智能功率模塊的制作方法

本實用新型涉及電子器件技術領域，尤其是涉及一種智能功率模塊。

背景技術：

智能功率模塊，即IPM(Intelligent Power Module)是一種將電力電子和集成電路技術結合的功率驅動類產品。智能功率模塊把功率開關器件和高壓驅動電路集成在一起，并內設有過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路。智能功率模塊一方面接收MCU(Micro Controller Unit微控制單元)的控制信號，驅動后續電路工作，另一方面將系統的狀態檢測信號送回MCU。與傳統分立方案相比，智能功率模塊以其高集成度、高可靠性等優勢贏得越來越大的市場，尤其適合于驅動電機的變頻器及各種逆變電源，是變頻調速、冶金機械、電力牽引、伺服驅動、變頻家電的一種理想電力電子器件。

相關技術中，智能功率模塊上設有用于與外部電路電連接的引腳，然而智能功率模塊一般會用在惡劣的工況中，如在變頻空調的室外機上，智能功率模塊通常在高溫高濕的狀態下工作，引腳外露在潮濕環境中容易產生凝露等現象，造成引腳間短路，嚴重時會使智能功率模塊發生爆炸事故，對其應用環境構成損害，造成重大經濟損失。

技術實現要素：

本實用新型旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本實用新型的一個目的在于提出一種智能功率模塊，該智能功率模塊的可靠性高且成本低。

根據本實用新型的智能功率模塊，包括：電路布線，所述電路布線的至少一個端部設有用于與外部電路電連接的焊盤；多個電路元件，多個所述電路元件設在所述電路布線的上表面上，多個所述電路元件分別通過金屬線與所述電路布線電連接；密封樹脂，所述密封樹脂設在所述電路布線上。

根據本實用新型的智能功率模塊，通過在電路布線的端部設置焊盤，并通過焊盤與外部電路電連接，省去了相關技術中智能功率模塊上向外延伸的引腳，避免了因引腳上產生凝露造成的短路，提高了智能功率模塊的可靠性，延長了智能功率模塊的使用壽命，降低了使用成本。此外，還簡化了智能功率模塊的結構和加工工藝，降低了智能功率模塊的加工成本，從而進一步地降低了智能功率模塊的整體成本。

另外，根據本實用新型的智能功率模塊還可以具有如下附件的技術特征：

根據本實用新型的一些實施例，所述密封樹脂覆蓋所述電路布線的上表面和所述電路布線的側面的上部，所述電路布線的所述側面的下部和所述電路布線的下表面裸露在所述密封樹脂外。

具體地，所述密封樹脂完全覆蓋所述電路布線上表面上的所述電路元件和所述金屬線。

可選地，所述電路布線的所述側面裸露在所述密封樹脂外的高度為h，所述h滿足：0.3盎司≤h≤0.8盎司。

根據本實用新型的一些實施例，所述電路布線采用銅板加工而成，所述銅板的厚度為t，所述t滿足：t≥5盎司。

進一步地，所述電路布線的外表面上設有抗氧化層。可選地，所述金屬線的直徑為d，所述d滿足：15μm≤d≤400μm。

可選地，所述金屬線為鋁線、金線或銅線。

本實用新型的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

附圖說明

本實用新型的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據本實用新型實施例的智能功率模塊的俯視圖；

圖2是沿圖1中A-A線的剖示圖；

圖3是根據本實用新型實施例的智能功率模塊的俯視圖，其中，去掉了智能功率模塊上表面的密封樹脂；

圖4是根據本實用新型實施例的智能功率模塊的仰視圖；

圖5是根據本實用新型實施例的智能功率模塊的電路布線的俯視圖；

圖6是沿圖5中B-B線的剖示圖；

圖7是根據本實用新型實施例的智能功率模塊的制造方法中的底座的俯視圖；

圖8是將根據本實用新型實施例的智能功率模塊的制造方法中底座與載具配合的俯視圖；

圖9是沿圖8中C-C線的剖示圖；

圖10是根據本實用新型實施例的智能功率模塊綁定金屬線后的結構示意圖；

圖11是根據本實用新型實施例的智能功率模塊綁定金屬線后的側視圖；

圖12是根據本實用新型實施例的智能功率模塊的封裝密封樹脂的示意圖；

圖13是根據本實用新型實施例的智能功率模塊的封裝密封樹脂后的仰視圖；

圖14是根據本實用新型實施例的智能功率模塊的制造方法的流程圖。

附圖標記：

智能功率模塊100，

電路布線1，焊盤11，

電路元件2，密封樹脂3，金屬線4，

底座5，凹槽51，

載具6，固定條61，溢膠7，

上模81，下模82，澆口83，排氣口84。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

下面參考圖1-圖14描述根據本實用新型實施例的智能功率模塊100。

如圖1-圖3所示，根據本實用新型實施例的智能功率模塊100，包括：電路布線1、多個電路元件2和密封樹脂3。

具體地，參照圖3-圖6，電路布線1的至少一個端部(例如，圖3中的前端)設有用于與外部電路電連接的焊盤11。這里，需要說明的是，本申請中所說的“至少一個”指的是一個或者多個。

其中，參照圖5并結合圖6，焊盤11可以形成為方形結構，焊盤11的縱向截面面積優選大于電路布線1端部的縱向截面面積。由此，可以增大焊盤11與外部電路的接觸面積，提高了智能功率模塊100與外部電路連接的可靠性。

可選地，焊盤11與電路布線1一體成型。工藝簡單，加工方便且加工成本低。

多個電路元件2設在電路布線1的上表面上，多個電路元件2分別通過金屬線4與電路布線1電連接。其中，電路元件2可以為晶體管或二極管等有源元件、也可以為電容或電阻等無源元件。電路元件2可以安裝在電路布線1的上表面上。具體地，電路元件2可以通過錫膏固定在電路布線1上。電路元件2的正面朝上安裝，通過金屬線4將電路元件2電連接在電路布線1上。

如圖2、圖10和圖11所示，金屬線4的一端與電路元件2的上表面相連，金屬線4的另一端與電路元件2相連。可以理解的是，金屬線4還可以用于電路元件2與電路元件2之間、電路布線1與電路布線1之間的電連接。

密封樹脂3設在電路布線1上。密封樹脂3用于封裝電路布線1，以保護電路布線1和電路布線1上的電路元件2，提高智能功率模塊100的可靠性。具體地，密封樹脂3可以通過傳遞模方式使用熱硬性樹脂模制，也可以使用注入模方式使用熱塑性樹脂模制。

根據本實用新型實施例的智能功率模塊100，通過在電路布線1的端部設置焊盤11，并通過焊盤11與外部電路電連接，省去了相關技術中智能功率模塊100上向外延伸的引腳，避免了因引腳上產生凝露造成的短路，提高了智能功率模塊100的可靠性，延長了智能功率模塊100的使用壽命，降低了使用成本。此外，還簡化了智能功率模塊100的結構和加工工藝，降低了智能功率模塊100的加工成本，從而進一步地降低了智能功率模塊100的整體成本。

根據本實用新型的一些實施例，密封樹脂3覆蓋電路布線1的上表面和電路布線1的側面的上部，電路布線1的側面的下部和電路布線1的下表面裸露在密封樹脂3外。其中，參照圖1并結合圖2和圖4，密封樹脂3可以完全覆蓋電路布線1的上表面上的電路元件2和金屬線4，并覆蓋電路布線1側面的大部分高度，電路布線1的側面下部的小部分高度和電路布線1的下表面裸露在密封樹脂3外。

由此，可以有效地提高智能功率模塊100的散熱性能，避免智能功率模塊100的內部產生熱積聚，且可以使得電路布線1之間的間隙完全裸露出來，從而使得濕氣難以附著在電路布線1上，進而有效地避免了高溫高濕環境下智能功率模塊100內部的離子，例如氯離子、溴離子等在水汽的作用下發生遷移對電路造成的腐蝕，避免電路布線1的電路和電路元件2的電路發生短路，進一步地提高了智能功率模塊100的可靠性，延長了智能功率模塊100的使用壽命，降低了智能功率模塊100的使用成本。

可選地，電路布線1的側面裸露在密封樹脂3外的高度為h，h滿足：0.3盎司≤h≤0.8盎司。例如，電路布線1的側面裸露在密封樹脂3外的高度h可以進一步滿足：h＝0.3盎司、h＝0.4盎司、h＝0.5盎司、h＝0.6盎司或h＝0.8盎司等。由此，智能功率模塊100在后續焊接固定過程中便于錫膏的爬錫，使得裸露在密封樹脂3外的電路布線1可以被錫膏等焊料完全包裹，從而便于將智能功率模塊100的裝配，提高了智能功率模塊100的裝配效率和裝配的可靠性。

根據本實用新型的一些實施例，電路布線1采用銅板加工而成，銅板的厚度為t，t滿足：t≥5盎司。例如，銅板的厚度t可以進一步滿足：t＝5盎司、t＝6盎司、t＝7盎司等。由此，可以增大電路布線1與密封樹脂3的接觸面積，便于對智能功率模塊100進行固定。

具體地，可以選用橫截面積小于64mm×30mm、厚度不小于5盎司的銅板，利用沖壓模具在銅板上沖壓出電路布線1的形狀，形成電路布線1；也可以通過鑼刀使用高速鋼作為材質，控制電機的轉速為5000轉/分鐘，使鑼刀與平面呈直角下刀形成電路布線1的形狀；還可以通過蝕刻工具，通過化學反應在銅板上刻蝕出電路布線1的形狀。

進一步地，電路布線1的外表面上設有抗氧化層。可選地，抗氧化層可以為金層。例如，可以通過電鍍金或化學沉金的方式，在電路布線1的外表面形成金層，以提高電路布線1的抗氧化性，使得智能功率模塊100可以適用于對抗氧化要求較高的場合，從而提高了智能功率模塊100的性能擴大了智能功率模塊100的使用范圍。

可選地，金屬線4的直徑為d，d滿足：15μm≤d≤400μm。金屬線4可以為鋁線、金線或銅線等。

其中，金屬線4的具體直徑大小可以根據綁定點的大小、所需的同流能力、元器件的可加工性等因素選擇適當直徑和材質的金屬線4。例如，根據通流能力需要，選擇適當直徑的鋁線作為綁定線，對于用于信號控制的集成電路，也可考慮使用金線作為綁定線。

具體地，電路元件2中功率元件的功率較大，發熱量大，對于功率元件的連接，對功率元件的可以使用多根直徑為350μm-400μm的金屬線4(例如鋁線等)并聯綁定，對非功率元件可以使用單根直徑為38μm-200μm金屬線4(例如鋁線等)進行綁定。由此，可以進一步地提高智能功率模塊100的可靠性。

下面描述根據本實用新型實施例的智能功率模塊100的一個具體實施例。

如圖1-圖3所示，根據本實用新型實施例的智能功率模塊100，包括：電路布線1、多個電路元件2和密封樹脂3。

電路布線1采用厚度不小于5盎司的銅板沖壓而成。電路布線1的端部設有用于與外部電路電連接的焊盤11，焊盤11的縱向截面面積優選大于電路布線1端部的縱向截面面積。焊盤11與電路布線1一體成型。多個電路元件2分別通過金屬線4與電路布線1電連接。密封樹脂3完全覆蓋電路布線1的上表面上的電路元件2和金屬線4，并覆蓋電路布線1側面的大部分高度，電路布線1的側面下部的小部分高度和電路布線1的下表面裸露在密封樹脂3外。電路布線1的側面裸露在密封樹脂3外的高度為0.5盎司。

根據本實用新型實施例的智能功率模塊100，通過焊盤11與外部電路電連接，提高了智能功率模塊100的可靠性，延長了智能功率模塊100的使用壽命，降低了使用成本。同時，還簡化了智能功率模塊100的結構和加工工藝，降低了智能功率模塊100的加工成本，從而進一步地降低了智能功率模塊100的整體成本。此外，通過將電路布線1的側面的下部和電路布線1的下表面裸露在密封樹脂3外，提高了智能功率模塊100的散熱性能，從而進一步地提高了智能功率模塊100的可靠性。

根據本實用新型實施例的智能功率模塊100的制造方法，如圖14所示，包括以下步驟：

S1：制作電路布線1；

S2：制作底座5，并根據電路布線1的形狀在底座5上挖出凹槽51，電路布線1的下部適于放置在凹槽51內；

S3：將電路布線1放置在凹槽51內，然后將電路元件2安裝至電路布線1上；

S4：綁定金屬線4，實現電路元件2與電路布線1之間的電連接；

S5：采用密封樹脂3封裝電路布線1；

S6：將電路布線1從底座5中取出，得到智能功率模塊100。

其中，電路布線1的側面的下部伸入凹槽51內，電路布線1的側面的上部露在凹槽51外。底座5上的凹槽51的寬度可以略大于與其對應的電路布線1的寬度，以便于將電路布線1的下部放置在凹槽51內。

由此，通過底座5可以對電路布線1進行定位，便于將密封樹脂3封裝在電路布線1上，使得電路布線1的伸入凹槽51內的側面的下部和下表面露在密封樹脂3外，降低了在電路布線1上封裝密封樹脂3時的定位難度。同時，相對于傳統的被密封樹脂3完全密封的智能功率模塊100，降低了注膠時電路布線1的上表面和下表面上密封樹脂3厚度不一致對參數控制的難度，從而極大地降低了智能功率模塊100的制造難度，并提高了制造良率，進而進一步地降低了智能功率模塊100的成本。此外，將密封樹脂3封裝在電路布線1上后，需將底座5取出，底座5可以重復利用，省去了相關技術中智能功率模塊100中的金屬基板，從而，更進一步地降低了智能功率模塊100的成本。

根據本實用新型實施例的智能功率模塊100的制造方法，通過將電路布線1放置在可重復利用的底座5上的凹槽51內，通過底座5對電路布線1進行定位，極大地降低了智能功率模塊100的制造難度，提高了制造良率，降低了智能功率模塊100的成本，有利于智能功率模塊100的普及和應用。

根據本實用新型的一些實施例，上述步驟S1具體包括如下步驟：

S11：對銅板進行沖壓或者蝕刻形成電路布線1；

S12：對電路布線1的外表面進行抗氧化處理。

具體地，可以選用橫截面積小于64mm×30mm、厚度不小于5盎司的銅板，利用沖壓模具在銅板上沖壓出電路布線1的形狀，形成電路布線1；也可以通過蝕刻工具，通過化學反應在銅板上刻蝕出電路布線1的形狀。當然，可以理解的是，還可以通過鑼刀使用高速鋼作為材質，控制電機的轉速為5000轉/分鐘，使鑼刀與鋁材平面呈直角下刀形成電路布線1的形狀。然后，對電路布線1的外表面進行抗氧化處理。

例如，可以通過電鍍金或化學沉金的方式，在電路布線1的外表面形成金層，以提高電路布線1的抗氧化性，使得智能功率模塊100可以適用于對抗氧化要求較高的場合，從而擴大了智能功率模塊100的使用范圍。

當然，可以理解的是，當智能功率模塊100使用在對抗氧化要求不高的場合時，可以省去上述步驟S12，以簡化智能功率模塊100的加工工藝，降低加工成本。

根據本實用新型的一些實施例，上述步驟S3具體包括如下步驟：

S31：將電路布線1放置在凹槽51內后，在電路布線1的待安裝電路元件2的位置涂裝錫膏；

S32：將電路元件2放置在錫膏上；

S33：通過回流焊使錫膏固化以將電路元件2固定在電路布線1上；

S34：清洗電路布線1，以除去殘留在電路布線1上的異物。

例如，可以將制作好的電路布線1放置在底座5的與其對應的凹槽51內(如圖7所示)，并通過錫膏印刷機，使用鋼網對電路布線1的待安裝電路元件2的位置進行錫膏涂裝，其中，鋼網的厚度可以為0.13mm。然后通過SMT機或DA機等設備，進行電路元件2的安裝。具體地，可以將電路元件2直接放置在電路布線1的涂裝錫膏的位置處，然后將底座5的底部放置于載具6上方，使得底座5的至少一個邊緣與載具6接觸進行固定(如圖8和圖9所示)，再通過回流焊使錫膏固化以將電路元件2固定在電路布線1上。由此，可通過載具6對底座5進行定位，防止底座5移動，從而便于通過回流焊將電路元件2固定在電路布線1上。

參照圖8并結合圖9，載具6可以形成為矩形，載具6的至少一個邊緣上設有固定條61，底座5可以從載具6的沒有固定條61的一側邊緣推送至載具6上。底座5的至少一個邊緣與載具6接觸。可選地，載具6可以通過合成石等材料制成。結構強度高且成本低。

例如，在圖8的示例中，載具6的三個邊緣上設有固定條61，底座5可以從載具6的沒有固定條61的一側邊緣推送至載具6上。

這里，需要說明的是，本申請中的“SMT”是Surface Mount Technology的縮寫，中文可以翻譯為“表面組裝技術”或“表面貼裝技術”，SMT機指的是切片機。“DA”是Die Attach的縮寫，中文可以翻譯為“芯片粘接”，DA機指的是芯片粘接機。

具體地，清洗電路布線1時，可以將固定在底座5上的電路布線1放入清洗機中進行清洗，以將回流焊時殘留的松香等助焊劑以及沖壓時殘留的鋁線等異物洗凈。具體地，可以根據電路元件2在電路布線1的排布密度，選擇噴淋或者超聲或者噴淋與超聲結合的清洗方式進行清洗。清洗時，可以通過機械臂夾持底座5，將底座5置于清洗槽中進行清洗。

進一步地，將電路布線1從底座5中取出后，還包括如下步驟：將封裝電路布線1過程中形成的溢膠7去除。

首先參照圖12描述一下對電路布線1封裝密封樹脂3的具體過程。

封裝密封樹脂3時，可以先在無氧環境中對電路布線1進行烘烤，烘烤時間不應小于2小時，烘烤溫度可以選擇125℃左右。

參照圖12，封裝模具包括上模81和下模82，上模81和下模82之間限定出模腔。模腔具有澆口83和排氣口84。首先將放置好電路布線1的底座5放置在模腔內，并使得底座5與下模82接觸，以對電路布線1進行定位。合模時，從澆口83向模腔內注入密封樹脂3，注入過程中，模腔內部的氣體可以通過排氣口84排放到外部。

在使用密封樹脂3封裝電路布線1的過程中，電路布線1側面的露出凹槽51的部分、電路布線1的上表面、電路布線1上表面上的電路元件2和金屬線4被密封樹脂3覆蓋。由于壓力的作用，部分樹脂會進入底座5的凹槽51內，在電路布線1上形成溢膠7，如圖13所示。溢膠7的厚度非常薄，一般不會超過0.1mm，可以使用風刀等方式去除，也可以使用化學方法去除。由此，可以避免溢膠7影響電路布線1的輸入輸出連接和散熱，提高智能功率模塊100的散熱性能。

除去溢膠7后，可以將智能功率模塊100放入測試設備中，進行常規的電參數測試。具體地，可以通過頂針與測試點進行接觸測試。如果接觸測試不通過，需要對頂針進行修調處理，直到接觸測試通過后，再進行電氣特性測試，包括絕緣耐壓、靜態功耗、遲延時間等測試項目，測試合格者為成品。

可選地，凹槽51的深度為H，H滿足：0.3盎司≤H≤0.8盎司。例如，凹槽51的深度H可以進一步滿足：H＝0.3盎司、H＝0.4盎司、H＝0.5盎司、H＝0.6盎司或H＝0.8盎司等。由此，可使得電路布線1的下部伸入凹槽51內，不被密封樹脂3覆蓋，且便于智能功率模塊100在后續焊接固定過程中便于錫膏的爬錫，使得裸露在密封樹脂3外的電路布線1可以被錫膏等焊料完全包裹，從而便于將智能功率模塊100的裝配，提高了智能功率模塊100的裝配效率和裝配的可靠性。

可選地，底座5為不銹鋼件。例如，底座5可以由表面光滑的耐高溫鋼材加工而成。由此，可以提高底座5的結構強度和耐高溫性能，延長底座5的使用壽命，且不銹鋼的成本低廉，可以降低材料成本。

下面參照圖5-圖14描述根據本實用新型實施例的智能功率模塊100的制造方法的一個具體實施例。

選用厚度不小于5盎司的銅板，利用沖壓模具在銅板上沖壓出電路布線1的形狀，形成電路布線1；

通過電鍍金或化學沉金的方式，在電路布線1的外表面形成金層；

通過表面光滑的耐高溫鋼材制作底座5，并根據電路布線1的形狀在底座5上挖出深度為0.5盎司的凹槽51；

將電路布線1放置在凹槽51內后，在電路布線1的待安裝電路元件2的位置涂裝錫膏；

將電路元件2放置在錫膏上；

將底座5放置在載具6上，使底座5的至少一個邊緣與載具6接觸，然后通過回流焊使錫膏固化以將電路元件2固定在電路布線1上；

清洗電路布線1，以除去殘留在電路布線1上的異物。

綁定金屬線4，實現電路元件2與電路布線1之間的電連接；

采用密封樹脂3封裝電路布線1；

將電路布線1從底座5中取出，將在電路布線1上形成的溢膠7去除；

對智能功率模塊100進行測試。

根據本實用新型實施例的智能功率模塊100的制造方法，采用可重復使用的底座5對電路布線1進行定位，降低了封裝密封樹脂3時定位的難度，極大地降低了智能功率模塊100的制造難度，提高了制造良率，降低了智能功率模塊100的成本，有利于智能功率模塊100的普及和應用。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本實用新型的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由權利要求及其等同物限定。