具体可首先形成绝缘薄膜层，然后基于印刷工艺将导电介质层印刷在绝缘薄膜层，值得说明的是，第一基板10和第二基板20的电路层也可以由印刷工艺将导电介质层印刷形成，且可以同时印刷一体形成第一基板10和第二基板20的电路层以及导电介质层，从而节省了工序。当然，也可以分别形成各自独立的电路层和导电介质层。
49.步骤s200中，在电路层通过锡膏焊或者点银胶的工艺将保护功率器件的电子元件50和引脚70安装于电路层，可通过自动粘晶设备贴装电子元件50到电路层的安装位上，然后通过回流炉将这些电子元件50和引脚70焊接在安装位。
50.在步骤s300中，在该步骤中，可通过绑线设备将跳线60将第一基板10的电路层与
薄膜线路层80电连接，并通过跳线60将第二基板20的电路层与薄膜线路层80电连接，从而实现了薄膜线路层80将第一基板10和第二基板20电连接。最终形成第一半成品。
51.在步骤s400中，如图2所示，将第一半成品的薄膜线路层80对弯折，使得第一基板10和第二基板20上下叠层设置，且第一安装面11和第二安装面21处于内侧，薄膜线路层80弯曲设置在第一基板10和第二基板20的同一侧，引脚70设置在第一基板10和第二基板20的另外同一侧，从而形成第二半成品。接着将第二半成品设置在封装模具(图中未示出)中，其封装模具的内部形成注塑封装用的型腔，其第一散热面12和第二散热面22在封装模具的上下两个表面露出。
52.在步骤s500中，向模具型腔中注入热塑性材料如树脂，直到整个型腔被填满，其注入树脂材料时型腔内的温度一般为180℃左右。在冷却后，热塑性材料形成封装层，第一基板10和第二基板20安装电子元件50和引脚70的一面全部被封装层包覆。而第一散热面12和第二散热面22从封装层的上下两个表面露出。且在第一安装面11和第二安装面21的两侧向外延伸以形成第一突出部31和第二突出部32，并在第一突出部31和第二突出部32上形成与散热器40的内壁面的配合结构。最终形成第三半成品。
53.在步骤s600中，将散热器40安装于第三半成品，其中散热器40一侧开口，内部上下方向的壁面分别与第一安装面11和第二安装面21接触。具体地，散热器40与第一突出部31和第二突出部32之间配合结构为分别设置与第一突出部31和第二突出部32的凸筋41和对应设置于散热器40的凹槽321。在第一突出部31和第二突出部32的表面分别设置有凸筋41，在散热器40的槽的壁面分别对应设置凹槽321，这样散热器40从第一基板10和第二基板20的一侧插入，通过凸筋41和凹槽321的配合导向，实现散热器40快速的安装。或者，配合结构为分别设置与第一突出部31和第二突出部32的凹槽321和对应设置于散热器40的凸筋41，与上一实施例的配合结构不同，该实施例是在突出部设置凹槽321，而在散热器40的槽的避免设置对应的凸筋41，通用实现二者的快速安装。
54.进一步地，在步骤s500中，还可将第一散热面12和第二散热面22分别高出第一突出部31和第二突出部32厚度0.1
‑
0.5mm。如图2所示，散热器40的槽上下方向的高度与第一突出部31和第二突出部32的厚度相当，而第一散热面12和第二散热面22分别稍高出突出部的厚度如0.2mm，以此在步骤s600中，散热器40安装于第一突出部31和第二突出部32时，其槽的壁面与第一散热面12和第二散热面22形成过盈配合，以此使得二者形成紧密的接触，提升传热效果，以最终提升散热器40对功率器件这些高发热的散热能力。
55.本实用新型的智能功率模块制造方法，通过在将第一基板10、第二基板20以及薄膜线路层80设置于载具中，并在第一安装面11和第二安装面21配置包含功率器件的多个电子元件50和引脚70，接着将跳线60分别电连接第一安装面11和薄膜线路层80以及第二安装面21和薄膜线路层80以形成第一半成品，并将第一半成品的薄膜线路层80对弯折以形成第二半成品，使得第一安装面11和第二安装面21向内相对，并将第二半成品设置于封装模具中，并对封装模具进行灌胶以形成封装体30，以形成第三半成品，其中封装体30位于第一安装面11和第二安装面21之间，第一散热面12和第二散热面22朝向外侧露出，且封装体30在第一安装面11和第二安装面21的两侧向外延伸，以分别形成第一突出部31和第二突出部32，最后将散热器40安装于第三半成品，其中散热器40一侧开口，内部具有上下的接触面分别与第一安装面11和第二安装面21接触。以此使得ipm模块100形成上下叠层结构，上下两
层都能安装电子元件50，从而有效的提升模块的电路分布密度，有效的降低ipm模块100的表面面积大小，以此能有效的实现ipm模块100的小型化，以此降低成本。而且由于上下两层的结构方式可以使得高压功率器件的电路和低压控制电路分别设置在两层，以此实现二者的电气距离，降低高压功率器件对低压控制电路的干扰，从而提高了ipm模块100的工作稳定性和可靠性。
56.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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
57.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”、“顺时针”、“逆时针”、“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。
58.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。
59.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“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。
60.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。
61.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。