CN204558448U - 智能功率模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种智能功率模块，包括：散热器，散热器的上表面形成为平面；绝缘层，绝缘层设在散热器的上表面上；多个电路布线，多个电路布线间隔开设在绝缘层上；功率元件和非功率元件，功率元件和非功率元件分别设在多个电路布线上，功率元件和非功率元件分别通过金属线与电路布线电连接，散热器的下表面形成有与功率元件位置对应的散热区域，散热区域设有散热褶皱；多个引脚，多个引脚的一端分别与多个电路布线相连，另一端与外部相连；密封树脂，密封树脂完全密封多个电路布线，密封树脂覆盖散热器的上表面和散热区域之外的区域。根据本实用新型实施例的智能功率模块，提高了智能功率模块电性能和热稳定性，提高了水密性和气密性。

Description

智能功率模块
技术领域
本实用新型涉及电子器件技术领域，更具体地，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，并内藏有过电压、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。
由于智能功率模块一般工作在高温环境中，长期高温环境会严重降低智能功率模块的使用寿命，并且会影响智能功率模块性能的稳定性。尤其在极端情况下，会导致智能功率模块在工作过程中因内部器件过热而失控爆炸，造成人员伤亡和财产损失。
智能功率模块的功率器件在工作时会发出大量的热，导致功率器件的结温很高，虽然电路基板具有散热作用，但是因为绝缘层的存在，导致智能功率模块的整体热阻较高。并且，由于电路基板的导热，使功率器件的热量传递到其他器件中，使其他器件的电参数发生不可忽略的温飘。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种智能功率模块，所述智能功率模块的功率元件的散热性好，并且可以避免对非功率元件造成热干扰。
根据本实用新型实施例的智能功率模块，包括：散热器，所述散热器的上表面形成为平面；绝缘层，所述绝缘层设在所述散热器的上表面上；多个电路布线，多个所述电路布线间隔开设在所述绝缘层上；功率元件和非功率元件，所述功率元件和非功率元件分别设在多个所述电路布线上，所述功率元件和非功率元件分别通过金属线与所述电路布线电连接，所述散热器的下表面形成有与所述功率元件位置对应的散热区域，所述散热区域设有散热褶皱；多个引脚，多个所述引脚的一端分别与多个所述电路布线相连，另一端与外部相连；密封树脂，所述密封树脂完全密封多个所述电路布线，所述密封树脂覆盖所述散热器的上表面和所述散热区域之外的区域。
根据本实用新型实施例的智能功率模块，通过在散热器下表面的与功率元件对应的位置上设置散热褶皱，使功率元件的大部分热量被迅速散出而不传导到非功率元件，使非功率元件始终工作在低温环境中，非功率元件的温飘极大减小，提高了智能功率模块电性能和热稳定性，由于散热器的背面除了设置散热褶皱的部分也被密封树脂密封，大大提高了水密性和气密性，从而提高智能功率模块在复杂应用环境中的长期可靠性。
另外，该结构的智能功率模块极大地增加了智能散热模块的散热面积，使绝缘层无需使用高导热材料即可满足功率元件的散热要求，制造难度降低，智能功率模块在应用过程中，外部无需再接散热器，降低了应用难度和应用成本，提高了装配品质；该种结构在降低成本的同时提高了可靠性和可制造性，可设计成与现行智能功率模块的功能及引脚兼容，便于智能功率模块的推广应用。
另外，根据本实用新型实施例的智能功率模块，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本实用新型的一个实施例，所述散热器为湿式碳素复合材料功能纸质散热器。
根据本实用新型的一个实施例，所述散热器的表面设有防水处理层。
根据本实用新型的一个实施例，所述散热器与所述散热褶皱一体形成。
根据本实用新型的一个实施例，所述散热褶皱包括多个，多个所述散热褶皱之间间隔开设置。
根据本实用新型的一个实施例，所述散热褶皱包括多个，多个所述散热褶皱之间连续设置且任意一个所述散热褶皱的外周缘与所述散热器的下表面的外周缘之间间隔的距离大于1mm。
根据本实用新型的一个实施例，所述散热区域形成为突出于所述散热器的下表面向下延伸的凸台，所述散热褶皱设在所述散热区域的下表面上。
根据本实用新型的一个实施例，所述绝缘层为导热绝缘层，所述导热绝缘层内设有球形或角状的二氧化硅、氮化硅和碳化硅中的至少一种。
根据本实用新型的一个实施例，所述绝缘层的至少一侧的边缘设有多个焊垫，多个所述焊垫分别与多个所述电路布线一体形成。
根据本实用新型的一个实施例，多个所述引脚设在所述电路布线的一侧，多个所述引脚的一端分别与多个所述焊垫相连。
根据本实用新型的一个实施例，所述引脚为金属件，所述引脚的表面设有镍锡合金层。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1(A)是根据本实用新型一个实施例的智能功率模块的结构示意图；
图1(B)是图1(A)中沿线X-X’的截面图；
图1(C)是根据本实用新型另一个实施例的智能功率模块的结构示意图；
图1(D)是图1(C)中沿线X-X’的截面图；
图1(E)图1(C)中所示结构的俯视图，其中去掉了密封树脂；
图2是根据本实用新型实施例的智能功率模块的制造方法的流程图；
图3(A)是根据本实用新型实施例的智能功率模块的散热器的结构示意图；
图3(AA)是图3(A)中沿线X-X’的截面图；
图3(B)是图3(AA)中增加散热区域的结构示意图；
图3(C)是根据本实用新型实施例的智能功率模块的散热器上设置绝缘层和铜箔层的结构示意图；
图3(D)是图3(C)中所示结构中的铜箔层被腐蚀后的结构示意图；
图3(E)是图3(D)中沿线X-X’的截面图；
图3(F)是根据本实用新型实施例的智能功率模块的散热褶皱的结构示意图；
图3(G)是图3(E)中所示结构装配散热褶皱后的结构示意图；
图4(A)是根据本实用新型实施例的智能功率模块的多个引脚的结构示意图；
图4(B)是根据本实用新型一个实施例的智能功率模块的引脚的结构示意图；
图4(C)是根据本实用新型另一个实施例的智能功率模块的引脚的结构示意图；
图5(A)是根据本实用新型实施例的智能功率模块的电路布线在装配完成后的结构示意图；
图5(B)是图5(A)中所示结构的俯视图；
图6(A)是图5(A)中所示结构进行连接工序后的结构示意图；
图6(B)是图6(A)中所示结构的俯视图；
图7是图6(A)中所示结构添加密封树脂后的结构示意图；
图8是图7中所示结构进行引脚切断的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
下面结合附图详细描述根据本实用新型实施例的智能功率模块10。
参照图1(A)、图1(B)和图1(C)所示，根据本实用新型实施例的智能功率模块10包括散热器17、绝缘层21，多个电路布线18、功率元件19、非功率元件14、多个引脚11和密封树脂12。
具体而言，散热器17的上表面形成为平面，绝缘层21设在散热器17的上表面上。多个电路布线18间隔开设在绝缘层21上。功率元件19和非功率元件14分别设在多个电路布线18上，功率元件19通过金属线15与电路布线18电连接，非功率元件14通过金属线15与电路布线18电连接。
散热器17的下表面形成有与功率元件19位置对应的散热区域17B，散热区域17B设有散热褶皱17A。多个引脚11的一端与多个电路布线18相连，多个引脚11的另一端伸出智能功率模块10与外部其他部件相连。密封树脂12完全密封多个电路布线18,密封树脂12覆盖散热器17的上表面和散热区域17B之外的区域。
根据本实用新型实施例的智能功率模块10，通过在散热器17下表面的与功率元件19对应的位置上设置散热褶皱17A，使功率元件19的大部分热量被迅速散出而不传导到非功率元件14，使非功率元件14始终工作在低温环境中，非功率元件14的温飘极大减小，提高了智能功率模块10的电性能和热稳定性，由于散热器17的背面除了设置散热褶皱17A的部分也被密封树脂12密封，大大提高了水密性和气密性，从而提高智能功率模块10在复杂应用环境中的长期可靠性。
另外，根据本实用新型实施例的智能功率模块10，通过在绝缘层21的下方设置散热器17并在散热器17的下表面的散热区域17B设置散热褶皱17A，极大地增加了智能散热模块10的散热面积，使绝缘层21无需使用高导热材料即可满足功率元件的散热要求；同时，智能功率模块10在应用过程中，外部无需再接散热器，降低了应用难度和应用成本，提高了装配品质。该种结构在降低成本的同时提高了可靠性，并且可设计成与现行智能功率模块的功能及引脚兼容，便于智能功率模块10的推广应用。
散热器17的种类可形成为多种，例如，根据本实用新型的一些实施例，散热器17可由湿式碳素复合材料功能纸构成。实际制备时可由粉末和纤维状碳素材料复合加工成石墨质，材料可耐受350℃以上的高温并可根据需要折叠成任意形状，从而得到散热皱褶17A。由该种纸质材料构成的纸质散热器重量轻，智能功率模块10总体重量降低，便于长途运输和工人装配，降低了成本。
为了提高散热器17的抗腐蚀性和防水性能，散热器17的表面可进行防水处理，使散热器17的表面可形成防水处理层。
散热器17与散热褶皱17A可一体形成。其中，散热器17的形状平整、散热皱褶17A的形状不规则，以提高散热面积。散热褶皱的结构可形成为多种，例如，如图1(B)所示，散热褶皱可以形成为多个纵截面为空心倒三角的结构。
可以理解的是，散热器17和与散热皱褶17A也可以采用其它材料制造形成，例如，散热器17和与散热皱褶17A可以采用湿式碳素复合材料制造，其中，散热器17和与散热皱褶17A的厚度(沿上下方向延伸的尺寸)不同。为了增加机械强度，散热器17采用了较厚的湿式碳素复合材料，厚度可在1.2mm-1.8mm之间变化，例如，厚度可设计为1.5mm。为了降低成本和增加皱褶的密度，散热皱褶17A采用了较薄的湿式碳素复合材料，厚度可在0.3mm-0.7mm之间变化，例如，厚度可设计为0.5mm。
为方便描述，在此，散热器17的具有散热皱褶17A的一面可称为散热器17的背面，相对面可称为散热器17的表面。散热皱褶17A在散热器17上的布置结构可以有多种，可选地，根据本实用新型的一些实施例，散热褶皱17A包括多个，多个散热褶皱17A之间间隔开设置。
具体地，如图1(A)和图1(B)所示，功率元件19为多个且间隔开设在散热器17的上表面上，则散热器17下表面上的散热区域17B也为多个，多个散热区域17B间隔开设置且每个散热区域17B上分别设有散热皱褶17A。由此，多个散热区域17B之间间隔开设置，可以在一定程度上减少材料用量，降低成本。
在本实用新型的另一些具体实施方式中，散热褶皱17A包括多个，多个散热褶皱17A之间连续设置且任意一个散热褶皱17A的外周缘与散热器的下表面的外周缘之间间隔的距离大于1mm。
如图1(C)和图1(D)所示，也就是说，功率元件19为多个且间隔开设在散热器17的上表面上，散热器17下表面上的散热区域17B则为一个，一个散热区域17B完全覆盖了多个功率元件19所处的位置，并且散热褶皱17A在散热器17下表面上的正投影面积小于散热器17A下表面的面积。
散热褶皱17A的外周缘与散热器17的下表面的外周缘之间所间隔的距离大于1mm，即散热皱褶17A并不能完全覆盖散热器17的背面，而是在散热器17的背面的边缘流出至少1mm的平整位置。由此，该结构可以有效提高智能功率模块10的水密性和气密性。
根据本实用新型的一个实施例，散热区域17B形成为突出于散热器17的下表面向下延伸的凸台，散热褶皱17A设在散热区域17B的下表面上。也就是说，散热器17的上表面为平面，散热器17在安装散热皱褶17A的部位的厚度略高于不安装散热皱褶17A的部位的厚度。由此，通过设置散热区域17B，将该区域与不安装散热皱褶17A的区域区别开来，可以更好地在散热器17的下表面上设置密封树脂12。
如图1(B)或1(D)所示，密封树脂12的下表面可与散热器17的背面平齐设置。由此，散热褶皱17A不会被密封树脂12密封，从而不会影响到散热褶皱17A的散热性能。密封树脂12可通过传递模方式使用热硬性树脂模制成，也可通过注入模方式使用热塑性树脂模制成。在此，密封树脂12完全密封纸质散热器17上表面上的所有元素。
绝缘层21可以采用日东、日化、电化等厂家的绝缘材料。为了提高绝缘层21的导热性，绝缘层21可以为导热绝缘层，导热绝缘层内设有导热物质，导热物质可以为二氧化硅、氮化硅和碳化硅中的至少一种，二氧化硅、氮化硅和碳化硅可以为球形或角状。具体在制造时，可以在绝缘材料中可以加入二氧化硅、氮化硅、碳化硅等掺杂，并通过热压方式压合在散热器17的上表面。
电路布线18可以由铜等金属构成，形成于绝缘层21上的特定位置。根据功率需要，可设计成0.035mm或0.07mm等的尺寸的厚度。对于一般的智能功率模块10而言，优先考虑设计成0.07mm。在本实用新型的一个示例中，电路布线18采用了0.07mm的厚度。
另外，根据本实用新型的一些实施例，绝缘层21的至少一侧的边缘设有多个焊垫18A，多个焊垫18A分别与多个电路布线18一体形成。焊垫18A可以由电路布线18构成。如图1(E)所示，在绝缘层21的一侧的边缘设置了多个对准排列的焊垫18A。根据功能需要，也可在绝缘层21的多个边缘处设置多个对准排列的焊垫18A。
功率元件19和非功率元件14被固定在电路布线18上构成规定的电路。可选地，功率元件19可以采用IGBT管、高压MOSFET管、高压FRD管等元件，功率元件19通过金属线15与电路布线18等连接。非功率元件14可以采用集成电路、晶体管或二极管等有源元件、或者电容或电阻等无源元件。面朝上安装的有源元件等通过金属线15与电路布线18连接。
金属线15可以是铝线、金线或铜线等，通过邦定使各功率元件19之间、各非功率元件14之间以及各电路布线18之间建立电连接关系，有时还用于使引脚11和电路布线18、引脚11和功率元件19或者引脚11和非功率元件14之间建立电连接关系。
如图1(E)所示，智能功率模块10的一侧设有多个引脚11，多个引脚11的一端分别与多个焊垫18A相连。也就是说，引脚11被固定在设于由绝缘层21和电路布线18等构成的电路基板16的一个边缘的焊垫18A上，其具有例如与外部进行输入、输出的作用。其中，引脚11和焊盘18A可以通过焊锡等导电电性粘结剂焊接。引脚11可形成为金属件，引脚11的表面可以设有镍锡合金层。例如，引脚11可以采用铜等金属制成，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。
下面结合附图详细描述根据本实用新型实施例的智能功率模块的制造方法。
如图2所示，根据本实用新型实施例的智能功率模块的制造方法可以包括以下步骤：
S1：制造散热器和引脚，散热器的上表面形成为平面。
S2：在散热器的上表面上设置绝缘层，并在绝缘层的上表面上形成多个电路布线。
S3：在多个电路布线上分别设置多个功率元件和非功率元件，在每个电路布线上设置与外部相连的引脚，在散热器的下表面上与功率元件对应的位置设置散热区域，在散热区域上设置散热褶皱。
S4：用金属线连接功率元件、非功率元件和电路布线。
S5：烘烤所述散热器并模制密封树脂，并对引脚进行成型，得到智能功率模块。
本实用新型实施例的智能功率模块的制造方法的有益效果是：在纸质散热器上形成电路布线并完成有序加工，重量更轻的散热器对加工时所用载具要求低，定位容易，降低了制造成本，提高了过程合格率，省去了将功率元件贴装到内部散热器的工序，降低了设备投资费用。
采用以上方法制造的智能功率模块可为根据本实用新型上述实施例的智能功率模块10。其中，散热器可以为湿式碳素复合材料功能纸质散热器。
在步骤S2中，设置所述绝缘层的步骤为在绝缘材料中掺杂球形或角状的二氧化硅、氮化硅和碳化硅中的至少一种，然后热压在散热器的上表面上。在绝缘层的上表面上设置多个电路布线的同时，也可以设置多个焊垫。
在所述步骤S3中，在电路布线上设置好引脚后还可进一步对所述散热器进行清洗。
在步骤S5中，散热器进行烘烤的条件为：在在无氧环境中，烘烤时间大于2h，烘烤温度为110-140℃。
根据本实用新型的一些实施例，智能功率模块制造方法还可以包括步骤S6：对智能功率模块进行模块功能测试。其中，模块功能测试包括绝缘耐压、静态功耗和延迟时间测试。
以下结合附图进一步对采用上述制造方法制造根据本实用新型实施例的智能功率模块10的几个工序进行详细描述。
一、制造散热器和散热褶皱
具体而言，该工序为形成大小合适的湿式碳素复合材料形成纸质散热器17和散热皱褶17A的工序。
首先，参照图3(A)和图3(AA)，根据需要的电路布局设计大小合适的纸质散热器17。对于一般的智能功率模块，一枚的大小可选取64mm×30mm，厚度为1.5mm。
然后通过耐受温度在300℃以上的耐高温胶水，在上述64mm×30mm矩形纸质散热体的一面装配厚度为0.5mm的同材料矩形。在本实施例中，该矩形可设计成40mm×25mm，作为散热区域17B，如图3(B)所示。接着对两面进行如涂敷防水胶的防蚀、防水处理。
参考图3(C)，使用具有角形或球形掺杂的绝缘材料和铜材，通过同时热压的方式，使绝缘材料形成于纸质散热器17的表面并作为绝缘层21、铜材形成于绝缘层21表面作为铜箔层18B。在此，为了提高耐压特性，绝缘层21的厚度可以设计为110μm。为了提高散热特性，绝缘层21的厚度可以设计为70μm。为了提高通流能力，铜箔层18B的厚度可以设计成0.07mm。为了降低成本，铜箔层18B的厚度可以设计成0.035mm或0.0175mm。
参考图3(D)和沿图3(D)的X-X’线的截面图3(E)，将铜箔层18B的特定位置腐蚀掉，剩余部分为电路布线18及焊垫18A。
参考图3(F)，使用厚度为0.5mm的湿式碳素复合材料形成不规则形状，作为散热皱褶17A。对两面进行如涂敷防水胶的防蚀、防水处理。
参考图3(G)，使用耐受温度在300℃以上的耐高温胶水，将散热皱褶17A粘附在纸质散热器17的背面的散热区域17B，在此，散热皱褶17A不能完全覆盖纸质散热器17的背面，在纸质散热器17的背面的边缘需要流出至少1mm的平整位置。
二、制造引脚
该工序为制成独立的带镀层的引脚11的工序。
每个引脚11都是用铜基材，通过冲压或者蚀刻的方式，制成如图4(A)所示的一排引脚11。在本实施例中，引脚11由12个单独的引脚单元通过加强筋11A连接。如图4(B)所示，单独的引脚单元为长度C为25mm，宽度K为1.5mm，厚度H为1mm的长条状。为便于装配，也可以在引脚单元的一端压制出一定的弧度，如图4(C)所示。
然后通过化学镀的方法形成镍层。具体为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。由于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0.1μm。
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。合金层一般控制在5μm，合金层的形成极大提高了保护性和可焊性。
三、在电路布线上装配元器件
具体而言，该工序为在电路布线18表面装配功率元件19、非功率元件14和在焊垫18A表面装配引脚11的工序。
首先，通过锡膏印刷机，使用钢网，对绝缘层21上的电路布线18的特定位置和焊垫18A进行锡膏涂装。为了提高爬锡高度，可使用0.15mm厚度的钢网。为了降低功率器件19和非功率元件14移位的风险，可使用0.12mm厚度的钢网。本实施例中，使用的功率元件19的高度为0.07mm，为最轻的元器件，所以钢网厚度选择0.12mm厚度的钢网。
然后，参照侧视图图5(A)和俯视图图5(B)，进行功率元件19、非功率元件14和引脚11的安装。功率元件19和非功率元件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。在此，载具20需要进行底部镂空处理，使散热皱褶17A露出，纸质散热器17背面边缘至少1mm的未被散热皱褶17A覆盖的位置与载具20接触起支撑作用。
然后，放于载具20上的绝缘层21通过回流焊，以及锡膏固化，非功率元件14和引脚11被固定。在此，可选用溶解温度为280℃的锡膏。
四、清洗散热器
本工序是清洗纸质散热器17的工序。
首先将纸质散热器17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，根据非功率元件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，通过机械臂夹持引脚11，将纸质散热器17置于清洗槽中，并要注意不要让机械臂触碰纸质散热器17，因为纸质散热器17具有脆性并容易形变，如果机械臂夹持纸质散热器17，在清洗时产生的震动，容易造成纸质散热器17发生崩裂。
五、连接工序
本工序为使功率元件19、非功率元件14、散热器13和电路布线18间形成连接的工序。
根据通流能力需要，选择适当直径的铝线作为邦定线，对于用于信号控制的集成电路，也可考虑使用金线作为邦定线。在本实施例中，全部选择铝线，一般来说，对功率元件19的邦定使用350μm-400μm的铝线，对非功率元件14的邦定使用38μm-200μm的铝线，对散热器13的邦定使用350μm-400μm的铝线。
此工序完成后的制品参看侧视图图6(A)和俯视图图6(B)。
六、密封散热器
本工序是由密封树脂12密封纸质散热器17的工序。图7表示使用模具50由密封树脂12密封纸质散热器17的工序的剖面图。
首先，在无氧环境中对纸质散热器17进行烘烤，烘烤时间不应小于2小时，烘烤温度可选择125℃。
将配置好引脚11的纸质散热器17搬送到模型44及45。通过使引脚11的特定部分与固定装置46接触，进行纸质散热器17的定位。使散热区域17B与膜腔底部相平，也可在模腔底部安装高度为1mm的顶针，来确保高度不被设置得过低。
合模时，在形成于模具50内部的模腔中放置纸质散热器17，然后由浇口53注入密封树脂12。进行密封的方法可采用使用热硬性树脂的传递模模制或使用热硬性树脂的注入模模制。而且，对应自浇口53注入的密封树脂12模腔内部的气体通过排气口54排放到外部。
在此，纸质散热器17的背面紧贴在下模45上。为了加强贴合，也可在上模增加顶针，但仍会有少量密封树脂12进入到纸质散热器17的背面和下模45之间，因此，在脱模后，需要进行激光蚀刻或者研磨，将残留在纸质散热器17背面的少量密封树脂12去除，使纸质散热器17的背面从密封树脂12露出，而纸质散热器17的背面以上的部分被密封树脂12密封。
七、引脚成型、模块功能测试
参照图8所示，本工序是进行引脚11切筋成型并进行模块功能测试的工序，智能功率模块10经由此工序作为制品完成。
在前工序即传递模模装工序使除引脚11以外的其他部分都被树脂12密封。本工序根据使用的长度和形状需要，例如，在虚线51的位置将外部引脚11切断，有时还会折弯成一定形状，便于后续装配。
然后将模块放入测试设备中，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。利用上述工序，完成图1(A)至图1(C)所示的智能功率模块10。
由于根据本实用新型实施例的智能功率模块10的其他构成以及制造方法的其他操作步骤等对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：
散热器，所述散热器的上表面形成为平面；
绝缘层，所述绝缘层设在所述散热器的上表面上；
多个电路布线，多个所述电路布线间隔开设在所述绝缘层上；
功率元件和非功率元件，所述功率元件和非功率元件分别设在多个所述电路布线上，所述功率元件和非功率元件分别通过金属线与所述电路布线电连接，所述散热器的下表面形成有与所述功率元件位置对应的散热区域，所述散热区域设有散热褶皱；
多个引脚，多个所述引脚的一端分别与多个所述电路布线相连，另一端与外部相连；
密封树脂，所述密封树脂完全密封多个所述电路布线，所述密封树脂覆盖所述散热器的上表面和所述散热区域之外的区域。
2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热器为湿式碳素复合材料功能纸质散热器。
3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热器的表面设有防水处理层。
4.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热器与所述散热褶皱一体形成。
5.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热褶皱包括多个，多个所述散热褶皱之间间隔开设置。
6.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热褶皱包括多个，多个所述散热褶皱之间连续设置且任意一个所述散热褶皱的外周缘与所述散热器的下表面的外周缘之间间隔的距离大于1mm。
7.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热区域形成为突出于所述散热器的下表面向下延伸的凸台，所述散热褶皱设在所述散热区域的下表面上。
8.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述绝缘层为导热绝缘层，所述导热绝缘层内设有球形或角状的二氧化硅、氮化硅和碳化硅中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述绝缘层的至少一侧的边缘设有多个焊垫，多个所述焊垫分别与多个所述电路布线一体形成。
10.根据权利要求9所述的智能功率模块，其特征在于，多个所述引脚设在所述电路布线的一侧，多个所述引脚的一端分别与多个所述焊垫相连。
11.根据权利要求10所述的智能功率模块，其特征在于，所述引脚为金属件，所述引脚的表面设有镍锡合金层。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016150391A1 (zh) * 2015-03-23 2016-09-29 广东美的制冷设备有限公司 智能功率模块及其制造方法
US10615155B2 (en) 2015-03-23 2020-04-07 Gd Midea Airconditioning Equipment Co., Ltd. Intelligent power module and manufacturing method thereof
CN106601691A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 广东美的制冷设备有限公司 智能功率模块、智能功率模块的制备方法及电力电子设备

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