專利名稱：一種智能功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種智能功率模塊。
背景技術(shù)：
智能功率模塊(Intelligent Power Module, IPM)是一種將電力電子和集成電路技術(shù)結(jié)合的功率驅(qū)動(dòng)類產(chǎn)品。IPM將功率開關(guān)器件和高壓驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，并內(nèi)設(shè)有過電壓、過電流和過熱等故障檢測(cè)電路。IPM—方面接收MCU的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路工作，另一方面將系統(tǒng)的狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)送回MCU。與傳統(tǒng)分立方案相比，IPM以其高集成度、高可靠性等優(yōu)勢(shì)贏得越來(lái)越大的市場(chǎng)，尤其適合于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器及各種逆變電源，是變頻調(diào)速、冶金機(jī)械、電力牽引、伺服驅(qū)動(dòng)、變頻家電的一種理想的電力電子器件。中國(guó)專利申請(qǐng)CN02125143.6公開了一種現(xiàn)有的IPM結(jié)構(gòu)，如圖1、2，其包括電路基板101，電路基板101的表面上設(shè)有絕緣層102，在絕緣層102上形成有電路布線103，電路布線103上還固定有若干電路元件104，電路元件104和電路布線103之間通過金屬線105連接，另外，還設(shè)有同電路布線103相連接的若干引腳106，該IPM由密封結(jié)構(gòu)107密封。密封的方法包括使用熱塑性樹脂的注入模模制和使用熱硬性樹脂的傳遞模模制。對(duì)于小型的智能功率模塊，一般使用傳遞模的形式進(jìn)行封裝。由于智能功率模塊對(duì)熱導(dǎo)率的要求較高，所以在封裝時(shí)對(duì)電路基板101的位置控制非常重要。如圖3，在進(jìn)行傳遞模封裝時(shí)，通常將用于固定電路基板101的壓銷110按壓的部分設(shè)置在電路基板101的外周部上，使壓銷110按壓在電路基板101未設(shè)電路布線103和電路元件104的部分。在封裝完成后，壓銷110插入封裝結(jié)構(gòu)中的區(qū)域會(huì)形成一通向電路基板101表面的孔111。工作人員可以通過確認(rèn)孔111的深度和位置確認(rèn)電路基板101在封裝材料中的位置，對(duì)于封裝位置不合格的模塊給予淘汰處理。
這種智能功率模塊由于孔111的存在，必然會(huì)影響智能功率模塊封裝的致密性，在長(zhǎng)期使用中，水汽會(huì)通過孔111腐蝕電路基板101的露出部分，并通過孔111與電路基板101間被腐蝕后的縫隙進(jìn)入電路基板101的原密封部分，一旦水汽接觸到電路布線103或電路元件104，將破壞電路布線和電路元件，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生短路或斷路，使智能功率模塊失效，從而造成使用智能功率模塊的設(shè)備損壞。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種智能功率模塊，旨在消除封裝結(jié)構(gòu)中的孔洞，提高智能功率模塊的封裝致密性，提高智能功率模塊的長(zhǎng)期可靠性。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種智能功率模塊，包括金屬基板，在所述金屬基板上依次疊層設(shè)有絕緣層及電路布線，在所述電路布線上設(shè)有與所述電路布線相連接的電路元件，所述電路布線連接有引腳；在所述金屬基板配置電路布線和電路元件以外的區(qū)域設(shè)有硬度大于所述引腳的金屬壓塊；[0009]所述金屬基板至少具有所述電路布線的一面由封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)孔密封，所述引腳和金屬壓塊延伸至所述封裝結(jié)構(gòu)之外。作為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案所述電路布線在所述金屬基板的邊緣處形成多個(gè)并排分布的焊盤，所述引腳與所
述焊盤--連接。所述金屬壓塊分設(shè)為兩個(gè)，且分別靠近所述金屬基板的兩條對(duì)邊設(shè)置。所述弓I腳和金屬壓塊自所述封裝結(jié)構(gòu)的同側(cè)伸出。所述金屬壓塊的表面設(shè)有用于加強(qiáng)所述金屬壓塊與封裝結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合力的凸起結(jié)構(gòu)。所述金屬基板與所述電路布線或電路元件之間進(jìn)行電連接。本實(shí)用新型在金屬基板上設(shè)置金屬壓塊， 在對(duì)金屬基板進(jìn)行封裝時(shí)，可通過金屬壓塊控制金屬基板在封裝模具中的位置，封裝結(jié)束后可留在封裝結(jié)構(gòu)中，不必取出，這樣可避免使用壓銷來(lái)控制金屬基板的位置，進(jìn)而避免由壓銷留下的孔洞，實(shí)現(xiàn)無(wú)孔密封，避免水汽沿孔洞滲入而腐蝕金屬基板及電路，提高了封裝的致密性，進(jìn)而提高了智能功率模塊的長(zhǎng)期可靠性。并且，由于金屬壓塊同引腳一樣伸出封裝結(jié)構(gòu)之外，使得在后期安裝智能功率模塊時(shí)，金屬壓塊可與引腳一樣被焊接在電路板上，有助于智能功率模塊的固定，使智能功率模塊和外部電路、散熱器等進(jìn)行更可靠的連接，進(jìn)一步提高智能功率模塊的長(zhǎng)期可靠性。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中智能功率模塊的立體圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中智能功率模塊的剖視圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中智能功率模塊的封裝方法示意圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例智能功率模塊的剖視圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例智能功率模塊的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例智能功率模塊的封裝方法示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述圖4示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的智能功率模塊的剖視圖，圖5示出了本實(shí)用新型實(shí)施例智能功率模塊的平面結(jié)構(gòu)示意圖，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。該智能功率模塊包括金屬基板11，在金屬基板11上依次疊層設(shè)有絕緣層12及電路布線13，在電路布線13上設(shè)有電路元件14，與電路布線13通過電連接線15相連接，電路布線13連接有若干引腳16，用于輸入和輸出信號(hào)。在金屬基板11配置電路布線13和電路元件14以外的區(qū)域設(shè)有金屬壓塊17，其硬度大于引腳16的硬度，引腳16可采用鋁等較軟的金屬制成，而金屬壓塊17的材質(zhì)要比引腳16堅(jiān)硬，并且在200°C時(shí)不產(chǎn)生明顯變形，具體可使用鋼等材料制作。該金屬基板11由封裝結(jié)構(gòu)18密封，封裝結(jié)構(gòu)18至少將金屬基板11設(shè)有電路布線13的一面密封，而金屬壓塊17和引腳16均延伸至封裝結(jié)構(gòu)18之外。本實(shí)施例中的金屬壓塊17是在封裝金屬基板11時(shí)配置于金屬基板11之上的構(gòu)件，在封裝過程中，通過在封裝模具20中適當(dāng)?shù)奈恢霉潭ń饘賶簤K17和引腳16，可以有效定位金屬基板11在封裝模具20中的位置。具體參考附圖6，在金屬基板11上裝配引腳16時(shí)，可使引腳16的走向相對(duì)金屬基板11的表面逐漸向上傾斜，以便于后續(xù)定位，如圖6中的圖示(a)。在封裝過程中，將配置好電路布線13、電路元件14和引腳16的金屬基板11置入封裝模具20中后，首先通過封裝模具20上的第一固定裝置201將引腳16固定在一水平面上，此時(shí)金屬基板11相對(duì)水平面傾斜，如圖6中的圖示(b)。該第一固定裝置201的位置是根據(jù)預(yù)設(shè)的金屬基板11在封裝模具20中的水平位置設(shè)定的，此處的“水平位置”是指金屬基板11在模腔203中相對(duì)于模腔四周的位置，因此，在固定好引腳16后，金屬基板11的水平位置即得以固定。然后，通過封裝模具20上的第二固定裝置202配置平直的金屬壓塊17，并且使其水平的壓在金屬基板11上未配置電路布線13和電路元件14的區(qū)域，由于金屬壓塊17的硬度比引腳16大，可以使引腳16發(fā)生彈性變形，使原本傾斜的金屬基板11順勢(shì)趨于水平，如圖6中的圖示(C)。該第二固定裝置17的位置是根據(jù)預(yù)設(shè)的金屬基板11在封裝模具20中的豎直位置設(shè)定的，此處的“豎直位置”是指金屬基板11在其厚度方向的位置，是在模腔203中相對(duì)于模腔上下面的位置，通過金屬壓塊17可對(duì)金屬基板11的豎直位置進(jìn)行準(zhǔn)確的固定。在金屬壓塊17和引腳16的位置固定好后，可進(jìn)行合模、注入封裝材料、成型等工序，成型后，金屬壓塊17留在封裝結(jié)構(gòu)18中，并同引腳16—起伸出封裝結(jié)構(gòu)18之外。 由此可見，由于金屬壓塊17的存在，避免了使用傳統(tǒng)壓銷對(duì)金屬基板11進(jìn)行定位，進(jìn)而避免封裝完成后在封裝結(jié)構(gòu)18中留下孔洞，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)孔密封，進(jìn)而避免了水汽沿孔洞滲入而腐蝕金屬基板11及電路，提高了封裝的致密性，進(jìn)而提高了智能功率模塊的長(zhǎng)期可靠性。并且由于消除了孔洞，也提高了智能功率模塊的可裝配性；并且，由于金屬壓塊17同引腳16 —樣伸出封裝結(jié)構(gòu)18之外，使得在后期安裝智能功率模塊時(shí)，金屬壓塊17可與引腳16 —樣被焊接在電路板上，有助于智能功率模塊的固定，使智能功率模塊和外部電路、散熱器等進(jìn)行更可靠的連接，進(jìn)一步提高智能功率模塊的長(zhǎng)期可靠性。另外，傳統(tǒng)的采用壓銷進(jìn)行定位封裝的智能功率模塊需要通過封裝后留下的孔洞的高度和位置來(lái)檢測(cè)其金屬基板在封裝模具中的位置，不易觀察和測(cè)量，一般需要采用光學(xué)檢測(cè)設(shè)備等昂貴的儀器確定，這樣又增加了智能功率模塊的制造成本及加工難度。本實(shí)施例由于使用了金屬壓塊，只需通過簡(jiǎn)單的測(cè)量工具測(cè)量金屬壓塊17在封裝結(jié)構(gòu)18中的位置即可確定金屬基板11在封裝模具20中的位置，檢測(cè)方法簡(jiǎn)單有效。在本實(shí)施例中，可以對(duì)金屬基板11進(jìn)行雙面封裝，即將金屬基板11裝配有電路布線13的正面和未配置電路布線13的背面密封，這樣可以改善其封裝的致密性，防止基板受潮。當(dāng)然，單面封裝(僅將金屬基板11設(shè)有電路布線13的一面密封)時(shí)，雖然其致密性不及雙面封裝，但由于金屬基板11的背面露出，可以改善散熱效果。在實(shí)際制作時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要選擇封裝方式。[0034]在本實(shí)施例中，電路布線13可以在金屬基板11的邊緣處形成多個(gè)并排分布的焊盤131，引腳16與焊盤131之間可以通過焊錫等導(dǎo)電粘結(jié)劑一一連接，使引腳16和電路布線13之間實(shí)現(xiàn)電連接。優(yōu)選的，金屬壓塊17分設(shè)為兩個(gè)，且分別靠近金屬基板11的兩條對(duì)邊設(shè)置，呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，這樣有利于在封裝時(shí)對(duì)金屬基板11的兩端施加均衡的壓力，提高金屬基板11的水平度。另外，金屬壓塊17的表面可設(shè)有凸起結(jié)構(gòu)，用于加強(qiáng)金屬壓塊17和封裝結(jié)構(gòu)18之間的結(jié)合作用，該凸起結(jié)構(gòu)可以為方形、圓形、三角形等形狀。進(jìn)一步優(yōu)選的，引腳16和金屬壓塊17自封裝結(jié)構(gòu)18的同側(cè)伸出，以便于后續(xù)的切筋處理，并減小智能功率模塊的體積，并提高智能功率模塊的可裝配性。在本實(shí)施例中，可以采用金屬線(鋁線、金線或銅線等)作為電連接線15來(lái)邦定電路元件14和電路布線13，還可以采用電連接線15將金屬基板11和電路布線13或電路元件14建立電連接關(guān)系，使金屬基板11和電路布線13或電路兀件14的電位近似，減少電路噪聲對(duì)電路元件14產(chǎn)生的不良影響。在本實(shí)施例中，金屬基板11優(yōu)選為鋁基板，對(duì)于常規(guī)的智能功率模塊可選取64_ X 30mm大小的招基板。在此,大小合適的招基板可以通過直接對(duì)ImXlm的招材進(jìn)行沖切等方式形成，也可通過先在ImX Im的鋁材上形成V槽，然后沿V槽剪切形成大小合適的
招基板。在本實(shí)施例中，絕緣層12可采用環(huán)氧樹脂等材料制作，并可以在環(huán)氧樹脂材料內(nèi)摻雜高濃度的氧化鋁等材料，以提高其熱導(dǎo)率。
在本實(shí)施例中，電路元件14可以采用晶體管或二極管等有源元件、或者電容或電阻等無(wú)源元件。另外，也可以通過由銅等制成的散熱器將功率元件等發(fā)熱量大的元件固定在金屬基板11上。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種智能功率模塊，其特征在于，包括金屬基板，在所述金屬基板上依次疊層設(shè)有絕緣層及電路布線，在所述電路布線上設(shè)有與所述電路布線相連接的電路元件，所述電路布線連接有引腳；在所述金屬基板配置電路布線和電路元件以外的區(qū)域設(shè)有硬度大于所述引腳的金屬壓塊；所述金屬基板至少具有所述電路布線的一面由封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)孔密封，所述引腳和金屬壓塊延伸至所述封裝結(jié)構(gòu)之外。
2.如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述電路布線在所述金屬基板的邊緣處形成多個(gè)并排分布的焊盤，所述引腳與所述焊盤一一連接。
3.如權(quán)利要求1所述的智能功率模塊，其特征在于，所述金屬壓塊分設(shè)為兩個(gè)，且分別靠近所述金屬基板的兩條對(duì)邊設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的智能功率模塊，其特征在于，所述引腳和金屬壓塊自所述封裝結(jié)構(gòu)的同側(cè)伸出。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的智能功率模塊，其特征在于，所述金屬壓塊的表面設(shè)有用于加強(qiáng)所述金屬壓塊與封裝結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合力的凸起結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的智能功率模塊，其特征在于，所述金屬基板與所述電路布線或電路元件之間進(jìn)行電連接。
專利摘要本實(shí)用新型適用于電子器件技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種智能功率模塊，包括金屬基板，在金屬基板上依次疊層設(shè)有絕緣層及電路布線，在電路布線上設(shè)有與電路布線相連接的電路元件，電路布線連接有引腳；在金屬基板未配置電路布線和電路元件以外的區(qū)域設(shè)有硬度大于引腳的金屬壓塊；金屬基板至少具有電路布線的一面由封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)孔密封，引腳和金屬壓塊延伸至封裝結(jié)構(gòu)之外。本實(shí)用新型在金屬基板上設(shè)置金屬壓塊，在對(duì)金屬基板進(jìn)行封裝時(shí)，可通過金屬壓塊控制金屬基板在封裝模具中的位置，這樣可避免使用壓銷來(lái)控制金屬基板的位置，進(jìn)而避免由壓銷留下的孔洞，避免水汽滲入而腐蝕金屬基板及電路，提高了封裝的致密性，進(jìn)而提高了智能功率模塊的長(zhǎng)期可靠性。
文檔編號(hào)H01L23/00GK202888146SQ20122051284
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者馮宇翔, 黃祥鈞 申請(qǐng)人:廣東美的制冷設(shè)備有限公司