功率封装模块、制备方法和计算机可读存储介质与流程

本发明涉及封装技术领域，更具体而言，涉及一种功率封装模块、一种功率封装模块的制备方法和一种计算机可读存储介质。

背景技术：

功率封装模块(intelligentpowermodule，ipm)应用于驱动风机、压缩机等设备的电控板上。

功率封装模块将功率器件、驱动电路与处理器等集成于一个基板上，并利用金属基板作为散热衬底对功率源进行散热，而为了保证金属基板的绝缘性，在金属基板上还设置有绝缘层，现有的绝缘层通过涂覆环氧树脂并填充氧化铝的方式制备而成，因此存在以下缺陷：

(1)导热性能有限；

(2)散热温度过高会使绝缘层材料的韧性和黏结性能下降，导致绝缘层出现裂纹、颗粒脱落等现象。

另外，整个说明书对背景技术的任何讨论，并不代表该背景技术一定是所属领域技术人员所知晓的现有技术，整个说明书中的对现有技术的任何讨论并不代表该现有技术一定是广泛公知的或一定构成本领域的公知常识。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的第一个方面的目的在于提供一种功率封装模块。

本发明的第二个方面的目的在于提供一种功率封装模块的制备方法和一种计算机可读存储介质。

为实现上述目的，本发明的一个方面的技术方案，提供了一种功率封装模块，包括：基板；绝缘层，覆盖在基板上，绝缘层包括有机硅树脂层以及有机硅树脂层中的指定添加剂；布线层，布设在绝缘层上；多个器件，多个器件能够与布线层配置出功率封装模块中的功率驱动电路，多个器件包括：整流器，用于将输入的交流信号转换为直流信号；功率因数校正模块，设置在基板上，并能够与整流器的输出端电连接，以接收直流信号；控制芯片，与功率因数校正模块电连接，用于向功率因数校正模块输出控制信号，功率因数校正模块根据控制信号对直流信号执行功率因数校正操作。

在该技术方案中，通过采用有机硅树脂与指定添加剂制备封装模块的绝缘层，能够提升绝热、绝缘、耐高温与抗热性能，因此能够降低功率封装模块在寒冷或极端条件下绝缘层开裂的概率，进而有利于降低功率封装模块失效或者损坏的概率，另外，通过将包括整流器、功率因数校正模块、控制芯片等多个器件封装在一个封装模块中，也有利于保证封装器件的集成性能。

其中指定添加剂可以为粉末状添加剂，并能够具有良好的电绝缘性能。

在上述技术方案中，指定添加剂包括添加于有机硅树脂层中的无机粉体。

其中，有机硅树脂是一类由硅原子和氧原子交替连结的聚合物的统称，有机硅树脂结构中包括有机基团和无机结构，这种特殊的组成和分子结构使它集有有机物特性与无机物功能于一身，使其具有热稳定性，能够防水，防寒和防锈。

在上述技术方案中，指定添加剂还包括在有机硅树脂层中添加的气凝胶。

在该技术方案中，由于气凝胶具有膨胀作用、触变作用和离浆作用，基于添加气凝胶可提高绝缘层的耐高温特性，而且，可以利用气凝胶的空间网状结构改善绝缘层的连接性，提高绝缘层的强度和抗热冲击性能。

在上述技术方案中，指定添加剂还包括在有机硅树脂层中添加的硅烷偶联剂。

在该技术方案中，硅烷偶联剂主要用于表面处理，基于添加硅烷偶联剂，结合上述的有机硅树脂、无机粉体与气凝胶等化学成分，能够增强绝缘层浆料的粘结性，使涂层有更好的连接性和在柔性金属衬底上的附着力，大幅度提高了涂层的弯曲强度、拉伸强度、层间剪切强度、耐水和抗老化等性能。

在上述技术方案中，控制芯片设置有与功率因数校正模块对应的控制端，控制芯片被配置为分别通过控制端向功率因数校正模块的控制极输入控制信号。

在该技术方案中，基于控制芯片，与功率因数校正模块电连接，用于向功率因数校正模块输出控制信号，功率因数校正模块根据控制信号对直流信号执行功率因数校正操作。

在上述技术方案中，多个器件还包括：逆变器，与功率因数校正模块电连接，用于将功率因数校正，校正后的直流信号逆变为交流信号。

基于逆变器可以将交流电压转变成稳定的直流输出，通过它可以实现电压，频率，相位和电网高度保持一致。

在上述技术方案中，功率因数校正模块包括开关管与升压二极管；

每个开关管的集电极分别连接有升压二极管，多个升压二极管的负极汇集于功率因数校正模块的输出端。

在上述技术方案中，多个器件还包括pfc电感，pfc电感的第一端连接至整流器的第一输出端，pfc电感的第二端连接至开关管与升压二极管的连接点。

在该技术方案中，通过合理配置电感量，结合控制信号的设置，有利于降低电流波纹。

在上述技术方案中，多个器件还包括：串联的第一采样电阻与第二采样电阻，第一采样电阻还连接至整流器的第二输出端，第二采样电阻还连接至逆变器；母线电容，设置于第一采样电阻与第二采样电阻的连接点，以及功率因数校正模块的输出端之间。

在该技术方案中，通过设置采样电阻，基于采样电阻上采样电流的检测，确定是否出现过流现象，当发生过流时，采样电阻上压降增大，关闭功率因数校正模块中的开关管，防止模块烧毁。

在上述技术方案中，逆变器包括：并联的三个开关管组件，每个开关管组件包括串联的两个开关管。

在上述技术方案中，整流器包括两个并联的整流组件，每个整流组件包括两个同向串联的二极管。

本发明第二方面的技术方案提供了一种功率封装模块的制备方法，包括：将有机硅树脂与指定添加剂根据预设比例均匀混合，以配置出绝缘层浆料；将绝缘层浆料涂覆在基板上，并在指定温度下执行排胶操作，以在基板上配置出绝缘层；在绝缘层上制备器件的布线层，布线层包括能够相互电连接的布线与焊接区；根据功率封装模块布设方式，将功率封装模块中的多个器件分别固定在焊接区，以形成待密封组件；在待密封组件的表面生成密封层，以形成功率封装模块。

基于本发明制备得到的耐高温绝缘层与技术基板有良好的附着力，并且具有良好的绝热、绝缘、耐高温及抗热冲击的特性，本发明制备得到的绝缘层在低温或者极端环境下不会出现裂纹或者结构破坏的情况，且绝缘性能优良；因此，在此基础上制备的功率封装模块能够在超低温以及极端环境下有效运行，防止温度快速变化出现的绝缘层开裂，脱落等现象。

在上述技术方案中，将有机硅树脂与指定添加剂根据预设比例均匀混合，以配置出绝缘层浆料，具体包括：选取颗粒尺寸小于指定尺寸的氧化铝与石棉混合物颗粒进行研磨与混合，以形成混合颗粒；根据第一比例将混合颗粒与气凝胶进行均匀混合，结合无水乙醇，通过执行超声震荡操作形成悬浊液；将悬浊液进行真空抽滤，生成滤饼；对滤饼进行高温干燥，生成无机填料；将无机填料与有机硅树脂按照第二比例在室温下混合均匀，使无机填被有机硅树脂均匀包裹，以形成包裹浆料；在包裹浆料中添加硅烷偶联剂，搅拌均匀得到绝缘层浆料。

其中，氧化铝是一种高强度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，在高温下可电离的离子晶体，常用于耐火材料；石棉具有高抗张强度，高挠性，耐化学和热侵蚀的特点。

其中，石棉具有高度耐火性，电绝缘性，绝热型，是重要的防火绝缘和保温材料。

其中，无水乙醇极易从空气中吸收水分，能与水和氯仿，乙醚等多种有机溶剂以任一比例互溶，根据第一比例将混合颗粒与气凝胶进行均匀混合，结合无水乙醇，通过执行超声震荡操作形成悬浊液，可以使绝缘层更加贴合技术基板；基于添加硅烷偶联剂，可增强浆料的粘结性，使涂层有更好的连接性和附着力，大幅度提高了涂层的弯曲强度、拉伸强度、层间剪切强度、耐水和抗老化等性能。

其中，第一比例具体为1:15，第二比例具体为1:5。

在上述技术方案中，将绝缘层浆料涂覆在基板上，并在指定温度下执行排胶操作，以在基板上配置出绝缘层，具体包括：将绝缘层浆料绝缘浆料均匀涂覆在铝基板上，并置于指定温度的烘箱中排胶指定时长，以配置绝缘层，其中，绝缘层的厚度为大于或等于10μm，小于或等于100μm，指定温度大于或等于240°，小于或等于260°，指定时长大于或等于35min，小于或等于45min。基于指定的绝缘层的厚度，烘箱的温度和排胶时长可以使绝缘层更加贴合基板。

在上述技术方案中，在绝缘层上制备器件的布线层，布线层包括能够相互电连接的布线与焊接区，具体包括：

在绝缘层上不与基板接触的一侧利用物理气相沉积形成金属层，并通过图形化工艺形成焊接区以及引脚结构，并完成布线和连线，

其中，金属层的厚度大于或等于1μm，并小于或等于5μm。

其中，物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源—固体或表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，通过低压气体过程，在基体表面沉淀具有某种特殊功能的薄膜的技术，基于物理气相沉积可以清洁绝缘层，使绝缘层更加贴合基板。

在上述技术方案中，在待密封组件的表面生成密封层，以形成功率封装模块，具体包括：将待密封组件置于适配的模具中；向模具注入热塑性树脂，以形成密封层。

其中，热塑性树脂具有受热软化、冷却硬化的性能，而且不起化学反应，无论加热和冷却重复进行多少次，均能保持这种性能。由于热塑性树脂韧性好，损伤容限大，介电常数良好，同时储存期不受限制，不需要低温储存，成型不需要热压罐等大型专用设备，尤其是它具有良好的可循环性，可回收性，可重复和不污染环境的特征。

在该技术方案中，功率模块绝缘层材料通过在有机硅树脂中添加无机粉体、气凝胶和硅烷偶联剂得到，添加硅烷偶联剂可增强浆料的粘结性，使涂层有更好的连接性和在柔性金属衬底上的附着力，大幅度提高涂层的弯曲强度、拉伸强度和层间剪切强度以及耐水、抗老化等性能；添加气凝胶可提高绝缘层的耐高温特性，并利用气凝胶的空间网状结构改善绝缘层的连接性，提高其强度和抗热冲击性能。

本发明第三方面的实施例提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现上述任一项技术方案所述的制备方法的步骤。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/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示出了根据本发明的一个实施例的功率封装模块的示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的功率封装模块的电路示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的功率封装模块的制备方法的流程图。

其中，图1与图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

102基板，104绝缘层，106布线层，108多个器件，202整流器，204控制芯片，206开关管，208升压二极管。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图3描述根据本发明的一些实施例。

实施例一

如图1所示，本发明的一个实施例的功率封装模块，包括：基板102；绝缘层104，覆盖在基板102上，绝缘层104包括有机硅树脂层以及有机硅树脂层中的指定添加剂；布线层106，布设在绝缘层104上；多个器件108，多个器件108能够与布线层106配置出功率封装模块中的功率驱动电路。

如图2所示，多个器件包括：整流器202，用于将输入的交流信号转换为直流信号；功率因数校正模块，设置在基板上，并能够与整流器的输出端电连接，以接收直流信号；控制芯片204，与功率因数校正模块电连接，用于向功率因数校正模块输出控制信号，功率因数校正模块根据控制信号对直流信号执行功率因数校正操作。

在该实施例中，通过采用有机硅树脂与指定添加剂制备封装模块的绝缘层，能够提升绝热、绝缘、耐高温与抗热性能，因此能够降低功率封装模块在寒冷或极端条件下绝缘层开裂的概率，进而有利于降低功率封装模块失效或者损坏的概率，另外，通过将包括整流器、功率因数校正模块、控制芯片等多个器件封装在一个封装模块中，也有利于保证封装器件的集成性能。

其中指定添加剂可以为粉末状添加剂，并能够具有良好的电绝缘性能。

在上述实施例中，指定添加剂包括添加于有机硅树脂层中的无机粉体。

其中，有机硅树脂是一类由硅原子和氧原子交替连结的聚合物的统称，有机硅树脂结构中包括有机基团和无机结构，这种特殊的组成和分子结构使它集有有机物特性与无机物功能于一身，使其具有热稳定性，能够防水，防寒和防锈。

在上述实施例中，指定添加剂还包括在有机硅树脂层中添加的气凝胶。

在该实施例中，由于气凝胶具有膨胀作用、触变作用和离浆作用，基于添加气凝胶可提高绝缘层104的耐高温特性，而且，可以利用气凝胶的空间网状结构改善绝缘层104的连接性，提高绝缘层104的强度和抗热冲击性能。

在上述实施例中，指定添加剂还包括在有机硅树脂层中添加的硅烷偶联剂。

在该实施例中，硅烷偶联剂主要用于表面处理，基于添加硅烷偶联剂，结合上述的有机硅树脂、无机粉体与气凝胶等化学成分，能够增强绝缘层104浆料的粘结性，使涂层有更好的连接性和在柔性金属衬底上的附着力，大幅度提高了涂层的弯曲强度、拉伸强度、层间剪切强度、耐水和抗老化等性能。

在上述实施例中，控制芯片设置有与功率因数校正模块对应的控制端，控制芯片被配置为分别通过控制端向功率因数校正模块的控制极输入控制信号。

在该实施例中，基于控制芯片，与功率因数校正模块电连接，用于向功率因数校正模块输出控制信号，功率因数校正模块根据控制信号对直流信号执行功率因数校正操作。

在上述实施例中，多个器件108还包括：逆变器，与功率因数校正模块电连接，用于将功率因数校正，校正后的直流信号逆变为交流信号。

基于逆变器可以将交流电压转变成稳定的直流输出，通过它可以实现电压，频率，相位和电网高度保持一致。

如图2所示，在上述实施例中，功率因数校正模块包括开关管206与升压二极管208；每个开关管的集电极分别连接有升压二极管，多个升压二极管的负极汇集于功率因数校正模块的输出端。

在上述实施例中，多个器件108还包括pfc电感，pfc电感的第一端连接至整流器的第一输出端，pfc电感的第二端连接至开关管与升压二极管的连接点。

在该实施例中，通过合理配置电感量，结合控制信号的设置，有利于降低电流波纹。

在上述实施例中，多个器件108还包括：串联的第一采样电阻与第二采样电阻，第一采样电阻还连接至整流器的第二输出端，第二采样电阻还连接至逆变器；母线电容，设置于第一采样电阻与第二采样电阻的连接点，以及功率因数校正模块的输出端之间。

在该实施例中，通过设置采样电阻，基于采样电阻上采样电流的检测，确定是否出现过流现象，当发生过流时，采样电阻上压降增大，关闭功率因数校正模块中的开关管，防止模块烧毁。

在上述实施例中，逆变器包括：并联的三个开关管组件，每个开关管组件包括串联的两个开关管。

在上述实施例中，整流器包括两个并联的整流组件，每个整流组件包括两个同向串联的二极管。

实施例二

如图3所示，根据本发明的一个实施例的功率封装模块的制备方法，包括：

步骤s302，将有机硅树脂与指定添加剂根据预设比例均匀混合，以配置出绝缘层浆料。

步骤s304，将绝缘层浆料涂覆在基板上，并在指定温度下执行排胶操作，以在基板上配置出绝缘层。

步骤s306，在绝缘层上制备器件的布线层，布线层包括能够相互电连接的布线与焊接区。

步骤s308，根据功率封装模块布设方式，将功率封装模块中的多个器件分别固定在焊接区，以形成待密封组件。

步骤s310，在待密封组件的表面生成密封层，以形成功率封装模块。

基于本发明制备得到的耐高温绝缘层与技术基板有良好的附着力，并且具有良好的绝热、绝缘、耐高温及抗热冲击的特性。本发明制备得到的绝缘层在低温或者极端环境下不会出现裂纹或者结构破坏的情况，且绝缘性能优良；因此，在此基础上制备的功率封装模块能够在超低温以及极端环境下有效运行，防止温度快速变化出现的绝缘层开裂，脱落等现象。

在上述实施例中，将有机硅树脂与指定添加剂根据预设比例均匀混合，以配置出绝缘层浆料，具体包括：选取颗粒尺寸小于指定尺寸的氧化铝与石棉混合物颗粒进行研磨与混合，以形成混合颗粒；根据第一比例将混合颗粒与气凝胶进行均匀混合，结合无水乙醇，通过执行超声震荡操作形成悬浊液；将悬浊液进行真空抽滤，生成滤饼；对滤饼进行高温干燥，生成无机填料；将无机填料与有机硅树脂按照第二比例在室温下混合均匀，使无机填被有机硅树脂均匀包裹，以形成包裹浆料；在包裹浆料中添加硅烷偶联剂，搅拌均匀得到绝缘层浆料。

其中，氧化铝是一种高强度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，在高温下可电离的离子晶体，常用于耐火材料；石棉具有高抗张强度，高挠性，耐化学和热侵蚀的特点。

其中，石棉具有高度耐火性，电绝缘性，绝热型，是重要的防火绝缘和保温材料。

其中，无水乙醇极易从空气中吸收水分，能与水和氯仿，乙醚等多种有机溶剂以任一比例互溶，根据第一比例将混合颗粒与气凝胶进行均匀混合，结合无水乙醇，通过执行超声震荡操作形成悬浊液，可以使绝缘层更加贴合技术基板；基于添加硅烷偶联剂，可增强浆料的粘结性，使涂层有更好的连接性和附着力，大幅度提高了涂层的弯曲强度、拉伸强度、层间剪切强度、耐水和抗老化等性能。

在上述实施例中，将绝缘层浆料涂覆在基板上，并在指定温度下执行排胶操作，以在基板上配置出绝缘层，具体包括：将绝缘层浆料绝缘浆料均匀涂覆在铝基板上，并置于指定温度的烘箱中排胶指定时长，以配置绝缘层，其中，绝缘层的厚度为大于或等于10μm，小于或等于100μm，指定温度大于或等于240℃，小于或等于260℃，指定时长大于或等于35min，小于或等于45min。基于指定的绝缘层的厚度，烘箱的温度和排胶时长可以使绝缘层更加贴合基板。

在上述实施例中，在绝缘层上制备器件的布线层，布线层包括能够相互电连接的布线与焊接区，具体包括：在绝缘层上不与基板接触的一侧利用物理气相沉积形成金属层，并通过图形化工艺形成焊接区以及引脚结构，并完成布线和连线，其中，金属层的厚度大于或等于1μm，并小于或等于5μm。

其中，物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源—固体或表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，通过低压气体过程，在基体表面沉淀具有某种特殊功能的薄膜的技术，基于物理气相沉积可以清洁绝缘层，使绝缘层更加贴合基板。

在上述实施例中，在待密封组件的表面生成密封层，以形成功率封装模块，具体包括：将待密封组件置于适配的模具中；向模具注入热塑性树脂，以形成密封层。

其中，热塑性树脂具有受热软化、冷却硬化的性能，而且不起化学反应，无论加热和冷却重复进行多少次，均能保持这种性能。由于热塑性树脂韧性好，损伤容限大，介电常数良好，同时储存期不受限制，不需要低温储存，成型不需要热压罐等大型专用设备，尤其是它具有良好的可循环性，可回收性，可重复和不污染环境的特征。

在该实施例中，功率模块绝缘层材料通过在有机硅树脂中添加无机粉体、气凝胶和硅烷偶联剂得到，添加硅烷偶联剂可增强浆料的粘结性，使涂层有更好的连接性和在柔性金属衬底上的附着力，大幅度提高涂层的弯曲强度、拉伸强度和层间剪切强度以及耐水、抗老化等性能；添加气凝胶可提高绝缘层的耐高温特性，并利用气凝胶的空间网状结构改善绝缘层的连接性，提高其强度和抗热冲击性能。

实施例三

基于实施例一和实施例二，功率封装模块的制备方法的一个具体实施例，包括：选取颗粒尺寸小于50微米的氧化铝与石棉混合物粉体颗粒研磨并混合均匀，然后按质量比1：15与气凝胶混合均匀，并加入无水乙醇，超声震荡形成悬浊液，然后通过真空抽滤，得到滤饼。利用烘箱高温干燥得到无机填料；将上述无机填料与有机硅树脂按比例1:5在室温下混合均匀，使得填料粉体被有机硅树脂均匀包裹，并添加硅烷偶联剂，搅拌均匀得到绝缘层浆料；将绝缘层浆料绝缘浆料均匀涂覆在铝基板上。并置于250℃烘箱中排胶40min，完成绝缘层制备，厚度为10-100μm。在绝缘层上不与散热层接触的一侧利用物理气相沉积形成一层金属层，金属层厚度为1-5μm，并通过图形化工艺形成焊接区以及引脚结构，并完成布线和连线。在焊接区设定位置涂覆锡膏层，并装配固定功率器件和非功率器件；将模块置于模具中并注入热塑性树脂形成密封层以完成所述功率模块的制作。

根据本发明的实施例提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现上述任一项技术方案所述的制备方法的步骤。

单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。

位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明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实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或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。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。