CN104112678B - 智能功率模块的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能功率模块的制造方法，其包括步骤：S1)提供半成品智能功率模块；S2)提供引线框架结构；S3)焊接各个固定脚并使固定脚与电引脚分别位于基板的相对两侧；S4)放置半成品智能功率模块于模具的型腔内，并利用模具夹持固定脚的末端及电引脚的末端；S5)于模具的型腔内注入液态封装体并成模；S6)开模并将封装后的半成品智能功率模块取出；S7)切割所述电引脚的连接在一起的末端及切割所述固定脚的伸出所述封装体外的部分。由于基板已经通过处于对立两侧的电引脚和固定脚进行固定，完全避免因为注塑冲力不平衡而导致出现的不良品，提高封装的良品率，同时，杜绝了封装孔洞的出现，提高了智能功率模块的可靠性能。
Description
技术领域
本发明属于电子器件技术领域，特别涉及一种智能功率模块的制造方法。
背景技术
智能功率模块（Intelligent Power Module，简称为IPM）是一种以IGBT（(Insulated Gate Bipolar Transistor)）为功率器件，并将功率元器件IGBT和驱动电路、多种保护电路、故障检测电路等集成在一起的功率驱动类产品。与普通IGBT相比，在系统性能和可靠性上有进一步的提高，而且由于IPM动态损耗和开关损耗都比较低，使散热器的尺寸减小，故使整个系统尺寸减小。
请参阅图1和图2，现有技术公开了一种智能功率模块，其包括金属基板101、金属基板101的上面设有的绝缘层102、在绝缘层102上形成的电路布线103及固定于电路布线103上的电路元件104，电路元件104和电路布线103之间通过金属线105连接，另外，该智能功率模块还设有同电路布线103连接的若干引脚106，该智能功率模块由密封结构107密封，密封的方法包括使用热塑性树脂的注入模模制和使用热硬性树脂的传递模模制。对于小型的智能功率模块，一般使用传递模的形式进行封装。
由于智能功率模块对导热的要求较高，所以在封装时对金属基板101的位置控制非常重要，请同时参阅图3至图5，在进行传递模封装时，通常将用于固定金属基板101的压销108按压的部分设在在金属基板101的外周部上，使压销108按压在金属基板101未设置电路布线103和电路元件104的部分。封装完成后，压销108插入密封结构107中的区域会形成一通向金属基板101表面的孔109（如图1所示）。工作人员可以通过确认孔109的深度和位置确认金属基板101在密封结构107的位置，对于封装位置不合格的智能功率模块给予淘汰处理。
这种智能功率模块由于压销108只设置在金属基板101的一面，金属基板101的另一面不设置压销108，在封装时，有压销108的金属基板101的一面的塑封料冲力大于无压销108的金属基板101的一面，如图5所示，金属基板101会因为注冲力的不平衡而远离压销108，这样就导致了金属基板101散热面上的塑封料厚度不均匀，虽可通过观察孔109的深度和位置来确认智能功率模块是否合格，但这大大增加了不合格率的风险。
另外，这种智能功率模块由于孔109的存在，必然会影响智能功率模块封装的致密性，在长期使用时，水汽会通过孔109腐蚀金属基板101的露出部分，并通过孔109与金属基板101间被腐蚀后的缝隙进入金属基板101的原密封部分，一旦水汽接触到电路布线103或电路元件104，将破坏电路布线103和电路元件104，严重时还会发生电路或断路，使智能功率模块失效，从而造成使用智能功率模块的设备损坏。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种智能功率模块的制造方法，旨在解决现有技术的智能功率模块因压销带来的不平衡力而导致良率降低及因压销在封装过程中所形成的孔所导致的封装致密性不够的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种智能功率模块的制造方法，其包括如下步骤：
S1)提供半成品智能功率模块，该半成品智能功率模块包括基板、形成于所述基板的一面的绝缘层、形成于所述绝缘层上且相互独立的第一线路及第二线路、设置于所述第一线路上的若干电子元器件及电性连接相关所述电子元器件的连接线；
S2)提供引线框架结构，该引线框架结构包括末端连接在一起的若干固定脚及末端连接在一起的若干电引脚；
S3)焊接各个固定脚的首端于所述第二线路上，焊接各个电引脚的首端于所述第一线路上，所述固定脚与所述电引脚分别位于所述基板的相对两侧；
S4)放置焊接有固定脚与电引脚的半成品智能功率模块于模具的型腔内，并利用模具夹持所述固定脚的末端及所述电引脚的末端；
S5)于模具的型腔内注入液态封装体，待液态封装体固化后，所述基板、所述绝缘层、所述第一线路、所述第二线路、所述电子元器件、所述连接线、所述固定脚的首端及所述电引脚的首端无孔封装于封装体内；
S6)开模并将封装后的半成品智能功率模块取出；
S7)切割所述电引脚的连接在一起的末端及切割所述固定脚的伸出所述封装体外的部分。
进一步地，在步骤S2)中，所述引线框架结构的固定脚的末端及电引脚的末端连接在一起。
进一步地，在步骤S3)中所述固定脚的数量为二，所述二固定脚的首端分别连接于所述基板的相应侧的相对两端部。
进一步地，在步骤S3)中所述第二线路包括设置于所述基板的同侧的相对两端部的二子线路，所述二子线路形成于所述绝缘层上，所述二固定脚的首端分别焊接于所述基板的二子线路上。
进一步地，在步骤S3)中，所述第二线路于所述基板的相应侧的相对两端部形成二焊盘，所述固定脚的首端与所述焊盘一一连接。
进一步地，所述固定脚的与所述第二线路连接的首端部进行折弯处理。
进一步地，在步骤S3)中，所述第一线路在所述基板的一侧边缘处形成多个并排分布的焊盘，所述电引脚的首端与所述焊盘连接。
进一步地，所述电引脚的与所述第一线路连接的首端部进行折弯处理。
进一步地，在步骤S7)中，所述固定脚的切断面与所述封装体的外表面相平齐。
进一步地，所述基板为金属基板。
由于基板已经通过处于对立两侧的电引脚和固定脚进行固定，在封装时基板不会因为注塑冲力或其他的原因发生运动，这样可以完全避免因为注塑冲力不平衡而导致出现的不良品，提高封装的良品率，同时，基板的位置已经完全固定，即使在注塑冲力不平衡的情况下，基板的位置也不会再进行移动，所以模具中也不需要再设置其他的基板的定位构件，因此杜绝了封装孔洞的出现，提高了智能功率模块的可靠性能。
附图说明
图1是现有技术提供的智能功率模块的立体结构图。
图2是图1的智能功率模块的剖视示意图。
图3至图5是图1的智能功率模块的传递模模装过程的结构示意图。
图6是本发明实施例提供的智能功率模块的立体图。
图7是图6的智能功率模块的仰视示意图。
图8是图6的智能功率模块的剖视示意图。
图9是本发明第一实施例提供的制造图6的智能功率模块的方法的流程图。
图10是图9的步骤S3实施过程中的结构示意图。
图11是图9的步骤S3实施后的结构示意图。
图12是图9的步骤S4实施过程中的结构示意图。
图13是图9的步骤S6实施后的结构示意图。
图14是图9的步骤S7实施后的结构示意图。
图15是本发明第二实施例提供的制造图6的智能功率模块的方法中的实施图9所示的步骤S3后的结构示意图。
图16是图15在实施图9所示的步骤S6后的结构示意图。
上述各附图中所涉及的标号明细如下：
| 金属基板 | 101 |
| 绝缘层 | 102 |
| 电路布线 | 103 |
| 电路元件 | 104 |
| 金属线 | 105 |
| 引脚 | 106 |
| 密封结构 | 107 |
| 压销 | 108 |
| 孔 | 109 |
| 智能功率模块 | 100 |
| 基板 | 10 |
| 绝缘层 | 20 |
| 第一线路 | 30 |
| 电子元器件 | 40 |
| 连接线 | 50 |
| 电引脚 | 60 |
| 首端 | 61、91 |
| 末端 | 62、92 |
| 第一连接片 | 63 |
| 封装体 | 70 |
| 第二线路 | 80 |
| 子线路 | 81 |
| 固定脚 | 90 |
| 第二连接片 | 93 |
| 连接框 | 94 |
| 引线框架结构 | 200 |
| 模具 | 300 |
| 型腔 | 301 |
| 焊台 | 400 |
| 压焊头 | 401 |
| 固定装置 | 402 |
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
请同时参阅图6和图8，本发明实施例提供的智能功率模块100包括基板10、形成于所述基板10的一面的绝缘层20、形成于所述绝缘层20上的第一线路30、设置于所述第一线路30上的若干电子元器件40、电性连接相关所述电子元器件40的连接线50、连接于所述第一线路30上的电引脚60及封装体70。
所述智能功率模块100还包括形成于所述绝缘层20上且与所述第一线路30相互独立的第二线路80及连接于所述第二线路80上的固定脚90。所述基板10、所述绝缘层20、所述第一线路30、所述第二线路80、所述电子元器件40、所述连接线50、所述固定脚90与所述第二线路80的连接部分（即固定脚90的首端91）、所述电引脚60与所述第一线路30的连接部分（即电引脚60的首端61）无孔封装于所述封装体70内。所述固定脚90的自由端（即固定脚90的末端）及所述电引脚60的自由端（即电引脚60的末端62）分别朝两相反方向延伸出所述封装体70。
在基板10上设置独立的第二线路80，用以连接固定脚90，并使固定脚90的末端及电引脚60的末端分别朝两相反方向延伸，在对基板10进行封装时，可通过固定脚90和电引脚60共同来固定基板10在封装模具中的位置，固定脚90在封装结束后残留在封装体70中的部分不必取出，切掉露出部分即可，这样可以完全避免因为注塑冲力不平衡而导致出现的不良品，提高封装的良品率，并且，在封装时可以不通过压销来固定基板10，进而避免封装后产生小孔，实现无孔密封，避免水汽沿孔洞渗入而腐蚀基板10及电路，提高了封装致密性，进而提高了智能功率模块100的长期可靠性。
上述第一线路30不与第二线路80有任何连接，使固定脚90封装时起到固定基板10位置的作用。所述基板10与所述第二线路80之间进行无电连接。所述电子元器件40与所述第一线路30电性连接。第一线路30连接的若干电引脚60用于输入和输出信号。
电引脚60可采用铜等导热及导电性能较好的金属制成。固定脚90可采用利于焊接的材料制成。
在本实施例中，可以采用金属线（铝线、铜线或金线）或金属与非金属结合的合金线（铝硅线等）作为连接线50来绑定电子元器件40和第一线路30，还可以采用连接线50将基板10和第一线路30或电子元器件40建立电连接关系。
所述基板10为金属基板，例如，铝基板、铜基板。
在本实施例中，为达到更好的散热效果，基板10优选为铜基板，对于常规的智能功率模块100可选取26×52mm的铜基板。在此，大小合适的铜基板可以通过5m×5m的铜基板板材进行激光切割、冲压等方式等形成。
在本实施例中，绝缘层20可采用高导热环氧树脂等材料制作，可适当填充陶瓷粉末等材料，以达到高效率导热效果。
在本实施例中，电子元器件40可以采用贴片电阻、电容等无源元件，也可以采用晶体管或二极管等有源元件。
本实施例中的固定脚90是焊接在基板10上的构件，在封装过程中，通过在封装模具上固定电引脚60和固定脚90，可以有效的定位基板10在封装模具中的位置。
在本实施例中，所述固定脚90的数量为二，二固定脚90通过第二线路80连接于基板10的相对两端部，具体地，第二线路80包括设置于基板10的同侧的相对两端部的二子线路81，二子线路81形成于绝缘层20上，两个固定脚90分别电性连接于基板10的二子线路81上。固定脚90与电引脚60分别置于基板10的相对两侧，以更好地支撑固定基板10，提高定位的可靠性。在其他实施例中，固定脚90的数量可以为多于二个的数量，具体数量的设置要根据基板10的尺寸大小以及封装时的注胶口位置来决定，以不影响注胶为目的。
所述第二线路80于所述基板10的另一侧的相对两端部形成二第二焊盘（图未示），所述固定脚90与所述第二焊盘一一连接。该二第二焊盘与第二线路80的二子线路81相电性连接。
电引脚60为若干个，均分布于基板10的同一侧，各个电引脚60相互间隔且并行排布。这些电引脚60中的其中一电引脚60是接地的，其余的电引脚60与第一线路30电连接。所述第一线路30在所述基板10的一侧边缘处形成多个并排分布的第一焊盘（图未示），所述电引脚60与所述第一焊盘连接。这些第一焊盘与第一线路30相电性连接。
在成品的智能功率模块100中，所述固定脚90的自由端面（即切断面）与所述封装体70的外表面相平齐。
所述电引脚60的与所述第一线路30连接的端部（即首端61）进行折弯处理，使电引脚60的该端部（即首端61）形成一台阶状结构，进而，电引脚60的另一端部（即末端62）延伸至比基板10更高的位置，在基板10上装配电引脚60时更方便焊接。同样地，所述固定脚90的与所述第二线路80连接的端部（即首端91）进行折弯处理，使固定脚90的该端部（即首端91）形成一台阶状结构，进而，固定脚90的另一端部（即末端92）延伸至比基板10更高的位置，在基板10上装配固定脚90时更方便焊接。
请同时参阅图9至图14，本发明第一实施例还提供一种制造上述智能功率模块100的方法，其包括如下步骤：
S1)提供半成品智能功率模块100，该半成品智能功率模块100包括基板10、形成于所述基板10的一面的绝缘层20、形成于所述绝缘层20上且相互独立的第一线路30及第二线路80、设置于所述第一线路30上的若干电子元器件40及电性连接相关所述电子元器件40的连接线50，如图10所示；
S2)提供引线框架结构200，该引线框架结构200包括末端92连接在一起的若干固定脚90及末端62连接在一起的若干电引脚60，如图10和图11所示；
S3)焊接各个固定脚90的首端91于所述第二线路80上，焊接各个电引脚60的首端61于所述第一线路30上，所述固定脚90与所述电引脚60分别位于所述基板10的相对两侧；
S4)放置焊接有固定脚90与电引脚60的半成品智能功率模块100于模具300的型腔301内，并利用模具300夹持所述固定脚90的末端92及所述电引脚60的末端62，如图12所示；
S5)于模具300的型腔301内注入液态封装体，待液态封装体固化后，所述基板10、所述绝缘层20、所述第一线路30、所述第二线路80、所述电子元器件40、所述连接线50、所述固定脚90的首端91及所述电引脚60的首端61无孔封装于封装体70内；
S6)开模并将封装后的半成品智能功率模块100取出，如图13所示；
S7)切割所述电引脚60的连接在一起的末端62及切割所述固定脚90的伸出所述封装体70外的部分，如图14所示。
在步骤S1)中，上述第一线路30不与第二线路80有任何连接，使固定脚90封装时起到固定基板10位置的作用。所述基板10与所述第二线路80之间进行无电连接。所述电子元器件40与所述第一线路30电性连接。可以采用金属线（铝线、铜线或金线）或金属与非金属结合的合金线（铝硅线等）作为连接线50来绑定电子元器件40和第一线路30，还可以采用连接线50将基板10和第一线路30或电子元器件40建立电连接关系。所述基板10为金属基板10，例如，铝基板、铜基板，也可以是陶瓷基板。绝缘层20可采用高导热环氧树脂等材料制作，可适当填充陶瓷粉末等材料，以达到高效率导热效果。电子元器件40可以采用贴片电阻、电容等无源元件，也可以采用晶体管或二极管等有源元件。
在本实施例中，为达到更好的散热效果，基板10优选为铜基板，对于常规的智能功率模块100可选取26×52mm的铜基板。在此，大小合适的铜基板10可以通过5m×5m的铜基板板材进行激光切割、冲压等方式等形成。
在步骤S2)中，第一线路30连接的若干电引脚60用于输入和输出信号。电引脚60可采用铜等导热及导电性能较好的金属制成。固定脚90可采用利于焊接的材料制成。电引脚60的末端62通过一第一连接片63连接，以方便对若干电引脚60进行统一操作。固定脚90的末端92通过一第二连接片93连接，以方便对各个固定脚90进行统一操作。
在步骤S3)中，将半成品智能功率模块100放置于一焊台400上，然后通过焊机的压焊头401对各个固定脚90的首端91和各个电引脚60的首端61进行焊接，如图10所示。
在步骤S3)中，所述第一线路30在所述基板10的一侧边缘处形成多个并排分布的焊盘（图未示），所述电引脚60的首端61与所述焊盘连接。所述电引脚60的与所述第一线路30连接的首端部进行折弯处理。
在步骤S3)中，所述第二线路80于所述基板10的一侧的相对两端部形成二焊盘（图未示），所述固定脚90的首端91与所述焊盘一一连接。所述固定脚90的与所述第二线路80连接的首端部进行折弯处理。
在步骤S4)中，模具300上对应固定脚90及电引脚60的位置各设置有固定装置402（例如固定柱、固定卡块等），当焊接有固定脚90与电引脚60的半成品智能功率模块100放置于模具300的型腔301内时，利用模具300上的固定装置402将电引脚60和固定脚90进行固定，
由于基板10已经通过处于对立两侧的电引脚60和固定脚90进行固定，在封装时基板10不会因为注塑冲力或其他的原因发生运动，此时基板10的位置已经完全固定，即使在注塑冲力不平衡的情况下，基板10的位置也不会再进行移动，所以模具300中也不需要再设置其他的基板10的定位构件，因此杜绝了封装孔洞的出现，提高了智能功率模块100的可靠性能。
在步骤S5)中，模具300的注胶口靠近基板10的连接固定脚90的一侧，由于电引脚60较多，靠近电引脚60的位置不便于设置注胶口，因此，注胶口设置于靠近固定脚90的位置。
在步骤S6)中，封装后的半成品智能功率模块100的固定脚90与电引脚60均延伸出封装体70外。
在步骤S7)中，将电引脚60连接在一起的部分切除，而使各个电引脚60的末端部分成为各自独立的部分，同时，将固定脚90伸出封装体70外的部分全部切除。所述固定脚90的切断面与所述封装体70的外表面相平齐。
经过上述各步骤后，成品智能功率模块100制作完成。
请同时参阅图15和图16，本发明第二实施例还提供的制造上述智能功率模块100的方法与第一实施例提供的制造上述智能功率模块100的方法大致相同，其不同之处在于：在第一实施例提供的制造上述智能功率模块100的方法的步骤S2)中，引线框架结构200的固定脚90的末端92及电引脚60的末端62连接在一起，具体地，固定脚90的末端92与电引脚60的末端62通过一连接框94连接，在焊接时可以将各个固定脚90与各个电引脚60统一放置于焊台上，方便焊接；在第一实施例提供的制造上述智能功率模块100的方法的步骤S6)中，封装后的半成品智能功率模块如图16所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种智能功率模块的制造方法，其包括如下步骤：
S1)提供半成品智能功率模块，该半成品智能功率模块包括基板、形成于所述基板的一面的绝缘层、形成于所述绝缘层上且相互独立的第一线路及第二线路、设置于所述第一线路上的若干电子元器件及电性连接相关所述电子元器件的连接线；
S2)提供引线框架结构，该引线框架结构包括末端连接在一起的若干固定脚及末端连接在一起的若干电引脚；
S3)焊接各个固定脚的首端于所述第二线路上，焊接各个电引脚的首端于所述第一线路上，所述固定脚与所述电引脚分别位于所述基板的相对两侧，所述固定脚的数量为二，所述二固定脚的首端分别连接于所述基板的相应侧的相对两端部，所述第二线路于所述基板的相应侧的相对两端部形成二焊盘，所述固定脚的首端与所述焊盘一一连接；
S4)放置焊接有固定脚与电引脚的半成品智能功率模块于模具的型腔内，并利用模具夹持所述固定脚的末端及所述电引脚的末端；
S5)于模具的型腔内注入液态封装体，待液态封装体固化后，所述基板、所述绝缘层、所述第一线路、所述第二线路、所述电子元器件、所述连接线、所述固定脚的首端及所述电引脚的首端无孔封装于封装体内；
S6)开模并将封装后的半成品智能功率模块取出；
S7)切割所述电引脚的连接在一起的末端及切割所述固定脚的伸出所述封装体外的部分。
2.如权利要求1的智能功率模块的制造方法，其特征在于：在步骤S2)中，所述引线框架结构的固定脚的末端及电引脚的末端连接在一起。
3.如权利要求1的智能功率模块的制造方法，其特征在于：在步骤S3)中所述第二线路包括设置于所述基板的同侧的相对两端部的二子线路，所述二子线路形成于所述绝缘层上，所述二固定脚的首端分别焊接于所述基板的二子线路上。
4.如权利要求1的智能功率模块的制造方法，其特征在于：所述固定脚的与所述第二线路连接的首端部进行折弯处理。
5.如权利要求1的智能功率模块的制造方法，其特征在于：在步骤S3)中，所述第一线路在所述基板的一侧边缘处形成多个并排分布的焊盘，所述电引脚的首端与所述焊盘连接。
6.如权利要求5的智能功率模块的制造方法，其特征在于：所述电引脚的与所述第一线路连接的首端部进行折弯处理。
7.如权利要求1-6任一项的智能功率模块的制造方法，其特征在于：在步骤S7)中，所述固定脚的切断面与所述封装体的外表面相平齐。
8.如权利要求1-6任一项的智能功率模块的制造方法，其特征在于：所述基板为金属基板。
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