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.智能功率模块，即ipm(intelligent power module)，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可接收mcu(microcontroller unit，微控制单元)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，以及变频家电等的一种理想电力电子器件。
3.基于智能功率模块的原理特性决定，同一个封装体内包含有用于传输高压功率输出信号的引脚，也包含有用于传输低压逻辑控制信号的引脚。不同类型的引脚之间存在很大的电势差，高压功率输出信号的引脚与散热片之间也存在很大的电势差。通常高低压引脚之间存在500
‑
800v电势差，高压信号引脚和散热片之间存在500
‑
800v电势差。
4.现有的智能功率模块设计中，为了满足爬电距离的设计要求，通常将高压引脚和低压引脚之间的间距设计的过大，引脚根部与安装后的散热片之间的距离设置的过大，导致智能功率模块整体尺寸过大；为了满足智能功率模块整体尺寸的设计要求，通常将高压引脚和低压引脚之间的间距设计的过小，引脚根部与安装后的散热片之间的距离设置的过小，导致爬电距离不够，无法满足安全测试要求。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对传统的设计和制备智能功率模块过程中，受于智能功能模块总体尺寸限制，难以做到满足要求的爬电距离的问题。提供一种智能功率模块。
6.具体地，本实用新型公开一种智能功率模块，包括：
7.电路基板，电路基板上设有电路层；
8.多个低压引脚，多个低压引脚的第一端分别与电路层电性连接；
9.多个高压引脚，多个高压引脚的第一端分别与电路层电性连接；
10.密封本体，密封本体包裹电路基板、以及连接有各低压引脚和各高压引脚的电路层；
11.其中，各低压引脚的第二端分别从密封本体的第一侧面引出，并在密封本体的第一侧面形成一一对应的各第一引出部；各高压引脚的第二端分别从密封本体的第一侧面引出，并在密封本体的第一侧面形成一一对应的各第二引出部；密封本体的第一侧面设有若干个爬电凹槽，爬电凹槽位于相邻的第一引出部和第二引出部。
12.可选地，相邻的第二引出部与第二引出部之间设有爬电凹槽。
13.可选地，智能功率模块还包括多个隔板，多个隔板分别设于爬电凹槽，且用于将相
应的爬电凹槽隔成两个子凹槽。
14.可选地，隔板为平面板、锥面板、锯齿形面板或曲面板。
15.可选地，各低压引脚的第二端和各高压引脚的第二端分别靠近密封本体的第二侧面设置；电路基板靠近密封本体的与第二侧面相对应的第三侧面设置。
16.可选地，密封本体的第三侧面用于设置散热组件；散热组件与密封本体固定连接。
17.可选地，散热组件包括固定基座以及设于固定基座上的散热片；固定基座与密封本体固定连接。
18.可选地，低压引脚与固定基座之间的垂直距离为第一距离值，第一距离值大于预设爬电距离；高压引脚与固定基座之间的垂直距离为第二距离值，第二距离值大于预设爬电距离。
19.可选地，电路基板与电路层之间设有绝缘层。
20.可选地，电路层包括电路布线层，以及配置于电路布线层上的电路元件；电路布线层设于绝缘层上。
21.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
22.上述的智能功率模块的各实施例中，通过在电路基板上设有电路层，将各个低压引脚的第一端分别与电路层电性连接，各个高压引脚的第一端分别与电路层电性连接；通过密封本体包裹电路基板、以及连接有各低压引脚和各高压引脚的电路层；各低压引脚的第二端一一对应各第一引出部引出，各高压引脚的第二端一一对应各第二引出部引出；密封本体的第一侧面设有若干个爬电凹槽，爬电凹槽位于相邻的第一引出部和第二引出部，实现智能功率模块在满足总体的尺寸要求下，同时满足安全测试要求的爬电距离的设计。本技术通过相邻的第一引出部和第二引出部之间设置爬电凹槽，即在相邻的低压引脚与高压引脚之间的密封本体上设置爬电凹槽，如爬电凹槽尺寸设计为深度h，相邻的低压引脚与高压引脚之间的间距为a，则设置爬电凹槽后，相邻的低压引脚与高压引脚之间的爬电距离增大为a+2h，从而在满足智能功率模块总体的尺寸要求下，增大智能功率模块的爬电距离，使得产品实现满足要求的安全爬电距离。
附图说明
23.图1为传统的智能功率模块的外形图；
24.图2为本实用新型实施例的智能功率模块的第一结构示意图；
25.图3为本实用新型实施例的智能功率模块的第二结构示意图；
26.图4为本实用新型实施例的智能功率模块的局部放大示意图；
27.图5为本实用新型实施例的智能功率模块的另一视角结构示意图。
28.附图标记：
29.智能功率模块10，电路基板100，低压引脚200，高压引脚300，密封本体400，爬电凹槽410，隔板500，散热组件600，固定基座610，散热片620。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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
本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
31.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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
32.传统的智能功率模块中，如图1所示，从密封本体400穿出的低压引脚200和高压引脚300之间存在500
‑
800v电位差。低压引脚200和高压引脚300之间的间距即为爬电距离，然而受到总体尺寸限制，该爬电距离难以做到满足要求的安全爬电距离。
33.在一个实施例中，本实用新型提出一种智能功率模块，如图2和5所示，该智能功能模块包括电路基板100、多个低压引脚200、多个高压引脚300和密封本体400。电路基板100上设有电路层；多个低压引脚200的第一端分别与电路层电性连接；多个高压引脚300的第一端分别与电路层电性连接；密封本体400包裹电路基板100、以及连接有各低压引脚200和各高压引脚300的电路层；其中，各低压引脚200的第二端分别从密封本体400的第一侧面引出，并在密封本体400的第一侧面形成一一对应的各第一引出部；各高压引脚300的第二端分别从密封本体的第一侧面引出，并在密封本体400的第一侧面形成一一对应的各第二引出部；密封本体400的第一侧面设有若干个爬电凹槽410，爬电凹槽410位于相邻的第一引出部和第二引出部。
34.其中，电路基板100可由金属材料制成，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。电路基板100上设有电路层，电路层与电路基板100绝缘，电路层上设有功率开关器件、高压驱动电路和故障检测电路等内部电路。功率开关器件、高压驱动电路和故障检测电路之间通过金属线电性连。
35.低压引脚200指的是用于传输低压逻辑控制信号的引脚端子，多个低压引脚200设置在电路基板100的至少一侧边缘处，且低压引脚200与电路基板100上的电路层电性连接；例如，多个低压引脚200通过焊接如锡膏焊的方式焊接到电路基板100上的电路层的焊盘，以此实现与电路基板100上的电路层电性连接。例如，低压引脚200可与电路层上的故障检测电路电性连接；进一步的低压引脚200可通过金属线与电路层上的故障检测电路电性连接，其中金属线可以是铜线。高压引脚300指的是用于传输高压功率输出信号的引脚端子，多个高压引脚300设置在电路基板100的至少一侧边缘处，且高压引脚300与电路基板100上的电路层电性连接；例如，多个高压引脚300通过焊接如锡膏焊的方式焊接到电路基板100上的电路层的焊盘，以此实现与电路基板100上的电路层电性连接。例如，高压引脚300可与电路层上的功率开关器件和高压驱动电路分别电性连接；进一步的高压引脚300可通过金属线分别与电路层上的功率开关器件和高压驱动电路电性连接，其中金属线可以是铜线。通常低压引脚200与高压引脚300之间存在较大的电势差；在一个示例中，低压引脚200与高压引脚300之间的电势差在500v(伏特)至800v之间。
36.密封本体400可用来对电性连接有多个低压引脚200和多个高压引脚300的电路基板100进行塑封，使得将电路基板、以及连接有各低压引脚和各高压引脚的电路层包裹在密封本体内。密封本体在制备过程中，可通过塑封工艺，采用塑封模具将电性连接有多个低压引脚200和多个高压引脚300的电路基板100塑封在密封本体400内。密封本体400的材料可
以是热固性高分子，如环氧树脂、酚醛树脂、硅胶、氨基、不饱和树脂；为了提高散热能力，密封本体400可以为含有金属、陶瓷、氧化硅、石墨烯等粉末或纤维的复合材料。
37.可根据不同的设计要求，设计不同形状的塑封模具，进而可塑封得到不同形状结构的密封本体400。例如，密封本体400可以是长方体结构。各低压引脚200的第一端随电路基板100塑封在密封本体400内，各低压引脚200的第二端从电路基板100的第一侧面引出，即使得密封本体400的第一侧面上形成多个第一引出部，各低压引脚200的第二端一一对应各第一引出部。各高压引脚300的第一端随电路基板100塑封在密封本体400内，各高压引脚300的第二端从电路基板100的第一侧面引出，即使得密封本体400的第一侧面上形成多个第二引出部，各高压引脚300的第二端一一对应各第二引出部。
38.进一步的，密封本体400的第一侧面设有若干个爬电凹槽410，爬电凹槽410位于相邻的第一引出部和第二引出部，使得在密封本体400的第一侧面上任意一对相邻的第一引出部和第二引出部之间均设有爬电凹槽410，即任意一对相邻的低压引脚200与高压引脚300之间均设有爬电凹槽410，使得相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的爬电距离增大，实现智能功率模块10在满足总体的尺寸要求下，同时满足安全测试要求的爬电距离的设计。
39.进一步的，可通过设计具有爬电凹槽410结构的塑封模具，在制备过程中，可通过塑封工艺，采用设有爬电凹槽410结构的塑封模具将电性连接有多个低压引脚200和多个高压引脚300的电路基板100塑封在密封本体400内，使得任意一对相邻的低压引脚200与高压引脚300之间均设有爬电凹槽410，使得相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的爬电距离增大，实现增大相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的爬电距离，进而使得智能功率模块10的设计具有满足要求的安全爬电距离。
40.需要说明的是，智能功率模块10塑封体表面相对起痕指数cti≥600v，按照gb12536.1类，及2类污染环境爬电距离大于或等于3.2mm(毫米)，3类污染环境爬电距离≥8mm。
41.上述实施例中，通过在电路基板100上设有电路层，将各个低压引脚200的第一端分别与电路层电性连接，各个高压引脚300的第一端分别与电路层电性连接；通过密封本体400包裹电路基板100、以及连接有各低压引脚200和各高压引脚300的电路层；各低压引脚200的第二端一一对应各第一引出部引出，各高压引脚300的第二端一一对应各第二引出部引出；密封本体400的第一侧面设有若干个爬电凹槽410，爬电凹槽410位于相邻的第一引出部和第二引出部，实现智能功率模块10在满足总体的尺寸要求下，同时满足安全测试要求的爬电距离的设计。本技术通过相邻的第一引出部和第二引出部之间设置爬电凹槽410，即在相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的密封本体上设置爬电凹槽410，如爬电凹槽410尺寸设计为深度h，相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的间距为a，则设置爬电凹槽410后，相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的爬电距离增大为a+2h，从而在满足智能功率模块10总体的尺寸要求下，增大智能功率模块10的爬电距离，使得产品实现满足要求的安全爬电距离。
42.在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，相邻的第二引出部与第二引出部之间设有爬电凹槽410。
43.具体地，爬电凹槽410还可设置在相邻的第二引出部与第二引出部之间，即在相邻
的高压引脚300与高压引脚300之间可设置爬电凹槽410，使得相邻的高压引脚300与高压引脚300之间的爬电距离增大，实现智能功率模块10在满足总体的尺寸要求下，同时满足安全测试要求的爬电距离的设计。例如，可采用设有爬电凹槽410结构的塑封模具将电性连接有多个低压引脚200和多个高压引脚300的电路基板100塑封在密封本体400内，且使得邻的高压引脚300与高压引脚300之间均设有爬电凹槽410，实现增大相邻的高压引脚300与高压引脚300之间的爬电距离，进而使得智能功率模块10的设计具有满足要求的安全爬电距离。
44.在本实用新型的一些实施例中，如图3和4所示，智能功率模块10还包括多个隔板500，多个隔板500分别设于爬电凹槽410，且用于将相应的爬电凹槽410隔成两个子凹槽。
45.其中，隔板500的材料可以是热固性高分子，如环氧树脂、酚醛树脂、硅胶、氨基、不饱和树脂；隔板500的材料还可以是含有金属、陶瓷、氧化硅、石墨烯等粉末或纤维的复合材料。
46.具体地，可在每一个爬电凹槽410内分别设置隔板500，使得将爬电凹槽410隔成两隔子凹槽，进而可进一步的增大爬电距离。例如，在相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的爬电凹槽410上设置隔板500，假设隔板500的长度为h，爬电凹槽410尺寸设计为深度h，相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的间距为a，则在爬电凹槽410内设置隔板500后，相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的爬电距离增大为a+4h，从而在满足智能功率模块10总体的尺寸要求下，增大智能功率模块10的爬电距离，使得产品实现满足要求的安全爬电距离。另外，由于通过在爬电凹槽410内设置隔板500能够极大的增大爬电距离，进而在实现得到满足安全测试要求的爬电距离的前提下，可对减小的爬电凹槽410深度，进而可进一步的缩小智能功率模块10的体积。
47.在本实用新型的一些实施例中，如图3和4所示，隔板500为平面板、锥面板、锯齿形面板或曲面板。例如，隔板500可以是平面板，平面板垂直设置在爬电凹槽410内，进而可使得相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的爬电距离，从而在满足智能功率模块10总体的尺寸要求下，增大智能功率模块10的爬电距离，使得产品实现满足要求的安全爬电距离。需要说明的是，隔板500还可以是不规则形状的板。
48.进一步的，可通过设计具有爬电凹槽410和隔板500结构的塑封模具，在制备过程中，可通过塑封工艺，采用设有爬电凹槽410和隔板500结构的塑封模具将电性连接有多个低压引脚200和多个高压引脚300的电路基板100塑封在密封本体400内，使得任意一对相邻的低压引脚200与高压引脚300之间均设有爬电凹槽410，且使得爬电凹槽410内具有隔板500，实现进一步地增大相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的爬电距离，进而使得智能功率模块10的设计具有满足要求的安全爬电距离。
49.进一步的，在一个示例中，在同一智能功率模块10中，可设置多个不同形状的隔板500，例如，在一个相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的爬电凹槽410内可设置锥面板，在另一个相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的爬电凹槽410内可设置平面板，或者在另一个相邻的低压引脚200与高压引脚300之间的爬电凹槽410内可设置曲面板等。
50.在本实用新型的一些实施例中，如图5所示，各低压引脚200的第二端和各高压引脚300的第二端分别靠近密封本体400的第二侧面设置；电路基板100靠近密封本体400的与第二侧面相对应的第三侧面设置。
51.具体地，密封本体400的第二侧面与密封本体400的第三侧面相对应。电路基板100
靠近密封本体400的第三侧面设置，各低压引脚200的第二端和各高压引脚300的第二端分别靠近密封本体400的第二侧面设置，即各第一引出部和各第二引出部分别靠近密封本体400的第二侧面设置，使各低压引脚200和各高压引脚300分别与电路基板100之间的垂直距离增大。
52.进一步的，密封本体400的第三侧面用于设置散热组件600；散热组件600与密封本体400固定连接。由于智能功率模块10在工作过程中会产生大量的热量，导致电路基板100上的内部电路温度升高，若无法及时的对电路基板100进行散热，则容易导致电路基板100烧毁。而通过在密封本体400的第三侧面设置散热组件600，进而可通过散热组件600对电路基板100进行快速散热，避免电路基板100的温度过高。在智能功率模块10应用中，通常散热组件600接地线或接设备外壳，进而高压引脚300与散热组件600之间会产生较高的电势差，低压引脚200与散热组件600之间也会产生电势差。因此，通过散热组件600设置在密封本体400的第三侧面，电路基板100靠近密封本体400的第三侧面设置，各低压引脚200的第二端和各高压引脚300的第二端分别靠近密封本体400的第二侧面设置，进而通过散热组件600实现对电路基板100进行散热，同时增大各低压引脚200和各高压引脚300分别与电路基板100之间的垂直距离增大，即增大各低压引脚200和各高压引脚300分别与电路基板100之间的爬电距离，实现智能功率模块10在满足总体的尺寸要求下，同时满足安全测试要求的爬电距离的设计。
53.需要说明的是，各低压引脚200从第一引出部穿出后，通过折弯工艺，将各低压引脚200折弯，得到第一折弯端，然而再对第一折弯端的末端折弯，得到第二折弯端。其中第一折弯端可平行于电路基板100。各高压引脚300从第二引出部穿出后，通过折弯工艺，将各高压引脚300折弯，得到第三折弯端，然而再对第三折弯端的末端折弯，得到第四折弯端。其中第三折弯端可平行于电路基板100。
54.在本实用新型的一些实施例中，如图5所示，散热组件600包括固定基座610以及设于固定基座610上的散热片620；固定基座610与密封本体400固定连接。
55.具体地，固定基座610可设置第一螺丝孔，密封本体400的第三侧面上可设置第二螺丝孔，进而可通过螺丝将固定基座610与密封本体400进行固定连接。固定基座610与散热片620可以采用相同的材质，例如固定基座610与散热片620的材料分别可以是铝或铝合金材料。在一个示例中，固定基座610与散热片620可通过一体成型制造得到。
56.进一步的，低压引脚200与固定基座610之间的垂直距离为第一距离值，第一距离值大于预设爬电距离；高压引脚300与固定基座610之间的垂直距离为第二距离值，第二距离值大于预设爬电距离。
57.例如，可通过增加密封本体400的厚度，但电路基板100距离密封本体400的第二侧面之间的厚度不变，进而不影响散热性能，通过改变引脚(低压引脚200和高压引脚300)的第一端在密封本体400内的结构，使得引脚(低压引脚200和高压引脚300)与固定基座610之间的垂直距离增加，进而增加了引脚(低压引脚200和高压引脚300)与固定基座610之间的爬电距离，且使得增大后的爬电距离值大于预设爬电距离。即假设低压引脚200与固定基座610之间的垂直距离为第一距离值d1，预设爬电距离为g，则第一距离值d1大于预设爬电距离g；假设高压引脚300与固定基座610之间的垂直距离为第二距离值d1，预设爬电距离为g，则第二距离值d1大于预设爬电距离g，从而实现智能功率模块10在满足总体的尺寸要求下，
同时满足安全测试要求的爬电距离的设计。需要说明的是，通常低压引脚200与固定基座610之间的垂直距离(即第一距离值d1)，与高压引脚300与固定基座610之间的垂直距离(即第二距离值d1)相等。
58.在本实用新型的一些实施例中，电路基板100与电路层(未示出)之间设有绝缘层(未示出)；电路层包括电路布线层(未示出)，以及配置于电路布线层上的电路元件(未示出)；电路布线层设于绝缘层上。
59.其中，绝缘层设置于电路基板100的表面，其厚度相对电路基板100较薄，一般在50um至150um，常用为110um。电路布线层由铜等金属构成且和电路基板100绝缘，电路布线层包括由蚀刻的铜箔构成电路线路，线路层厚度也较薄，如70um左右。在一个示例中，电路布线层还包括靠近电路基板100的侧边位置设置的焊盘，可以采用2盎司铜箔形成上述的电路布线层。最后在电路布线层上还可以涂覆一层较薄的绿油层，以起到线路隔离作用，隔断电路线路与电路线路之间的电连接。多个电路元件设在电路布线层上，多个电路元件之间或者电路元件与电路布线层之间可通过金属线电连接；电路元件可通过焊接的方式与电路布线层固定。
60.在一个示例中，电路元件可采用晶体管或二极管等有源元件、或者电容或电阻等无源元件。另外，也可以通过由铜等制成的散热器将功率元件等发热量大的元件固定在电路基板100上。在此，面朝上安装的有源元件等通过金属线与电路布线连接。绝缘层覆盖电路基板100至少一个表面形成。且形成密封层的环氧树脂等树脂材料内可高浓度填充氧化铝、碳化硅铝等填料提高热导率，为了提高热导率，填料可采用角形，为了规避填料损坏电路元件表面的风险，填料可采用球形。引脚(低压引脚200和高压引脚300)一般采用铜等金属制成，铜表面通过化学镀和电镀形成一层镍锡合金层，合金层的厚度一般为5μm，镀层可保护铜不被腐蚀氧化，并可提高可焊接性。
61.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。
62.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。
63.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。
64.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。
65.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。
66.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。