智能功率模块及其制造方法_2

文档序号:8513630阅读:来源:国知局
模块较佳实施例的背面视图;
[0047]图2(B)是本发明智能功率模块较佳实施例的正面视图;
[0048]图2(C)是图2(A)或者图2 (B)X-X’线的截面图;
[0049]图2⑶是本发明实施例智能功率模块去掉密封树脂后的俯视图;
[0050]图3㈧是本发明实施例第一工序中纸质散热器的主视图;
[0051]图3(B)是图3㈧的X-X’线的截面图;
[0052]图3(C)是在纸质散热器的正面形成绝缘层和铜箔层的示意图;
[0053]图3(D)是在图3(C)所示的铜箔层上形成电路布线的示意图;
[0054]图3 (E)是图3⑶的X-X’线的截面图;
[0055]图3(F)是形成散热皱褶的示意图;
[0056]图3(G)是为单个引脚的示意图;
[0057]图3(H)是带有弧度的单个引脚的示意图;
[0058]图4(A)是本发明实施例第二工序中,装配功率元件、非功率元件及引脚的智能功率模块的侧视图;
[0059]图4(B)是图4(A)的俯视图;
[0060]图5(A)是本发明实施例第四工序中,通过金属线使功率元件、非功率元件、散热器和电路布线间形成连接的侧视图;
[0061 ] 图5 (B)是图5 (A)的俯视图;
[0062]图6(A)是本发明实施例第五工序中,在绝缘层上装配预先制成的热硬性树脂框的侧视图;
[0063]图6 (B)是图6 (A)的俯视图;
[0064]图6(C)是本发明实施例第五工序中,在热硬性树脂框中灌封热塑性树脂的侧视图;
[0065]图7(A)是本发明实施例第六工序中,在热硬性树脂框上形成用于安装智能功率模块的通孔的俯视图;
[0066]图7(B)是本发明实施例第六工序中,在散热器的背面形成隔断部并在功率元件对应位置粘贴散热皱褶的仰视图;
[0067]图7 (C)是图7⑶的X-X’线的截面图;
[0068]图8是本发明实施例的智能功率模块的制造方法流程图。
[0069]为了使本发明的技术方案更加清楚、明了,下面将结合附图作进一步详述。
【具体实施方式】
[0070]应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0071]如前所述,现有的智能功率模块由于散热效果不佳,长期工作在高温下,会严重降低其使用寿命,并且会影响智能模块性能的稳定性。
[0072]本发明考虑到,在变频空调等特定的应用场合,高导热绝缘层和增加散热器虽然可以解决智能功率模块的散热问题,但是,选用高导热绝缘层散热,一方面成本非常高,另一方面由于高导热绝缘层使用了大量的参杂而导致智能功率模块硬度很大,从而增加了智能功率模块的制造难度;如果在智能功率模块内部增加散热器,将功率元件贴装在散热器上,一方面会增加原材料成本,另一方面也增加了智能功率模块的工艺难度;如果在智能功率模块外部增加散热器,散热器贴装在智能功率模块的背面,由于与智能功率模块配合的应用电路上还有其他发热元件,如果为所有发热元件安装同一个散热器,会增加散热器面积,从而提高应用成本,如果为所有发热元件分别安装散热器,则会增加装配难度。因此选用高导热绝缘层和增加散热器均对智能功率模块的应用推广产生了困难,不利于智能功率模块在变频空调等民用场合的普及。
[0073]基于上述考虑,本发明实施例通过引入纸质散热器,在纸质散热器的背面形成隔断部并在对应于功率元件的位置设置散热皱褶,在纸质散热器的正面形成绝缘层、电路布线、功率元件、非功率元件等元素,并完成有序加工,由于纸质散热器重量更轻,对加工时所用载具要求低,定位容易,从而可以降低制造成本,提高过程合格率;省去将功率元件贴装到内部散热器的工序,降低了设备投资费用;此外,由于在纸质散热器的背面设置散热皱褶,散热面积极大增加,并且不同功能的所述功率元件群因隔断部的存在极大减小了热串扰,各发热部分的发热虽互不相同但极少相互间传导而通过所述皱褶散失,在使用普通绝缘层的前提下,使智能功率模块及其应用平台的发热部件获得良好的散热效果,并且各发热源间热干扰很少,使得智能功率模块性能稳定,进而提高了智能功率模块的可靠性;除此之外,纸质散热器还便于运输。
[0074]具体地,参照图2 (A)、图2 (B)、图2 (C)及图2⑶所示,本发明实施例提出的一种智能功率模块10,本实施例以具有桥堆、压缩机逆变、功率因素校正、风机逆变功能的智能功率模块10为例进行说明,对于不需要风机逆变功能的应用场合,将风机逆变部分去除即可,其他部分完全相同。
[0075]本实施例智能功率模块10包括作为载体的纸质散热器17、电路布线18、设置在所述电路布线18预定位置的功率元件19和非功率元件14 ;其中:
[0076]所述散热器17的一面作为正面,另一面作为背面。
[0077]在散热器17的正面覆盖有绝缘层21,所述电路布线18设置在所述绝缘层21上远离散热器17的一面。
[0078]在所述散热器17的背面,在对应所述功率元件19的位置设置有用于散热的皱褶17A。
[0079]其中,所述散热器17和皱褶17A均可以采用湿式碳素复合材料功能纸。
[0080]在散热器17的背面设置有隔断部22,隔断部22是将散热器背面特定位置的散热材料去除形成,可以部分去除也可以全部去除露出绝缘层21,本实施例为了取得更好的散热效果,采用全部去除的方式。
[0081]在此,功率元件19的下方必须具有皱褶17A,具有所述隔断部22的上方不具有功率元件19。
[0082]所述散热器17与所述皱褶17A可以通过高温胶水粘接,或者也可以两者一体制成。
[0083](后续详述)。
[0084]此外,所述智能功率模块10还包括:用于连接所述电路布线18、所述功率元件19和所述非功率元件14以构成相应电路的金属线15。
[0085]在此,所述功率元件19、所述非功率元件14、所述电路布线18、所述金属线15组成的电路,具有桥堆、压缩机逆变和功率因素校正功能,或者具有桥堆、压缩机逆变、功率因素校正和风机逆变功能,使变频空调等应用领域的所有发热电路集中在一起同时散热;本实施例以具有桥堆、压缩机逆变、功率因素校正、风机逆变功能的智能功率模块10为例进行说明,对于不需要风机逆变功能的应用场合,将风机逆变部分去除即可,其他部分完全相同。
[0086]如图2 (K)和图2⑶所示,电路单元1001实现桥堆功能、电路单元1002实现压缩机逆变功能、电路单元1003实现功率因素校正、电路单元1004实现风机逆变功能。
[0087]在此,所述桥堆、所述压缩机逆变的驱动部分、所述功率因素校正的驱动部分、所述风机逆变的驱动部分与其他控制部分间被所述隔断部22隔离。
[0088]此外,所述智能功率模块10还包括:配置在所述功率模块边缘、与所述电路布线18连接并向与所述散热皱褶相反方向延伸的作为输入输出的引脚。
[0089]在此,根据智能功率模块10内部电路布局及外围应用需要,所述引脚11可以配置于智能功率模块10的一个边缘、两个边缘、三个边缘或四个边缘。
[0090]此外,所述智能功率模块10还包括:配置在所述绝缘层上的热硬性树脂框13,。
[0091]在此,热硬性树脂框的高度必须高于所述金属线15的高度。
[0092]在本实施例中,所述电路布线18、所述功率元件19和非功率元件14、金属线15,以及所述引脚11与电路布线18的连接部分由热塑性密封树脂12封装,热塑性密封树脂12填充所述热硬性树脂框13将所有元素密封,只有引脚11部分露出。
[0093]此外,所述智能功率模块10还包括:用于安装所述智能功率模块10的通孔16。
[0094]在此,通孔16贯穿热硬性树脂框13、绝缘层21和纸质散热器17。所述散热皱褶17A位于所述功率元件19的背面被所述隔断部22包围,并在所述纸质散热器17的背面的短边边缘的距离至少2_,确保不对所述通孔16形成遮挡。
[0095]另外,所述电路布线18可以在绝缘层21的至少一边缘形成一个或多个焊垫18A ;若为多个焊垫18A,则所述多个焊垫18A沿所述绝缘层21的边缘对准排列;所述引脚11通过所述焊垫18A固定,并与所述电路布线18连接。
[0096]以下详细阐述本发明实施例智能功率模块10各构成要素:
[0097]其中,纸质散热器17为湿式碳素复合材料功能纸,可由粉末和纤维状碳素材料复合加工成石墨质,该湿式碳素复合材料可耐受350°C以上的高温并可根据需要折叠成任意形状,得到所述散热皱褶17A。为了提高抗腐蚀性和防水,表面可进行防水处理。
[0098]所述纸质散热器17可以与所述散热皱褶17A —体制成,也可以与所述散热
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