CN203312284U

CN203312284U - 智能功率模块

Info

Publication number: CN203312284U
Application number: CN2013203329505U
Authority: CN
Inventors: 冯宇翔
Original assignee: Guangdong Midea Refrigeration Equipment Co Ltd
Current assignee: GD Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2023-06-09

Abstract

本实用新型适用于电子器件技术，提供了一种智能功率模块，智能功率模块包括上表面覆盖有绝缘层的基板、于所述绝缘层表面设置的电路布线、于所述电路布线相应位置配设的电路元件，所述智能功率模块还包括：引脚，与电路布线连接并自所述基板外延，并通过一镀层将所述引脚完全覆盖；密封层，铺设于所述基板具有所述电路布线及电路元件的上表面。该智能功率模块引脚完全被镀层密封，极大提高了智能功率模块的抗腐蚀能力，在长期使用过程中，保证智能功率模块的引脚不会因为局部过热而烧断。

Description

智能功率模块

技术领域

本实用新型属于电子器件领域，尤其涉及一种智能功率模块。

背景技术

智能功率模块，即IPM（Intelligent Power Module），是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品。智能功率模块把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内设有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块一方面接收MCU（Microprogrammed Control Unit，微程序控制器）的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将系统的状态检测信号送回MCU。与传统分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合于应用于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动、变频家电的一种理想电力电子器件。

参照图1，说明现有智能功率模块100的结构。图1（A）是所述智能功率模块100的俯视结构图，图1（B）是图1（A）的沿X-X’线剖面图。

所述智能功率模块100具有如下结构，其包括：电路基板106，所述电路基板106表面上的设有绝缘层107，且绝缘层107上形成的电路布线108；被固定在所述电路布线108上的电路元件104；连接所述电路元件104和所述电路布线108的金属线105；与所述电路布线108连接的引脚101，所述引脚101边缘存在未电镀的缺口103，引脚101除缺口103外的其余部分均被电镀层覆盖；所述智能功率模块100的整体被密封树脂102密封。另外，有时也在使所述铝基板106的背面露出到外部的状态下进行密封。

所述智能功率模块100一般会工作在恶劣的工况中，如变频空调的室外机，高温高湿的状态下，缺口103容易被水气入侵，进入对铝或铜材产生腐蚀，长期使用时会导致引脚101变细，对于某些需要承受大电流、大电压的引脚101，在变细部分容易产生热积聚，加速了引脚101的腐蚀进程，最终导致引脚101熔断，智能功率模块100失效。

此外，参考图1（C），因为传统的智能功率模块100在制造过程中引脚101是通过加强筋109相连的，制造过程中的机械手和工人通过夹持引脚101搬运智能功率模块100时，一般都是通过夹持相对两侧的两个引脚101实现，这样，引脚101和电路布线108的连接部会产生较大的拉力，会形成焊接松动，在注塑和成形工序中，有可能引起部分引脚101与电路布线分离，造成断路，严重影响了制程合格率；如果引脚101和电路布线108间是部分分离而未完全分离，这样的产品很难在成品测试过程中检查出来，流入市场后，经过一段时间的使用后就会造成断路失效，使设备停止工作，严重时会发生设备失控烧毁等情况。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术的不足，提供一种高可靠性的智能功率模块，保证智能功率模块的引脚被镀层完全密封，提高了智能功率模块的抗腐蚀能力。

本实用新型是这样实现的，一种智能功率模块，包括上表面覆盖有绝缘层的基板、于所述绝缘层表面设置的电路布线、于所述电路布线相应位置配设的电路元件，所述智能功率模块还包括：

引脚，与电路布线连接并自所述基板外延，并通过一镀层将所述引脚完全覆盖；

密封层，铺设于所述基板具有所述电路布线及电路元件的上表面。

进一步地，所述引脚包括相接的弯折部和延伸部，所述弯折部收容于所述密封层，且其一侧端焊接于所述电路布线的引脚焊盘，另一端与所述延伸部相接。

进一步地，所述延伸部为L形，其长边与所述弯折部相接。

进一步地，所述基板的上表面、下表面均铺设有所述密封层。

进一步地，所述基板的侧面铺设有所述密封层。

进一步地，所述智能功率模块还包括邦线，邦线连接在所述电路元件之间、电路布线之间、电路元件与电路布线之间。

本实用新型的智能功率模块的有益效果是：引脚完全覆盖有镀层，极大提高了智能功率模块的抗腐蚀能力，在长期使用过程中，保证智能功率模块的引脚不会因为局部过热而烧断，提高了智能功率模块的长期可靠性，避免了发生爆炸等安全隐患。

附图说明

图1（A）为现有的智能功率模块的俯视结构示意图；

图1（B）是图1（A）的X-X’线剖面图；

图1（C）为现有的智能功率模块的引脚结构示意图；

图2（A）为本实用新型实施例提供的智能功率模块的俯视结构示意图；

图2（B）是图1（A）的X-X’线剖面图；

图2（C）是图1（A）的智能功率模块去掉密封层后的俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的智能功率模块的制造方法的工序流程图；

图4（A）、4（B）为本实用新型实施例提供的设置基板、绝缘层及电路布线的工序；

图5（A）、5（B）为本实用新型实施例提供的设置引脚及对其镀层的工序；

图6（A）、6（B）为本实用新型实施例提供的配设电路元件及焊接引脚的工序；

图7为本实用新型实施例提供的智能功率模块的密封工序；

图8为本实用新型实施例提供的焊盘连线熔断和模块功能测试的工序；

图9（A）、9（B）为本实用新型实施例提供的智能功率模块的制造方法的邦定及清洗工序。

具体实施方式

为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

结合图2（A）、2（B）、2（C），智能功率模块包括引脚11、密封层12、电路元件14、邦线15、基板16、绝缘层17、电路布线18。

绝缘层17覆盖于基板16的上表面，电路布线18设置于绝缘层17的表面，电路元件14配设于电路布线18相应位置。电路布线18包括用于配设电路元件14的元件焊盘、用于焊接引脚11的引脚焊盘18A和连接在引脚焊盘18A之间用于临时固定引脚11间距的焊盘连线18B。

引脚11与电路布线18连接并自基板16外延，并通过一镀层（图未示出）将所述引脚完全覆盖。密封层12铺设于基板16具有电路布线18及电路元件14的上表面。

进一步地，参考图2（B），电路布线18设有用于焊接引脚11的引脚焊盘18A。引脚11包括相接的弯折部112和延伸部114，弯折部112收容于密封层12，且的弯折部112一侧端焊接于相应的电路布线18的引脚焊盘18A，弯折部112另一端与延伸部114相接。更近一步地，延伸部114为L形，其长边与弯折部112相接。

实际上，引脚11被固定在设于所述基板16一个边缘的引脚焊盘18A上，其具有与外部进行输入、输出的作用。在此，设计成一边上设有多条引脚11，引脚11和引脚焊盘18A通过焊锡等电性粘结剂焊接。引脚11一般采用铜等金属制成，铜表面通过化学镀和电镀形成一层镍锡合金层，合金层的厚度一般为5μm，镀层可保护铜不被腐蚀氧化，并可提高可焊接性。

进一步地，基板16的上表面、下表面均铺设有密封层12。在其他实施例中，基板16的上、下、侧面均设有密封层12。

密封层12可通过传递模方式使用热硬性树脂模制也可使用注入模方式使用热塑性树脂模制。在此，密封层12完全密封基板16具有电路布线18的一表面上的所有元素；而对于致密性要求高的智能功率模块，基板16不具有电路布线18的其他表面一般也进行密封处理。

邦线15可以是铝线、金线或铜线，通过邦线15邦定使各电路元件14之间、各电路布线18之间、电路元件14与电路布线18之间建立电连接关系，有时还用于使基板16或引脚11和电路布线18或电路元件14之间建立电连接关系。

本实用新型所提供的智能模块通过将引脚11用镀层完全密封，极大提高了智能功率模块的抗腐蚀能力，在长期使用过程中，保证智能功率模块的引脚11不会因为局部过热而烧断，提高了智能功率模块的长期可靠性，避免了发生爆炸等安全隐患。

另外，还提供了一种制造上述智能模块的制造方法，在一个较优选的实施例中，结合图2（A）、2（B）、2（C）和3，该制造方法包括以下步骤：

步骤S11：设置基板16，于基板16上表面覆盖绝缘层17，并在绝缘7层表面布设电路布线18，其中，在电路布线18将要焊接引脚11的引脚焊盘18A间形成可通过相应电流熔断的焊盘连线18B。

作为制造方法的第一工序：本工序是在大小合适的基板16上形成绝缘层17并在绝缘层17表面形成电路布线18的工序。

首先，参照图4（A）和沿图4（A）的X-X’线的截面图4（B），根据需要的电路布局设计大小合适的电路基板16。对于一般的智能功率模块，一枚的大小可选取64±10mm×30±10mm，对两面进行防蚀处理。在铝基板的至少一个表面上设有绝缘层17。另外，在绝缘层17的表面粘贴有作为电路布线18的铜箔。然后将该工序制造的铜箔进行蚀刻，局部地除去铜箔，形成电路布线18，电路布线18包括用于配设电路元件14的元件焊盘、用于焊接引脚11的引脚焊盘18A和连接在引脚焊盘18A之间用于临时固定引脚11间距的焊盘连线18B。

在此，大小合适的基板16的形成是通过直接对2±1m×2±1m的铝或铜材进行锣板处理的方式形成，锣刀使用高速钢作为材质，马达使用5000转/分钟的转速，锣刀与板材平面呈直角下刀；也可以通过冲压的方式形成。

S13：设置所述引脚，于所述引脚的表面形成镀层。

作为制造方法的第二工序：参照图5（A）和图5（B）：本工序是制成独立的带镀层的引脚11的工序。

每个引脚11都是用铜或铝基材，制成长度C为25±10mm，宽度K为1.5±0.5mm，厚度H为1±0.5mm的长条状，如图5（A）所示。

在此，优选地，如图5（B）所示为便于装配，所述步骤15包括步骤S151：引脚11弯折后将其弯折部分（即上述的弯折部112）的一侧端焊接于与引脚焊盘18A上，且将引脚11的弯折部分收容于密封层12，即在引脚11其中一端压制出一定的弧度.

然后通过化学镀的方法在引脚11的表面形成镀层。通过镍盐和次亚磷酸钠混合溶液，并添加了适当的络合剂，在已形成特定形状的铜材表面形成镍层，在金属镍具有很强的钝化能力，能迅速生成一层极薄的钝化膜，能抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀。镀镍结晶极细小，镍层厚度一般为0.1±0.01μm；

接着通过酸性硫酸盐工艺，在室温下将已形成形状和镍层的铜材浸在带有正锡离子的镀液中通电，在镍层表面形成镍锡合金层，镍层厚度一般控制在5±1μm，镍层的形成极大提高了保护性和可焊性。到此，引脚11制造完成。

S15：于电路布线18相应位置配设的电路元件14，并将引脚11焊接于相应的引脚焊盘18A上使其自基板16外延。具体是在电路布线18的元件焊盘上配设电路元件14。

作为制造方法的第三工序：参考图6（A）和图6（B），本工序是在电路布线18表面装配电路元件14和引脚11的工序。

在其中一个实施例中，首先，通过锡膏印刷机，使用钢网，对基板16的电路布线18的特定位置进行锡膏涂装，钢网可使用0.13±0.03mm的厚度。

其次，参照侧视图图6（A）和俯视图图6（B），进行电路元件14和引脚11的安装，电路元件14可直接放置在电路布线18的特定位置，而引脚11则一端要安放在引脚焊盘18A上，另一端需要载具20进行固定，载具20通过合成石等材料制成。

然后，放于载具20上的基板16通过回流焊，锡膏固化，电路元件14和所述引脚11被固定。

S17：将基板16具有电路布线18及电路元件14的上表面密封层。

作为制造方法的第四工序：参照图7，说明密封层12铺设于电路基板16的工序。图7表示使用模具50由密封层12密封电路基板16的工序的剖面图。

进步一地，步骤S18：于基板15的下表面铺设密封层。

首先，在无氧环境中对基板16进行烘烤，烘烤时间不应小于2小时，烘烤温度选择125℃左右。

将配置好引脚11的电路基板16搬送到模型44及45。通过使引脚11的弯折部分与固定装置46接触，进行基板16的定位。

合模时，在形成于模具50内部的模腔中放置、基板16，然后由浇口53注入密封树脂。进行密封的方法可采用使用热硬性树脂的传递模制法或使用热硬性树脂的注入模制法。而且，对应自浇口53注入的密封树脂模腔内部的气体通过排气口54排放到外部。

步骤S18：对相邻的引脚11间接通相应的电流将焊盘连线18B熔断。

作为制造方法的第五工序：参照图8，是进行引脚11成型并进行焊盘连线18B熔断和模块功能测试的工序，智能功率模块经由此工序作为制品完成。

本工序根据引脚11使用的长度和形状需要，在虚线51的位置将外部引脚11折弯成一定形状，便于后续装配。而此工序也可以在步骤15中的步骤S153中完成，步骤S153：将引脚的外延部分折成L形，其长边与弯折部分连接。

然后将智能功率模块放入测试设备中，为相邻的引脚11通一定大小的电流.例如，根据本实施例的焊盘连线18B的大小，电流值可设置为0.35A，当电流从0.35A忽然减少，证明焊盘连线18B已经熔断，焊盘连线18B均已熔断后，进行常规的电参数测试，一般包括绝缘耐压、静态功耗、迟延时间等测试项目，测试合格者为成品。

可以理解的是，第四工序即步骤S17之前还包括进行邦线15连接并清洗基板16的工序。

参考图9（A）和图9（B），通过邦线15邦定使各电路元件14之间、各电路布线18之间、电路元件14与电路布线18之间建立电连接关系，有时还用于使基板16或引脚11和电路布线18或电路元件14之间建立电连接关系。邦线15可以是铝线、金线或铜线。

首先将基板16放入清洗机中进行清洗，将回流焊时残留的松香等助焊剂及冲压时残留的铝线等异物洗净，根据电路元件14在电路布线18的排布密度，清洗可通过喷淋或超声或两者结合的形式进行。清洗时，通过机械臂夹持两条或多条引脚11，将基板16置于清洗槽中，因为引脚11彼此独立而没有加强筋彼此相连，即使机械臂对每个引脚的夹持力度不均，清洗过程中的震动也不会在引脚间产生力传递，造成部分引脚11与焊盘18A分离。

其次，通过在电路元件14和电路布线18的特定位置邦定一定直径的金属线形成电连接，在此，金属线的粗细应根据邦定点的大小、所需的同流能力、元器件的可加工性等综合考虑，一般地，单根金属线的直径不应大于400μm，不应小于15μm，对于功率器件的连接，可考虑使用多根400μm的铝线并联邦定，对于功能器件的连接，可考虑使用单根38μm的铝线进行邦定。

可以理解的是，上述的制造方法在实际操作或其他实施例中，其标号S11、S13、S15、S17、S19只是方便说明具体实施方式而设置，而实际上其步骤S11至S19的顺序可以根据需要进行更改。

因此，通过上述的制造方法，在没有增加生产工序、确保加工时不受静电损伤的条件下，使引脚11彼此独立，通过夹持引脚11取放智能功率模块时，不会因为传统加强筋的存在产生杠杆效应而导致使引脚11和电路布线18间产生巨大的拉力，确保了引脚11和电路布线18的可靠连接，进一步提高了智能功率模块的可靠性，提高了智能功率模块的成品率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种智能功率模块，包括上表面覆盖有绝缘层的基板、于所述绝缘层表面设置的电路布线、于所述电路布线相应位置配设的电路元件，其特征在于，所述智能功率模块还包括：

2.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述引脚包括相接的弯折部和延伸部，所述弯折部收容于所述密封层，且其一侧端焊接于所述电路布线的引脚焊盘，另一端与所述延伸部相接。

3.如权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述延伸部为L形，其长边与所述弯折部相接。

4.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述基板的上表面、下表面均铺设有所述密封层。

5.如权利要求1或4所述的智能功率模块，其特征在于，所述基板的侧面铺设有所述密封层。

6.如权利要求1或2所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括邦线，邦线连接在所述电路元件之间、电路布线之间、电路元件与电路布线之间。