CN116113221A - 一种冷媒散热半导体电路设备及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冷媒散热半导体电路设备及制造方法，包括：冷媒散热系统、半导体电路、多个引脚、压缩机以及电控板；所述半导体电路与所述电控板通过所述多个引脚电连接，所述冷媒散热系统固定于所述电控板的一侧，所述压缩机与所述冷媒散热系统连通；所述冷媒散热系统包括冷媒管、二位四通电磁阀及散热管，所述冷媒管的一端连接于所述压缩机，所述冷媒管的另一端连接所述二位四通电磁阀的一端，所述二位四通电磁阀的另一端连接所述散热管，所述散热管贴设于所述半导体电路。本发明的冷媒散热半导体电路设备散热效果好，满足高集成度电控小型化要求及提高安装效率。

Description

一种冷媒散热半导体电路设备及制造方法

技术领域

本发明涉及智能功率模块技术领域，尤其涉及一种冷媒散热半导体电路设备及制造方法。

背景技术

半导体电路即模块化智能功率系统MIPS(Module Intelligent Power System)不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU或DSP作中断处理。它由高速低工耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以MIPS自身不受损坏。MIPS一般使用IGBT作为功率开关元件，并内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。

现有MIPS模块化智能功率系统IC驱动控制电路、MIPS采样放大电路以及PFC电流保护电路等低压控制电路与高压半导体电路组成的逆变电路布局到同一板上，同时现有MIPS模块化智能功率系统都只集成单个MIPS模块，对于多个MIPS模块化智能功率系统集成还没有实现，而面对市场小型化、低成本竞争，对MIPS模块化智能功率系统高集成和高散热技术提出了更高的要求。

然而，上述的冷媒散热半导体电路设备集成麻烦，制冷效果差，安装不方便，适应范围小，市场竞争力差。

发明内容

针对以上相关技术的不足，本发明提出一种集成方便，制冷效果好，安装方便的冷媒散热半导体电路设备。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种冷媒散热半导体电路设备，包括：冷媒散热系统、半导体电路、多个引脚、压缩机以及电控板；所述半导体电路与所述电控板通过所述多个引脚电连接，所述冷媒散热系统固定于所述电控板的一侧，所述压缩机与所述冷媒散热系统连通；

所述冷媒散热系统包括冷媒管、二位四通电磁阀及散热管，所述冷媒管的一端连接于所述压缩机，所述冷媒管的另一端连接所述二位四通电磁阀的一端，所述二位四通电磁阀的另一端连接所述散热管，所述散热管贴设于所述半导体电路。

优选的，所述半导体电路包括：金属基材、设置在所述金属基材上的绝缘层、设置在所述绝缘层上的铜箔层、设置在所述铜箔层上的绿油层、设置在所述铜箔层上的贴片电阻、贴片电容、芯片、绑定金属线以及封装体；所述芯片通过所述绑定金属线与所述铜箔层电连接，所述铜箔层的两端还连接所述多个引脚。

优选的，所述半导体电路内集成了PFC电路、整流桥堆、压缩机驱动电路、压缩机逆变电路、风机驱动电路以及风机逆变电路。

优选的，所述半导体电路通过螺钉固定于所述冷媒散热系统上。

优选的，所述半导体电路与所述电控板通过波峰焊的方式焊接固定。

优选的，所述封装体由环氧树脂为基体树脂，以高性能酚醛树脂为固化剂，加入硅微粉为填料，以及添加多种助剂混配而成的粉状模塑料，通过热传递成型法挤压入模腔并将其中的所述多边形半导体电路包埋，同时交联固化成型。

第二方面，本发明实施例提供了一种冷媒散热半导体电路设备的制造方法，包括以下步骤：

S1、先将表面镀银金属散热片放入到特制载具，在所述金属散热片表面特定位置点锡膏或银胶；

S2、通过软焊料固晶机设备将PFC芯片贴装到所述金属散热片上，形成元器件半成品；

S3、通过视觉检查AOI设备对PFC芯片贴装质量进行检测；

S4、将所述金属基材放入特制载具中，在所述铜箔层预留元器件安装位，并将所述半导体逆变电路通过自动粘晶设备贴装到所述元器件安装位上；

S5、通过自动贴片SMT设备将所述元器件半成品、所述贴片电阻机所述贴片电容件贴装到所述元器件安装位上；

S6、通过机械手或人工将引线框架放置到所述金属基材对应的焊接位，并将所述元器件半成品包括载具一起过回流炉将所有的元器件焊接到对应安装位上；

S7、通过视觉检查AOI设备对元器件焊接质量进行检测；

S8、通过喷淋和超声的清洗方式，清除残留在所述金属基材上的助焊剂和氧化的污染物；

S9、通过绑定线，使所述元器件半成品的电路元件和所述铜箔层形成电连接；

S10、通过封装设备在特定模具里面对所述金属基材的电路进行封装，然后经过激光打标对产品进行标记，通过高温烘箱对产品进行后固化去应力处理；

S11、通过切筋成型设备对所述引脚的连筋和假引脚进行切除并整型所需形状，最后进行电参数测试后形成最终合格产品；

S12、将所述合格产品通过波峰焊安装到所述电控板上，然后通过螺钉将所述半导体电路安装到所述冷媒散热系统上，最后将所述冷媒散热系统安装到压缩机系统里面。

与相关技术相比，本发明冷媒散热半导体电路设备，其冷媒散热系统、半导体电路、多个引脚、压缩机以及电控板；所述半导体电路与所述电控板通过所述多个引脚电连接，所述冷媒散热系统固定于所述电控板的一侧，所述压缩机与所述冷媒散热系统连通；所述冷媒散热系统包括冷媒管、二位四通电磁阀及散热管，所述冷媒管的一端连接于所述压缩机，所述冷媒管的另一端连接所述二位四通电磁阀的一端，所述二位四通电磁阀的另一端连接所述散热管，所述散热管贴设于所述半导体电路。这样可以实现半导体电路冷媒散热，同时冷媒散热系统是一个二位四通电磁阀结构可以改变半导体电路里面的冷媒流入方向，实现了压缩机不管是制冷还是制热对于流入半导体电路的冷媒都是散热的；通过这种方法无需再另外安装散热器，降低了材料和安装成本；本发明半导体电路的芯片集成了制冷系统二位四通电磁阀控制电路，通过芯片发出信号可以更精准的实现对电磁阀的控制。可以直接通过制冷装置进行散热，无需安装支架和散热器，降低生产成本，提高了生产效率，同时提高了散热效果，节省了安装空间。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：

图1为本发明冷媒散热半导体电路设备的整体结构示意图；

图2为本发明半导体电路的俯视图；

图3为本发明半导体电路的剖视图；

图4为本发明冷媒散热系统的整体结构示意图；

图5为本发明冷媒散热系统的正视图；

图6为本发明冷媒散热系统的左视图；

图7为本发明电控板的结构示意图；

图8为本发明压缩机的结构示意图；

图9为本发明冷媒散热半导体电路设备的制造方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。

实施例一

如图1-8所示，本发明提供一种冷媒散热半导体电路设备，包括：冷媒散热系统1、半导体电路2、多个引脚3、压缩机4以及电控板5；所述半导体电路2与所述电控板5通过所述多个引脚3电连接，所述冷媒散热系统1固定于所述电控板5的一侧，所述压缩机4与所述冷媒散热系统1连通。

其中，压缩机4用于实现对冷媒的压缩。电控板5作为整个用电器件的控制系统，实现电路控制。

引脚3的材质采用C194(-1/2H)(化学成分：Cu(≧97.0)Fe：2.4P：0.03Zn：0.12)或KFC(-1/2H)(化学成分：Cu(≧99.6)Fe：0.1(0.05～0.15)P：0.03(0.025～0.04))，通过机加工对0.5mm铜板材进行冲压加工形成所需形状，再对表面进行先镀镍厚度0.1-0.5um再镀锡厚度2-5um。

所述冷媒散热系统1包括冷媒管11、二位四通电磁阀12及散热管13，所述冷媒管11的一端连接于所述压缩机4，所述冷媒管11的另一端连接所述二位四通电磁阀12的一端，所述二位四通电磁阀12的另一端连接所述散热管13，所述散热管13贴设于所述半导体电路2。

其中，冷媒管11用于连通压缩机4，将压缩机4冷媒通过二位四通电磁阀12输入到半导体电路2的冷媒散热管13里面，实现对半导体电路2的散热。

二位四通电磁阀12用于改变压缩机4冷媒流入方向，保证输入到半导体电路2散热管13里面的冷媒都是制冷散热冷媒；半导体电路2的散热管13用于对半导体电路2进行散热。

这样可以实现半导体电路2冷媒散热，同时冷媒散热系统1是一个二位四通电磁阀12结构可以改变半导体电路2里面的冷媒流入方向，实现了压缩机4不管是制冷还是制热对于流入半导体电路2的冷媒都是散热的；通过这种方法无需再另外安装散热器，降低了材料和安装成本；本发明半导体电路2的芯片07集成了制冷系统二位四通电磁阀12控制电路，通过芯片07发出信号可以更精准的实现对电磁阀12的控制。可以直接通过制冷装置进行散热，无需安装支架和散热器，降低生产成本，提高了生产效率，同时提高了散热效果，节省了安装空间。

在本实施例中，所述半导体电路2包括：金属基材01、设置在所述金属基材01上的绝缘层02、设置在所述绝缘层02上的铜箔层03、设置在所述铜箔层03上的绿油层04、设置在所述铜箔层03上的贴片电阻05、贴片电容06、芯片07、绑定金属线08以及封装体09；所述芯片07通过所述绑定金属线08与所述铜箔层03电连接，所述铜箔层03的两端还连接所述多个引脚3。金属基材01作为半导体电路2整个内部电路的载体且对整个半导体电路2起到散热作用；绝缘层02用于防止铜箔层03与金属基材01通电导致内部电路短路、漏电风险。通过对铜箔层03的蚀刻形成所需电路，制成电路布线层；绿油层04主要对铜箔电路层起保护作用，防止导体电路的物理性断线，焊接工艺中防止因桥连产生的短路，减少对焊接料槽的铜污染，防止因灰尘、水份等外界环境因素造成绝缘恶化、腐蚀；贴片电阻05在半导体电路2里面IGBT芯片07栅极处接入，通过限流达到限制IGBT开关速度的作用。贴片电容06在半导体电路2里面起到滤波、耦合、自举作用；表面镀银的金属散热片对贴装在表面的芯片07起到散热作用；芯片07实现电路的开、关控制，起到续流作用；绑定金属线08(金属线一般为金、铝、铜等材质)，金属线用于实现电路里面元器件之间的电连接。

在本实施例中，所述半导体电路2内集成了PFC电路、整流桥堆、压缩机4驱动电路、压缩机4逆变电路、风机驱动电路以及风机逆变电路。半导体电路2的芯片07集成温度检测电路、电磁阀12控制电路，用电器整个电控系统命令对比电路三种电路，实现芯片07级集成。这样能对高集成半导体电路2对散热提出了更高的要求。

在本实施例中，所述半导体电路2通过螺钉固定于所述冷媒散热系统1上。固定效果好，拆装方便。

在本实施例中，所述半导体电路2与所述电控板5通过波峰焊的方式焊接固定。固定效果好，导电性能良好。

在本实施例中，所述封装体09由环氧树脂为基体树脂，以高性能酚醛树脂为固化剂，加入硅微粉为填料，以及添加多种助剂混配而成的粉状模塑料，通过热传递成型法挤压入模腔并将其中的所述多边形半导体电路2包埋，同时交联固化成型。

本发明的工作原理如下：

先将半导体电路2通过螺钉拧紧安装到冷媒散热系统1上，然后将安装好冷媒散热系统1的半导体电路2安装到电控板5上，再通过波峰焊将半导体电路2焊接到电控板5生产一个部件。

然后将整个部件通过冷媒散热系统1的冷媒管11接入到压缩机4内，完成了整个冷媒散热系统1的接通。

同时冷媒散热系统1的二位四通电磁阀12的控制由半导体驱动电路中的控制电路进行控制，驱动电路中的电磁阀12控制电路由半导体温度检测电路进行触发，由于半导体驱动电路中集成了温度检测电路，当检测到半导体电路2里面的功率器件到达某一温度值时将会触发电磁阀12控制电路控制二位四通电磁阀12工作改变压缩机4冷媒方向。为了防止电磁阀12控制电路误触发，在温度检测电路触发同时会对用电器整个电控系统的制冷或制热命令进行对比，如果此时本身是制冷命令那么温度检测电路此时触发无效，只有是制热命令时此时触发才有效。控制效果好，使用方便。

实施例二

如图1-9所示，本发明实施例提供了一种冷媒散热半导体电路设备的制造方法，包括以下步骤：

S1、先将表面镀银金属散热片放入到特制载具，在所述金属散热片表面特定位置点锡膏或银胶；

S2、通过软焊料固晶机设备将PFC芯片07贴装到所述金属散热片上，形成元器件半成品；

S3、通过视觉检查AOI设备对PFC芯片07贴装质量进行检测；

S4、将所述金属基材01放入特制载具中，在所述铜箔层03预留元器件安装位，并将所述半导体逆变电路通过自动粘晶设备贴装到所述元器件安装位上；

S5、通过自动贴片SMT设备将所述元器件半成品、所述贴片电阻05机所述贴片电容06件贴装到所述元器件安装位上；

S6、通过机械手或人工将引线框架放置到所述金属基材01对应的焊接位，并将所述元器件半成品包括载具一起过回流炉将所有的元器件焊接到对应安装位上；

S7、通过视觉检查AOI设备对元器件焊接质量进行检测；

S8、通过喷淋和超声的清洗方式，清除残留在所述金属基材01上的助焊剂和氧化的污染物；

S9、通过绑定线，使所述元器件半成品的电路元件和所述铜箔层03形成电连接；

S10、通过封装设备在特定模具里面对所述金属基材01的电路进行封装，然后经过激光打标对产品进行标记，通过高温烘箱对产品进行后固化去应力处理；

S11、通过切筋成型设备对所述引脚3的连筋和假引脚3进行切除并整型所需形状，最后进行电参数测试后形成最终合格产品；

S12、将所述合格产品通过波峰焊安装到所述电控板5上，然后通过螺钉将所述半导体电路2安装到所述冷媒散热系统1上，最后将所述冷媒散热系统1安装到压缩机4系统里面。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种冷媒散热半导体电路设备，其特征在于，包括：冷媒散热系统、半导体电路、多个引脚、压缩机以及电控板；所述半导体电路与所述电控板通过所述多个引脚电连接，所述冷媒散热系统固定于所述电控板的一侧，所述压缩机与所述冷媒散热系统连通；

所述冷媒散热系统包括冷媒管、二位四通电磁阀及散热管，所述冷媒管的一端连接于所述压缩机，所述冷媒管的另一端连接所述二位四通电磁阀的一端，所述二位四通电磁阀的另一端连接所述散热管，所述散热管贴设于所述半导体电路。

2.如权利要求1所述的冷媒散热半导体电路设备，其特征在于，所述半导体电路包括：金属基材、设置在所述金属基材上的绝缘层、设置在所述绝缘层上的铜箔层、设置在所述铜箔层上的绿油层、设置在所述铜箔层上的贴片电阻、贴片电容、芯片、绑定金属线以及封装体；所述芯片通过所述绑定金属线与所述铜箔层电连接，所述铜箔层的两端还连接所述多个引脚。

3.如权利要求2所述的冷媒散热半导体电路设备，其特征在于，所述半导体电路内集成了PFC电路、整流桥堆、压缩机驱动电路、压缩机逆变电路、风机驱动电路以及风机逆变电路。

4.如权利要求1所述的冷媒散热半导体电路设备，其特征在于，所述半导体电路通过螺钉固定于所述冷媒散热系统上。

5.如权利要求1所述的冷媒散热半导体电路设备，其特征在于，所述半导体电路与所述电控板通过波峰焊的方式焊接固定。

6.如权利要求1所述的冷媒散热半导体电路设备，其特征在于，所述封装体由环氧树脂为基体树脂，以高性能酚醛树脂为固化剂，加入硅微粉为填料，以及添加多种助剂混配而成的粉状模塑料，通过热传递成型法挤压入模腔并将其中的所述多边形半导体电路包埋，同时交联固化成型。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的冷媒散热半导体电路设备的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、先将表面镀银金属散热片放入到特制载具，在所述金属散热片表面特定位置点锡膏或银胶；

S2、通过软焊料固晶机设备将PFC芯片贴装到所述金属散热片上，形成元器件半成品；

S3、通过视觉检查AOI设备对PFC芯片贴装质量进行检测；

S4、将所述金属基材放入特制载具中，在所述铜箔层预留元器件安装位，并将所述半导体逆变电路通过自动粘晶设备贴装到所述元器件安装位上；

S5、通过自动贴片SMT设备将所述元器件半成品、所述贴片电阻机所述贴片电容件贴装到所述元器件安装位上；

S6、通过机械手或人工将引线框架放置到所述金属基材对应的焊接位，并将所述元器件半成品包括载具一起过回流炉将所有的元器件焊接到对应安装位上；

S7、通过视觉检查AOI设备对元器件焊接质量进行检测；

S8、通过喷淋和超声的清洗方式，清除残留在所述金属基材上的助焊剂和氧化的污染物；

S9、通过绑定线，使所述元器件半成品的电路元件和所述铜箔层形成电连接；

S10、通过封装设备在特定模具里面对所述金属基材的电路进行封装，然后经过激光打标对产品进行标记，通过高温烘箱对产品进行后固化去应力处理；

S11、通过切筋成型设备对所述引脚的连筋和假引脚进行切除并整型所需形状，最后进行电参数测试后形成最终合格产品；

S12、将所述合格产品通过波峰焊安装到所述电控板上，然后通过螺钉将所述半导体电路安装到所述冷媒散热系统上，最后将所述冷媒散热系统安装到压缩机系统里面。

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