CN206497888U - 智能功率模块及电力电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能功率模块及电力电子设备，其中，智能功率模块包括：电路基板，电路基板的上表面设置有电路布线，电路基板的下表面形成有第一凸起部；多个器件引脚，器件引脚与电路布线电连接；多个元器件，多个元器件倒装在电路布线上；封装外壳，完全包覆电路基板的上表面、电路基板的下表面中除第一凸起部外的部分、电路布线和多个元器件，其中，封装外壳在多个元器件中的功率器件位置处形成有凹槽，第一凸起部与功率器件相对设置，第一凸起部的顶侧面裸露，形成封装外壳的一部分，器件引脚自封装外壳的内侧向外侧伸出；散热组件，设置在凹槽中，散热组件用于对功率器件进行散热。

Description

智能功率模块及电力电子设备

技术领域

本实用新型涉及智能功率模块技术领域，具体而言，涉及一种智能功率模块和一种电力电子设备。

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(Microcontroller Unit，微控制器)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。

图1A是所述智能功率模块100的俯视图。

图1B是图1A的X-X’线剖面图。

图1C是图1A中引脚的连接的示意图。

下面参照图1A、图1B和图1C说明现有智能功率模块100的结构。

上述智能功率模块100具有如下结构，其包括：电路基板106；设于电路基板106表面上的绝缘层107上形成的电路布线108；被固定在电路布线108上的电路元件104；连接电路元件104和电路布线108的金属线105；与电路布线108连接的引脚101，所述引脚101边缘存在未电镀的缺口103，其余部分被电镀层覆盖；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的制造方法是：

将铝材形成适当大小作为所述电路基板106，在所述电路基板106表面上设置所述绝缘层107并在所述绝缘层107上形成铜箔，通过刻蚀使铜箔形成所述电路布线108；

在所述电路布线108的特定位置涂装锡膏；

将铜材形成适当形状，并进行表面镀层处理，作为所述引脚101，为了避免所述电路元件104在后续加工工序中被静电损伤，如图1C所示，所述引脚101的特定位置通过加强筋109相连；

在锡膏上放置所述电路元件104和所述引脚101；

通过回流焊使锡膏固化，所述电路元件104和所述引脚101固定在所述电路布线108上；

通过喷淋、超声等清洗方式，清除残留在所述电路基板106上的助焊剂；

通过邦定线，使所述电路元件104和所述电路布线108间形成连接；

通过使用热塑性树脂的注入模模制或使用热硬性树脂的传递模模制方式，将上述要素密封；

将所述引脚101的加强筋109切除并形成所需的形状，在此，所述加强筋109被切除后，通过测试设备进行必要的测试，测试合格者就成为所述智能功率模块100。

所述智能功率模块100一般会工作在恶劣的工况中，如全直流变频空调的室外机，高温高湿的状态下，高温会使所述智能功率模块100内部温度升高，对于现行智能功率模块100被所述密封树脂102完全密封的结构，所述智能功率模块100内部非常容易产生热积聚，高温会使水气通过所述密封树脂102与所述引脚101之间的间隙进入所述智能功率模块100的内部电路，所述智能功率模块100内部的高温使离子，特别是氯离子和溴离子在水气的作用下发生迁移，对所述金属线105产生腐蚀，这种腐蚀往往出现在所述金属线105与所述电路元件104或所述金属线105与所述电路布线108的结合部，导致开路，对所述智能功率模块100构成致命破坏，严重时会使所述智能功率模块100发生失控爆炸事故，对其应用环境构成损害，造成重大经济损失。

另外，邦线的线弧高度影响到所述密封树脂102的厚度，所述密封树脂102的厚度越厚，散热性越差，对于所述电路元件104中的发热元件，如果热量不能得到及时散失，会导致所述电路元件104的结温超过工作结温，并且通过耦合使其他非发热电路元件受到波及，引起连锁反应，导致模块性能衰减甚至失控。

而如果半包封的模块结构，虽然能提高散热性，但是却降低了水密性和气密性，更容易引起所述金属线105的腐蚀。

另外，所述智能功率模块100有不同功率的器件，对于不同功率的器件，所述金属线105的材质和粗细各不相同，增加了所述智能功率模块100的加工难度，购买不同的邦线设备还增加了加工成本，并且，多种邦线工艺的组合使所述智能功率模块100的制造直通率变低，生产良率难以提高。最终导致所述智能功率模块100的成本居高不下，特别是对于中小功率的风机用智能功率模块，对成本的要求特别苛刻，影响了所述智能功率模块的普及应用。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出了一种新的智能功率模块。

本实用新型的另一个目的在于提出了一种电力电子设备。

为实现上述目的，根据本实用新型的第一方面的实施例，提出了一种智能功率模块，包括：电路基板，所述电路基板的上表面设置有电路布线，所述电路基板的下表面形成有第一凸起部；多个器件引脚，所述器件引脚与所述电路布线电连接；多个元器件，所述多个元器件倒装在所述电路布线上；封装外壳，完全包覆所述电路基板的上表面、所述电路基板的下表面中除所述第一凸起部外的部分、所述电路布线和所述多个元器件，其中，所述封装外壳在所述多个元器件中的功率器件位置处形成有凹槽，所述第一凸起部与所述功率器件相对设置，所述第一凸起部的顶侧面裸露，形成所述封装外壳的一部分，所述器件引脚自所述封装外壳的内侧向外侧伸出；散热组件，设置在所述凹槽中，所述散热组件用于对所述功率器件进行散热。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过倒装方式使元器件，包括中小功率电路元件形成电连接，不再需要金属邦定线，节省了成本；将模块上的元素用树脂密封，最大限度提高抗水气进入效果，即使外部湿气内侵，因为已不存在金属线，已难以构成腐蚀。在功率器件的位置导热性较低的树脂特别薄并且外置导热性较高的散热组件，极大改善了功率器件的散热坏境，使功率器件可以工作在低结温下，使功率器件的降额使用成为可能，降低了智能功率模块的物料成本，另外，电路基板的下表面设置第一凸起部(即下表面采用阶梯式设计)，功率器件所在位置对应设置有台阶，且未被封装外壳密封，从而进一步提高智能功率模块的散热性。而电路基板下表面除第一凸起部外的其他部分被封装外壳密封，更大程度上的保证智能功率模块的致密性。

根据本实用新型的上述实施例的智能功率模块，还可以具有以下技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述第一凸起部的高度为0.5毫米。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，第一凸起部的高度优选为0.5毫米，当然，还可以根据设计需求对第一凸起部的高度做适当调整。

根据本实用新型的一个实施例，所述电路布线包括引脚焊盘，所述器件引脚安装在所述引脚焊盘上。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，器件引脚可以是一个个单独的引脚，器件引脚固定在引脚焊盘上，制造过程中无需切除加强筋的工序，能够降低对智能功率模块的系统性冲击，当然，引脚也可以是整排的形式，便于引脚的安装。

根据本实用新型的一个实施例，还包括：焊接层，设置在所述电路布线层与所述多个元器件之间以及在所述引脚焊盘和所述器件引脚之间。

根据本实用新型的一个实施例，所述散热组件粘接在所述凹槽中。

根据本实用新型的实施例的智能模块，散热组件可通过粘胶粘接在凹槽中，其中，粘胶可以是硅胶或其他胶。

根据本实用新型的一个实施例，所述散热组件包括散热片。

根据本实用新型的一个实施例，所述散热片的高度与所述凹槽的深度相同，所述散热片的顶部形成所述封装外壳表面的一部分。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，散热片的高度与凹槽的深度相同，以确保散热片在放入凹槽后，散热片的顶部可与封装外壳表面相平且裸露。

根据本实用新型的一个实施例，还包括：合金层，设于所述器件引脚的表层，所述合金层的厚度范围为0.1～10微米。

根据本实用新型的实施例的智能功率模块，通过在引脚的表层设置合金层，既降低引脚被腐蚀的可能性，又可提高引脚在焊接过程的粘附性。其中，合金层可以包括0.1微米的镍层，可以采用电镀或化学镀的方式形成镍层，其具备较强的钝化能力，能够抵抗大气、碱性物质和酸性物质的腐蚀，降低引脚被腐蚀断路的可能性，且镍层有助于提高引脚的焊接性。

根据本实用新型的一个实施例，所述合金层的厚度为5微米。

根据本实用新型的一个实施例，所述电路布线的厚度大于或等于0.07毫米。

根据本实用新型的第二方面的实施例，提出了一种电力电子设备，包括：如上述实施例中任一项所述的智能功率模块。

根据本实用新型的一个实施例，所述电力电子设备包括空调器。

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1A是智能功率模块100的俯视图；

图1B是图1A的X-X’线剖面图；

图1C是图1A中引脚的连接的示意图；

图2A示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的上表面俯视图；

图2B是图2A的X-X’线剖面图；

图2C是图2A中元器件去除树脂(封装外壳)后的俯视图；

图2D示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的下表面俯视图；

图3A示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的制备方法中制备电路基板的俯视图；

图3B示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的制备方法中制备电路基板的侧视图；

图4A示出了根据本实用新型的一个实施例的智能功率模块的制备方法中制备引脚的结构示意图；

图4B示出了根据本实用新型的另一个实施例的智能功率模块的制备方法中制备引脚的结构示意图；

图5A示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的制备方法中装配元器件和引脚的侧视工序示意图；

图5B示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的制备方法中装配元器件和引脚的俯视工序示意图；

图6示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的制备方法的密封工序示意图；

图7示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的制备方法的检测工序示意图；

图8示出了根据本实用新型的实施例的智能功率模块的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

以下结合图2A至图2D、图3A、图3B、图4A、图4B、图5A、图5B、图6、图7和图8对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图2A至图2D所示，智能功率模块200包括：电路基板202，所述电路基板202的上表面设置有电路布线204(具体地，电路基板上还设置有绝缘层214，绝缘层214形成于电路基板202的上表面，所述电路布线204位于所述绝缘层214上)，所述电路布线204位于所述绝缘层214上)，所述电路基板202的下表面形成有第一凸起部2022；多个器件引脚206，所述器件引脚206与所述电路布线204电连接；多个元器件208，所述多个元器件208倒装在所述电路布线204上；封装外壳210，完全包覆所述电路基板202的上表面、所述电路基板202的下表面中除所述第一凸起部2022外的部分、所述电路布线204和所述多个元器件208，其中，所述封装外壳210在所述多个元器件208中的功率器件2082位置处形成有凹槽，所述第一凸起部2022与所述功率器件2082相对设置，所述第一凸起部2022的顶侧面裸露，形成所述封装外壳210的一部分，所述器件引脚206自所述封装外壳210的内侧向外侧伸出；散热组件212，设置在所述凹槽中，所述散热组件212用于对所述功率器件2082进行散热。

通过倒装方式使元器件，包括中小功率电路元件形成电连接，不再需要金属邦定线，节省了成本；将模块上的元素用树脂密封，最大限度提高抗水气进入效果，即使外部湿气内侵，因为已不存在金属线，已难以构成腐蚀。在功率器件的位置导热性较低的树脂特别薄并且外置导热性较高的散热组件，极大改善了功率器件的散热坏境，使功率器件可以工作在低结温下，使功率器件的降额使用成为可能，降低了智能功率模块的物料成本，另外，电路基板的下表面设置第一凸起部(即下表面采用阶梯式设计)，功率器件所在位置对应设置有台阶，且未被封装外壳密封，从而进一步提高智能功率模块的散热性。而电路基板下表面除第一凸起部外的其他部分被封装外壳密封，更大程度上的保证智能功率模块的致密性。

根据本实用新型的上述实施例的智能功率模块200，还可以具有以下技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述第一凸起部2022的高度为0.5毫米。

第一凸起部的高度优选为0.5毫米，当然，还可以根据设计需求对第一凸起部的高度做适当调整。

根据本实用新型的一个实施例，所述电路布线204包括引脚焊盘2042，所述器件引脚206安装在所述引脚焊盘2042上。

器件引脚可以是一个个单独的引脚，器件引脚固定在引脚焊盘上，制造过程中无需切除加强筋的工序，能够降低对智能功率模块的系统性冲击，当然，引脚也可以是整排的形式，便于引脚的安装。

根据本实用新型的一个实施例，还包括：焊接层(图中未示出)，设置在所述电路布线层204与所述多个元器件208之间以及在所述引脚焊盘2042和所述器件引脚206之间。

根据本实用新型的一个实施例，所述散热组件212粘接在所述凹槽中。

散热组件可通过粘胶粘接在凹槽中，其中，粘胶可以是硅胶或其他胶。

根据本实用新型的一个实施例，所述散热组件212包括散热片。

根据本实用新型的一个实施例，所述散热片的高度与所述凹槽的深度相同，所述散热片的顶部形成所述封装外壳表面的一部分。

散热片的高度与凹槽的深度相同，以确保散热片在放入凹槽后，散热片的顶部可与封装外壳表面相平且裸露。

根据本实用新型的一个实施例，还包括：合金层(图中未示出)，设于所述器件引脚的表层，所述合金层的厚度范围为0.1～10微米。

通过在引脚的表层设置合金层，既降低引脚被腐蚀的可能性，又可提高引脚在焊接过程的粘附性。其中，合金层可以包括0.1微米的镍层，可以采用电镀或化学镀的方式形成镍层，其具备较强的钝化能力，能够抵抗大气、碱性物质和酸性物质的腐蚀，降低引脚被腐蚀断路的可能性，且镍层有助于提高引脚的焊接性。

根据本实用新型的一个实施例，所述合金层的厚度为5微米。

根据本实用新型的一个实施例，所述电路布线204的厚度大于或等于0.07毫米。

实施例一：

根据本实用新型的实施例的智能功率模块200的制备方法，包括：在电路基板202的上表面形成电路布线204以及在所述电路基板202的下表面形成第一凸起部2022，其中，所述电路布线204包括引脚焊盘2042；形成多个器件引脚206；在所述电路布线204上倒装元器件208，以及在所述引脚焊盘2042上焊接所述器件引脚206；对形成有所述电路布线204、所述元器件208及所述器件引脚206的所述电路基板202进行封装，以形成封装外壳210，其中，所述封装外壳210完全包覆所述电路基板202的上表面、所述电路基板202的下表面中除所述第一凸起部2022外的部分、所述电路布线204和所述元器件208，所述封装外壳210在所述元器件208中的功率器件2082位置处形成有凹槽，所述第一凸起部2022与所述功率器件2082相对设置，所述第一凸起部2022的顶侧面裸露，形成所述封装外壳210的一部分，所述器件引脚206自所述封装外壳210的内侧向外侧伸出；在所述凹槽中安装散热组件212。

在制造智能功率模块过程中，元器件直接倒装在电路布线上，免去了金属线邦定和清洗工序，进一步提高了智能功率模块的可靠性，而且还节省了设备投入，提高了生产效率，降低了工艺管控要求，使智能功率模块的制造难度大幅下降，制造良率得到提高，进一步降低了智能功率模块的成本，功率器件对应的散热片外置处理，不再对焊接空洞率提出要求，降低了对焊接设备技术要求和工艺管控要求，进一步降低智能功率模块的制造成本，另外，电路基板的下表面设置第一凸起部(即下表面采用阶梯式设计)，功率器件所在位置对应设置有台阶，且未被封装外壳密封，从而进一步提高智能功率模块的散热性。而电路基板下表面除第一凸起部外的其他部分被封装外壳密封，更大程度上的保证智能功率模块的致密性。

根据本实用新型的上述实施例的智能功率模块的制备方法，还可以具有以下技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述在电路基板的上表面形成电路布线的步骤，具体包括：采用冲压工艺或刻蚀工艺在所述电路基板202的上表面形成所述电路布线204。

根据本实用新型的一个实施例，所述在所述电路基板的下表面形成第一凸起部的步骤，具体包括：采用刻蚀工艺对所述电路基板202的下表面进行部分刻蚀，以使所述电路基板202的下表面形成表面粗糙的凹陷，其中，所述电路基板202的下表面中未被刻蚀的部分形成所述第一凸起部2022，所述第一凸起部2022的高度为0.5毫米。

在制备第一凸起部的过程中，电路基板的下表面的其他部被刻蚀成粗糙的凹陷，以便后续对密封过程中，提高金属材料与高分子材料的结合力，降低了对塑封参数的要求，减小了塑封的难度，更大程度上的提高了智能功率模块的致密性。其中，第一凸起部的高度优选为0.5毫米，当然，还可以根据设计需求对第一凸起部的高度做适当调整。

根据本实用新型的一个实施例，所述在所述电路布线上倒装元器件，以及在所述引脚焊盘上焊接所述器件引脚的步骤，具体包括：采用锡膏印刷机及钢网在所述电路布线204形成焊接层，其中，包括在所述引脚焊盘2042上形成所述焊接层；将所述元器件208通过所述焊接层倒装在所述电路布线204上；将所述器件引脚206的一端通过所述焊接层组装至所述引脚焊盘2042上。

可采用锡膏印刷机及钢网在电路布线形成焊接层，也即对电路布线的特定位置进行锡膏涂装，钢网的厚度可选用0.13毫米。

根据本实用新型的一个实施例，所述对形成有所述电路布线、所述元器件及所述器件引脚的所述电路基板进行封装，以形成封装外壳的步骤，具体包括：在无氧环境中，采用目标烘烤温度对形成有所述电路布线204、所述元器件208及所述器件引脚206的所述电路基板202进行持续目标时长的烘烤；将烘烤后的形成有所述电路布线204、所述元器件208及所述器件引脚206的所述电路基板202放置于塑封模具中，其中，所述塑料模具包括上模和下模，所述上模形成有第二凸起部，所述元器件208中的功率器件2082位于所述第二凸起部下方、且与所述第二凸起部之间存有间隙；通过所述塑封模具的浇口注入密封树脂，以形成所述封装外壳210，其中，所述封装外壳210基于所述第二凸起部形成所述凹槽。

目标烘烤温度可选用125℃，目标时长大于或等于2小时，可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来进行密封，上模的第二凸起部与功率器件的距离比较近，需要适当调高注塑压力，由于不存在邦定线，不存在冲线的风险，所以注塑压力的调高不影响智能功率模块的品质。

根据本实用新型的一个实施例，所述在所述凹槽中安装散热组件的步骤，具体包括：向所述凹槽中注入粘胶，并将所述散热组件212镶嵌在所述凹槽中。

粘胶可以是硅胶或其他胶，散热组件的高度可与凹槽的深度相同，以确保散热组件在放入凹槽后，散热组件的顶部可与封装外壳表面相平且裸露。

其中，电路基板202是采用1050、5052等材质的铝构成的矩形板材。在此，为了降低成本，可以使用1050的铝材，为了提高硬度，可以选择5052的铝材；为了提高耐压和硬度，可以对铝材进行阳极氧化处理，为了提高散热性，也可以不作阳极氧化。电路基板102的厚度可以设计为1.5毫米～2.0毫米。通过打磨、激光刻蚀等方法，在所述电路基板202的背面的特定位置进行打磨或刻蚀，使未打磨或刻蚀的部分突出，形成所述第一凸起部2022，而经过打磨或蚀刻的部分表面粗糙，所述第一凸起部2022的高度为0.5mm左右。

位于所述电路基板202其中一个表面(本实施例中以上表面为例进行说明)的绝缘层214是可以设计为厚度100微米～200微米，使用稳态热流法测得的热导率应在2W/(m×K)～3W/(m×K)为宜，在此，为了节省成本并提高导热性，可以绝缘层214的厚度选择100微米，为了提高耐压，可以选择200微米的厚度，绝缘层214的厚度一般不应超过200微米，在此，绝缘层的厚度选择得越厚，热导率应该相应选择得越高。

所述电路布线204由厚度为2盎司以上的铜材通过冲压或刻蚀的形式制作而成，为了防止氧化，所述电路布线204的上表面可以进行镀金处理，为了成本，所述电路布线204的上表面也可以进行镀银处理，或者通过真空或充氮包装进行运输，上表面不作处理。

在此，所述电路布线204的至少一个边缘上，有用于配置下述引脚的特殊的电路布线，称为引脚焊盘2042。

所述元器件208被倒装固定在所述电路布线204上。所述元器件208采用晶体管或二极管等有源元件、或者电容或电阻等无源元件，另外，还具有功率元件等发热量大的IGBT(Insulated Gate Bipolar Translator，绝缘栅门极晶体管)、FRD(Fast Recovery Diode，快速恢复二极管)、MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)场效应管等，在此，这些功率元件一般不应超过5A/600V的额定工作电流和电压，并且使用平面结构，如IGBT管，必须使用LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Translator，横向绝缘栅门极晶体管)。在此，这些功率器件与所述第一凸起部2022对应设置在所述电路基板202的两面。

所述引脚206被固定在所述引脚焊盘2042上。

在此，设计成一边上设有多条引脚206，其具有例如与外部进行输入、输出的作用。引脚206和引脚焊盘2042通过焊锡等导电性粘结剂焊接。

所述引脚206一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5微米，镀层可保护铜不被腐蚀氧化，并可提高可焊接性。

所述封装外壳(可为树脂材料)210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，所述封装外壳210完全密封电路布线204的一面上的所有元器件208，包括功率元件2082；在此，所述电路基板202下表面的所述第一凸起部2022未被所述封装外壳210覆盖，使智能功率模块的散热能力得以提高；在此，所述电路基板202的下表面粗糙部分也被所述树脂覆盖，因为表面粗糙，所以这部分电路基板和树脂间有极佳的结合力，使智能功率模块的耐潮湿能力得以提高；在此，因为所述功率元件2082也被所述封装外壳210完全密封，所以，所述封装外壳210一般应该选择角型结晶较多的材料，以提高其热导率，可以考虑选择松下的3300系列或日立的3600系列；另外，为了保证所述智能功率模块的可靠性，所述封装外壳210的漏电起痕能力不应低于500V；在此，所述封装外壳210密封智能功率模块正面的部分不是规则平坦的，而是在覆盖功率元件2082的位置存在凹陷，使所述封装外壳210密封这些特定功率元件2082的部分非常薄；在凹陷的位置配置有金属散热片212，所述金属散热片212的高度与凹陷的深度一致，所以所述散热片212镶嵌到凹陷后，所述散热片212的顶部与所述封装外壳210的顶部相平，所述金属散热片212可使用表面镀镍的铜材，也可以使用表面阳极氧化的铝材。

实施例二：

如图8所示，智能功率模块200的制备方法包括：

(1)步骤802，在大小合适的铜板上形成电路布线

如图3A和3B所示，根据需要的电路布局设计大小合适的电路基板202，对于一般的智能功率模块，一枚的大小可选取50mm×25mm，三枚的短边相连的大小为50mm×75mm，形成一个由三枚智能功率模块金属电路基板202组成的三联板单元，对两面进行防蚀处理。在铝基板的表面上设有绝缘层214。另外，在绝缘层214的表面粘贴有作为电路布线204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，形成所述电路布线204及所述引脚焊盘2042。

在此，大小合适的铝基板的形成是通过直接对1m×1m的铝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，锣刀与铝材平面呈直角下刀，可以使1100铝材的边缘呈直角，毛刺小于10微米，也可通过蚀刻工具，通过化学反应刻蚀出特定的形状，也可以通过V-CUT和冲压的方法形成特定形状。最后，将三联板单元通过冲压的方式分开，得到具有所述绝缘层214和所述电路布线204的所述电路基板202。

在此，使用激光刻蚀的方法，通过一定能量的激光和一定的步距，对所述电路基板202的背面的铝进行刻蚀，被激光刻蚀调的铝粉必须使用吸尘器等迅速吸掉避免扩散引起爆炸，而所述电路基板202被刻蚀后将形成表面粗糙的凹陷，未被刻蚀部分则形成第一凸起部2022。

在对抗氧化和硬度要求很高的场合，可以通过电镀金或化学沉金的方式，在所述电路布线204表面形成金层。

在此，用于制造所述电路布线204的铜板的厚度应该不小于2盎司，保证有足够的电流通流能力。

在此，有时也用V-CUT+冲压方式将所述三联板单元分开，先进行V-CUT，使型材连接的厚度减薄，可避免所述绝缘层214在冲压时发生裂损和形变，从而提高智能功率模块的可靠性。

在此，因为不再需要邦定线工序，所述电路布线204上也不再具备邦定点，因此，对于相同的电路功能，所述电路基板202的面积可以缩小，现有技术的电路基板大小一般设计为64mm×30mm，而本实施例的电路基板设计为50mm×25mm，体现了不需要邦定线后的小型化效果。

(2)步骤804，制成独立的带镀层的引脚

如图4A所示，每个引脚206都是用铜基材，制成长度C为25毫米，宽度K为1.5毫米，厚度H为1毫米的长条状；在此，为便于装配，如图4B所示，在其中一端压制出一定的弧度。

然后，通过化学镀的方法形成镍层：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微米；

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微米，镍层的形成极大提高了可焊性；到此，所述引脚206制造完成。

在此，本实施例中的引脚206是一个个单独的引脚，引脚206被固定在的所述电路布线204仅通过树脂部分包裹固定，抗冲击强度有限，单独的引脚避免了切除加强筋的工序，能够降低对智能功率模块的系统性冲击。当然，为了引脚装配方便，可仍使用整排引脚的形式。

(3)步骤806，在电路布线表面倒装元器件和配置引脚

本工序是在所述电路布线204表面倒装所述元器件208和配置所述引脚206的工序。

如图5A和图5B所示，首先，制作出底板50，所述底板50可以使用高强度的不锈钢制作而成，也可考虑使用合成石作为材料，所述底板50在所述电路基板202的第一凸起部2022的位置有凹陷，使所述电路基板202的粗糙部分与所述底板50不具有凹陷的面贴合，使所述电路基板202的第一凸起部2022与所述底板50具有凹陷的面贴合。

其次，将制作好的电路布线204通过锡膏印刷机，使用钢网，对所述电路布线204的特定位置进行锡膏涂装，钢网可使用0.13mm的厚度。将在所述电路布线204上涂敷好锡膏的电路基板202放置在所述底板50上，通过SMT机或DA机等设备，进行元器件208和引脚206的安装，所述元器件208可直接倒装在所述电路布线204的特定位置，而引脚206则一端要安放在所述引脚焊盘2042上，另一端需要底板50进行固定。

然后，放于所述底板50上的所述电路基板202通过回流焊，锡膏固化，所述元器件208和所述引脚206被固定。在此，回流温度一般不超过300℃。

(4)步骤808，密封树脂密封电路基板

首先，在无氧环境中对固定有元器件208和引脚206的所述电路基板202进行烘烤，烘烤时间不应小于2小时，烘烤温度和选择125℃。

如图6所示，将所述电路基板202搬送到塑封模型中(塑封模型包括上模61及下模62)。通过使引脚206的特定部分与固定装置63接触、所述电路基板202的第一凸起部2022与所述下模62接触，所述引脚206进行所述电路基板202的前后定位、所述下模62进行所述电路基板202的上下定位。

合模时，在形成于塑料模具内部的模腔中放置电路基板202，然后由浇口64注入密封树脂。进行密封的方法可采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，自浇口64注入的密封树脂模腔内部的气体通过排气口65排放到外部；在此，所述上模61的特定位置有第二凸起部66，特定位置对应所述元器件208中的功率元件2082的位置，使所述上模61与功率元件2082的距离很近，注塑压力需要适当调高，因为本实施例中的智能功率模块无邦定线，不存在冲线的风险，所以注塑压力的调高不影响智能功率模块的品质。

在此，所述上模61不与模块产生接触，为了便于模块的模腔中的定位，有时也使用在所述上模61配置顶针的方式，对模块在模腔中的位置进行定位，在本实施例中，出于最大程度提高模块致密性考虑，未为上模61配置顶针，仅在下模62配置了顶针。

脱模后，所述散热组件212的表面和所述电路基板202底面粗糙部分被所述密封树脂完全包裹而所述第一凸起部2022裸露，如果所述密封树脂溢胶严重，可以通过追加一个激光除溢胶或研磨除溢胶的工序。

(5)步骤810，配置散热片、引脚成型和模块功能测试

本工序为进行所述散热片镶嵌、所述引脚成型和智能功率模块功能测试的工序

在前工序中，所述封装外壳210的上表面有凹陷，具有特定形状的金属散热片212预先准备好，为根据所述上模61突出的形状制作，可以考虑制作成比所述上模61的第二凸起部66的几何尺寸小0.1微米；在所述凹陷处注入硅胶，然后将所述散热片212安放在凹陷中，如果有硅胶溢出，可考虑增加清洁硅胶的工序，如果硅胶溢出不严重，一般不作清洁，硅胶的外露一般不会对智能功率模块的使用造成影响。

如图7所示，在前工序即传递模模装工序使除引脚206以外的其他部分都被树脂密封。本工序根据使用的长度和形状需要，例如，在虚线71的位置将外部引脚206折弯成一定形状，便于后续装配。

然后将智能功率模块放入测试设备中，进行常规的电参数测试，若所述引脚206相互独立，成型后可能会有部分引脚不在同一水平面上，影响接触，所以一般需要先进行测试机金手指与引脚的接触测试，如果接触测试不通过，需要对所述引脚206进行修调处理，直到接触测试通过后，再进行电气特性测试，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，完成本实施例的智能功率模块200。

以上结合附图详细说明了本实用新型的技术方案，本实用新型提出了一种新的智能功率模块、智能功率模块的制备方法及电力电子设备，通过倒装方式使元器件，包括中小功率电路元件形成电连接，不再需要金属邦定线，节省了成本；将模块上的元素用树脂密封，最大限度提高抗水气进入效果，即使外部湿气内侵，因为已不存在金属线，已难以构成腐蚀。在功率器件的位置导热性较低的树脂特别薄并且外置导热性较高的散热组件，极大改善了功率器件的散热坏境，使功率器件可以工作在低结温下，使功率器件的降额使用成为可能，降低了智能功率模块的物料成本，另外，电路基板的下表面设置第一凸起部(即下表面采用阶梯式设计)，功率器件所在位置对应设置有台阶，且未被封装外壳密封，从而进一步提高智能功率模块的散热性。而电路基板下表面除第一凸起部外的其他部分被封装外壳密封，更大程度上的保证智能功率模块的致密性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：

电路基板，所述电路基板的上表面设置有电路布线，所述电路基板的下表面形成有第一凸起部；

多个器件引脚，所述器件引脚与所述电路布线电连接；

多个元器件，所述多个元器件倒装在所述电路布线上；

封装外壳，完全包覆所述电路基板的上表面、所述电路基板的下表面中除所述第一凸起部外的部分、所述电路布线和所述多个元器件，其中，所述封装外壳在所述多个元器件中的功率器件位置处形成有凹槽，所述第一凸起部与所述功率器件相对设置，所述第一凸起部的顶侧面裸露，形成所述封装外壳的一部分，所述器件引脚自所述封装外壳的内侧向外侧伸出；

散热组件，设置在所述凹槽中，所述散热组件用于对所述功率器件进行散热。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一凸起部的高度为0.5毫米。

3.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述电路布线包括引脚焊盘，所述器件引脚安装在所述引脚焊盘上。

4.根据权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，还包括：

焊接层，设置在所述电路布线层与所述多个元器件之间以及在所述引脚焊盘和所述器件引脚之间。

5.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热组件粘接在所述凹槽中。

6.根据权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热组件包括散热片。

7.根据权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热片的高度与所述凹槽的深度相同，所述散热片的顶部形成所述封装外壳表面的一部分。

8.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，还包括：

合金层，设于所述器件引脚的表层，所述合金层的厚度范围为0.1～10微米。

9.根据权利要求8所述的智能功率模块，其特征在于，

所述合金层的厚度为5微米。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的智能功率模块，其特征在于，

所述电路布线的厚度大于或等于0.07毫米。

11.一种电力电子设备，其特征在于，包括：

如上述权利要求1至10中任一项所述的智能功率模块。

12.根据权利要求11所述的电力电子设备，其特征在于，所述电力电子设备包括空调器。