CN206610808U - 电路模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及一种电路模块。该模块包括：金属薄板、绝缘胶层、金属框架、多条引脚和保护层。绝缘胶层设置在金属薄板的上表面；绝缘胶层上设置有预设形状的凹陷；金属框架设置在凹陷中且金属框架与凹陷的形状相匹配；保护层与金属薄板形成密闭空间以密封绝缘胶层和金属框架；多条引脚设置在金属框架边缘的预设位置；每条引脚的一端设置在密闭空间内部与金属框架电连接，另一端设置在密闭空间的外部。本实用新型实施例中可以增加金属框架下部分相邻两条金属线之间的距离和介电常数，降低出现短路的可能性，且上述金属薄板下表面露出保护层外提高散热效果，降低热积聚现象。

Description

电路模块

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，具体涉及一种电路模块。

背景技术

电子电路在工作时会需要散热，较为明显的是电路模块。智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)是一种利用电力电子器件和集成电路输出预设电压和预设功率的功率驱动产品。实际应用中，智能功率模块与微控制单元(MicrocontrollerUnit，MCU)配合使用，即该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，另一方面将后续电路的检测信号反馈给MCU，以方便MCU调整控制信号。上述智能功率模块由于集成度高、可靠性高等优势在适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源(例如变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动、变频家电等)等领域得到广泛应用。

参照图1(A)和图1(B)示出了现有技术中智能功率模块100的结构。其中，图1(A)是智能功率模块100的俯视图，图1(B)是图1(A)的 X-X’方向的剖面图。

现有技术中智能功率模块100具有如下结构，其包括：电路基板 106、电路基板106表面上的绝缘层107、绝缘层之上的电路布线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、电路布线108连接的引脚101、引脚101边缘存在未电镀的缺口103(其余部分被电镀层覆盖)和密封该智能功率模块100整体的密封树脂102。

上述智能功率模块100的制造方法包括：

S1’，利用适当大小的铝材形成电路基板106；

S2’，在电路基板106表面上依次形成绝缘层107和铜箔层；

S3’，刻蚀铜箔层形成电路布线108；

S4’，在铜箔层的预设位置表面镀层形成引脚101；

S5’，为了避免电路元件104在后续加工工序中被静电损伤，引脚 101的预设位置通过加强筋109相连，参见图1(C)；

S6’，在电路布线108的预设位置涂装锡膏并固定电路元件104和引脚101；

S7’，清除残留在电路基板106上的助焊剂；

S8’，通过邦定线连接电路元件104和电路布线108；

S9’，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；

S10’，将引脚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，测试合格者就成为智能功率模块100。

在实现本实用新型技术方案的过程中，本实用新型的发明人发现：

由于智能功率模块100通常会工作较恶劣工况下，例如上述智能功率模块100应用于变频空调的室外机时，室外的高温高湿环境会使上述智能功率模块100内部温度升高。由于采用上述制造方法获得的智能功率模块100被密封树脂102完全密封，导致其内部容易热积聚并且水气会通过密封树脂102的分子间隙进入内部电路。在上述高温和水气的共同作用下，氯离子和溴离子引起电路腐蚀进而导致电路布线108底部的电路发生微短路。加之，上述电路布线108利用刻蚀方式形成，其底部宽度大于顶部宽度，即电路布线108中相邻两条布线之间底部最接近。密封树脂为高导热材料，内部掺杂颗粒很多，难以完全填充电路布线 108的底部，最终使智能功率模块100中电路布线108底部的电路微短路现象加剧，严重破坏智能功率模块100，严重时会使智能功率模块100 发生爆炸事故。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型实施例提供一种电路模块，以解决现有电路模块在恶劣工况时电路布线易发生短路影响其正常使用的问题。

本实用新型提供了一种电路模块，包括：金属薄板、绝缘胶层、金属框架、多条引脚和保护层；其中，

所述绝缘胶层设置在所述金属薄板的上表面；所述绝缘胶层上设置有预设形状的凹陷；

所述金属框架设置在所述凹陷中且所述金属框架与所述凹陷的形状相匹配；

所述保护层与所述金属薄板形成密闭空间以密封所述绝缘胶层和所述金属框架；

多条所述引脚设置在所述金属框架边缘的预设位置；每条所述引脚的一端设置在所述密闭空间内部与所述金属框架电连接，另一端设置在所述密闭空间的外部。

可选地，所述金属框架中每条金属线的侧面与其上表面垂直。

可选地，所述金属框架的上表面设置有镀金层或者镀银层。

可选地，上述电路模块还包括多个电路元件和多条导线；

多个所述电路元件设置在所述金属框架之上；多条所述导线连接多个所述电路元件与所述金属框架，或者连接两个所述电路元件。

可选地，所述凹陷与所述绝缘胶层的厚度之比不大于1：2。

由上述技术方案可知，本实用新型实施例提供的电路模块，在金属薄板上表面设置有绝缘胶层且该绝缘胶层上设置有预设形状的凹陷；然后将金属框架设置在上述凹陷中。这样增加了金属框架中相邻两条金属线之间的距离，即增加了任意相邻两条金属线之间的介电常数，降低了出现短路的可能性。再者，将保护层与金属薄板形成密闭空间以密封绝缘胶层和金属框架。由于凹陷具有一定的深度，这样，会增加保护层与凹陷之间的接触面积，进一步降低短路的可能性。另外，上述金属薄板的下表面露出保护层外，可以提高散热效果，降低电路模块中热积聚现象。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(A)～(C)示出了现有智能功率模块的具体结构；

图2(A)～(D)示出了本实用新型实施例提供的智能功率模块的具体结构；

图3示出了本实用新型实施例提供的一种制造图2所示电路模块的方法流程图；

图4(A)～(B)示出了金属框架的具体结构；

图5(A)～(B)示出了引脚的具体结构；

图6(A)～(C)示出了在金属框架上固定电路元件和引脚后的具体结构；

图7(A)～(B)示出了利用导线电连接金属框架和电路元件的具体结构；

图8示出了利用模具注入密封树脂形成保护层的具体结构；

图9示出了引脚折弯位置。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2(A)～(D)所示，本实用新型实施例提供了一种电路模块。其中，图2(A)示出了电路模块的俯视图；图2(B)示出了电路模块在X-X’方向的剖面图；图2(C)示出了电路模块Y-Y’方向的剖面图；图2(D)示出了电路模块的仰视图。该电路模块10包括：多条引脚11、保护层12、金属薄板16、绝缘胶层17和金属框架18。其中，

绝缘胶层17设置在金属薄板16的上表面；该绝缘胶层17上设置有预设形状的凹陷17A；

金属框架18设置在凹陷17A中且金属框架18与凹陷17A的形状相匹配；

保护层12与金属薄板16形成密闭空间以密封绝缘胶层17和金属框架18；

多条引脚11设置在金属框架18边缘的预设位置；每条引脚11的一端设置在密闭空间内部与金属框架18电连接，另一端设置在上述密闭空间的外部。

需要说明的是，本实用新型实施例中绝缘胶层17上凹陷17A的预设形状与金属框架18的形状相匹配。实际应用中，该凹陷17A的形状跟随该金属框架18的形状设置，且凹陷17A的宽度略大于金属框架18使其方便放入。本领域技术人员可以根据实际场景，设置凹陷17A的具体尺寸，本实用新型不作限定。

实际应用中，上述引脚11采用铜材料等导电材料制成。该引脚的表面设置一层镍锡合金层，且该镍锡合金层的厚度可以设置在5μm，可以保护引脚中间铜材料不被腐蚀氧化且方便焊接引脚11。本实用新型实施例中该引脚11可利用导电性粘结剂(例如锡材料)焊接在焊盘18A 上，用于该电路模块10内部与外部之间信号输入与输出。

实际应用中，上述保护层12采用密封树脂实现。例如密封树脂可以为热硬性树脂或者热塑性树脂。如图2(B)所示，该保护层12主要用于与金属薄板16的四个侧面和上表面形成密封空间，以保护密封空间内部的元器件。因此，本领域技术人员可以根据上述保护层12的具体功能选择合适的材料实现，本实用新型不作限定。

实际应用中，电路模块10在未设置引脚的两侧还设置有缺口13。该缺口13方便固定该电路模块。本领域技术人可以根据具体场景选择相应尺寸的缺口，本实用新型不作限定。

上述金属薄板16一方面用于承载绝缘胶层17，另一方面将密封空间内的热量散出。实际应用中，该金属薄板16可以采用铝板或者铜板制成，其厚度可以为500μm～1mm。例如，当金属薄板16采用铝板时，需要在该铝板的双面进行阳极氧化，这样可以提高其硬度。当然，为节省成本，也可以不阳极氧化。若不阳极氧化，则避免选择1系的铝。本领域技术人员可以根据具体场景进行选择，本实用新型不作限定。

上述绝缘胶层17一方面电绝缘金属薄板16和金属框架18，避免两者之间形成短路，另一方面该绝缘胶层17上设置凹陷17A。实际应用中，上述绝缘胶层17可以采用红胶实现，涂敷厚度可以为100μm。凹陷17A 的深度可以设置为40～50μm，剩下的50～60μm的厚度用于隔离金属框架 18和金属薄板16。也就是说，凹陷17A的深度与绝缘胶层17的厚度之比不大于1：2。这样将金属框架18置入凹陷17A中，该金属框架18的下半部分由绝缘胶层17隔开，增加了相邻两金属线底部之间的距离，这样提高了相邻两金属线之间的介电常数，可以避免出现相邻两金属线之间短路的可能性。本领域技术人员可以根据具体场景选择绝缘胶层17 的材料以及凹陷17A的深度，本实用新型不作限定。

上述金属框架18可以采用铜材料通过冲压或者切割制成，其厚度需要在5盎司以上。为防止氧化，该金属框架18的上表面设置有镀金层或者镀银层；当然也可以通过真空或充氮包装运输，此时该金属框架 18的上表面不作处理。可选地，该金属框架18中每条金属线的侧面与其上表面垂直设置。实际应用中，金属框架18的至少一个边缘上设置有焊盘18A。这样，引脚11可以通过焊盘18A与金属框架18电连接。

如图2(C)所示，上述电路模块10还包括多个电路元件14和多条导线15。其中，多个电路元件14设置在金属框架18之上；多条导线连接多个电路元件14与金属框架18。实际应用中，上述多个电路元件14 包括晶体管或者二极管等有源元件，和/或电容或电阻等无源元件。当然，上述电路元件14还可以包括散热器，设置在发热量较大的电路元件的旁边。上述多条导线15可以是铝线、金线或铜线，用于按照预设关系连接电路元件14与金属框架18，包括两个电路元件14，电路元件与金属框架18。实际应用中，导线15的粗细可以根据需要连接的电路元件的焊点、同流能力以及是否方便加工等因素进行设置。例如单根导线15的直径小于400不应大于400μm，不应小于15μm；而对于电路元件14中功率器件，使用多根直径为400μm的铝线并联连接；对于其他器件可使用单根38μm的铝线连接。

本实用新型实施例还提供了一种制造上述电路模块的方法，如图3 所示，包括：

S1、形成金属框架；所述金属框架中每条金属线的侧面与其上表面垂直；

S2、将多条引脚、多个电路元件分别固定到所述金属框架上，并利用多条导线使所述引脚、所述电路元件和所述金属框架之间形成预设关系的电连接；

S3、将上述金属框架固定在上表面设置有绝缘胶层的金属薄板上；所述绝缘胶层上设置有与所述金属框架形状相匹配的凹陷；

S4、形成与所述金属薄板成密封空间的保护层以密封所述绝缘胶层和所述金属框架。

为体现本实用新型实施例提供的制造方法的优越性，下面对上述各步骤作详细描述。

首先，介绍S1、形成金属框架；所述金属框架中每条金属线的侧面与其上表面垂直的步骤。

图4(A)～(B)示出了金属框架的具体结构。图4(A)示出了金属框架的俯视图；图4(B)示出了金属框架在X-X’方向剖面图。本实用新型实施例中可以采用铜板形成该金属框架18。

实际应用中，电路模块10的电路布局不应大于64mm×30mm。参见图4(A)～(B)，根据电路布局，采用合适规格的冲压模具在上述铜板上冲压出预设形状。或者，利用锣刀切割高速钢得到金属框架18。锣刀与上述高速钢的上表面呈直角，马达以5000转/分钟按照预设行程得到预设形状的金属框架18。当然，还可以采用蚀刻工具，通过化学反应刻蚀出预设形状的金属框架18。

需要说明的是，本实用新型实施例中上述金属框架18中每条金属线的侧面与其上表面垂直。也就是说，每条金属线的截面为矩形，而不是现有技术中上窄下宽的梯形。这样可以增加相邻两条金属线底部之间的距离，从而降低两条金属线短路的可能性。可理解的是，由于制作金属框架18的工艺的情况，可能作使上述矩形发生一定的变形。当然所制作的金属框架18同样可以达到本实用新型的预期效果，或者效果稍差一些。上述方案同样落入本实用新型实施例的保护范围。

实际应用中，在某些有较高的抗氧化要求，本实用新型通过电镀金或者化学沉金的方式在上述金属框架18的上表面形成镀金层，或者镀银层。

为获取更大的接触面积，本实用新型实施例中上述铜板的厚度应该不小于5盎司。本领域技术人员可以根据具体场景进行选择，本实用新型不作限定。

其次，介绍S2、将多条引脚、多个电路元件分别固定到所述金属框架上，并利用多条导线使所述引脚、所述电路元件和所述金属框架之间形成预设关系的电连接的步骤。

如图5(A)所示，本实用新型实施例利用铜板制成长度C为25mm，宽度K为1.5mm，厚度H为1mm的长条状的多条铜条。实际应用中，为方便装配，如图5(B)所示，本实用新型实施例中还将上述铜条的一端压制出一定的弧度。

接着利用化学镀工艺在多条铜条上形成镍层，具体包括：

将上述铜条置入镍盐和次亚磷酸钠形成的混合溶液(添加了适当的络合剂)中在其表面形成镍层，镀镍结晶极细小，镍层厚度一般为 0.1μm。由于金属镍具有很强的钝化能力且能迅速生成一层极薄的钝化膜，该钝化膜能够抵抗大气、碱和某些酸的腐蚀。

在室温下，将形成有镍层的铜条浸在带有正锡离子的镀液通电，这样在镍层表面形成镍锡合金层得到多条引脚。镍锡合金层的厚度一般设置在5μm，并且其能够保护铜条以及方便引脚的焊接。

需要说明的是，本实用新型实施例中所制作的引脚11单独设置。与现有技术中整排引脚的方案相比，可以避免切除加强筋的步骤，从而降低切除步骤对该电路模块10的冲击，提高了引脚11和电路模块的良率。

在制作引脚11之前、之后或者同时制作如图6(A)所示的底板19，该底板19可以使用表面光滑的耐高温且高强度的不锈钢材料制作。根据金属框架18的形状在不锈钢的上表面制作凹陷19A’。可理解的是，底板19上表面凹陷19A’的宽度略大于金属框架18对应位置的宽度，并且该凹陷19A’的深度约为0.5盎司。

将制作好的预设形状的金属框架18置入底板19中凹陷19A’中，利用锡膏印刷机以及钢网对该金属框架18的相应位置进行锡膏涂装。实际应用中，上述钢网的厚度为0.13mm。接着，利用SMT(Surface Mount Technology，表面组装技术)设备或者其他设备，如图6(B)所示，将电路元件14和引脚11安装到金属框架18上，得到如图6(C)所示的俯视图。之后，利用回流焊固化锡膏从而固定多个电路元件14和多条引脚11。

可理解的是，由于将金属框架18置入凹陷19A’中，利于凹陷19A’对该金属框架18进行定位，提高定位的准确度。

在电路元件14固定到金属框架18之后，将底板19以及金属框架18 放入清洗机中进行清洗，这样可以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。实际应用中，本领域技术人员可以根据电路元件14和金属框架18的排布密度，采用喷淋、超声或者其结合的方式清洗上述电路元件14和金属框架18。当然，还可以采用机械臂夹持上述底板19置于清洗槽中进行清洗。

清洗完成后，选择合适类型的导线15电连接金属框架18和多个电路元件14。导线15的粗细可以根据需要连接的电路元件的焊点、同流能力以及是否方便加工等因素进行设置。例如单根导线15的直径小于 400不应大于400μm，不应小于15μm；而对于电路元件14中功率器件，使用多根直径为400μm的铝线并联连接；对于其他器件可使用单根38 μm的铝线连接。导线15电连接电路元件14和金属框架18之后的具体结构参见图7(A)和图7(B)。

再次，介绍S3、将上述金属框架固定在上表面设置有绝缘胶层的金属薄板上；所述绝缘胶层上设置有与所述金属框架形状相匹配的凹陷的步骤。

参见图8，图8示出了电路模块10在Z-Z’方向上的剖面图。

1，在无氧环境中烧烤金属框架18不少于2小时。烧烤温度可选为 125℃。

2，在预设面积的金属薄板16的上表面涂敷绝缘胶层17。该金属薄板16的预设面积稍微大于金属框架18的面积；上述绝缘胶层17的面积应稍微大于金属框架18的面积但稍小于金属薄板16的面积。在上述绝缘胶层17上设置凹陷17A’。该凹陷17A’的宽度略大于金属框架18对应位置的宽度，并且该凹陷17A’的深度约为0.5盎司。涂敷完成后，将金属薄板16置入模具50的模腔44中。例如，采用机械手放置金属薄板16，保证其置入位置的准确度。

3，将金属框架18置入绝缘胶层17上的凹陷17A’中，即放入模腔 44和模腔45(参见图8，模腔44位于下部，模腔45位于上部)中。并且将多条引脚固定在固定装置46上以固定该金属薄板16。

最后，介绍S4、形成与所述金属薄板成密封空间的保护层以密封所述绝缘胶层和所述金属框架的步骤。

需要说明的是，本实用新型实施例步骤S4是在模具50的模腔中配置完成的。

合模时，从浇注口53注入密封树脂形成保护层12，然后将模腔内部的空气通过排气口54排放到外部。参见图8，该保护层12的边缘与金属薄板16接触。也就是说，保护层12与金属薄板16形成密封空间，从而保护电路元件14、导线15和金属框架18。此步骤即可完成电路模块 10的制造。

根据具体使用场景，本实用新型实施例将引脚11的一端折弯成一定形状，参见图9，折弯位置为虚线51处，方便后续装置。

需要说明的是，上述电路模块10制造完成后，为提高其良率，本实用新型实施例提供的制造方法还包括：

利用测试设备检测所述电路模块的电参数；所述电参数包括绝缘耐压、静态功耗和迟延时间中一种或组合。

实际应用中，将电路模块放入测试设备中测试常规的电参数。例如，电路模块10的多条引脚11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，因此先利用测试设置的金手指与引脚进行接触测试。若接触测试不通过，对引脚修调处理，直到接触测试通过。之后继续电气特性测试，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。本领域技术人员可以根据相应的使用场景调试电参数，本实用新型不作限定。

本实用新型实施例提供的智能功能模块，通过将金属框架中金属线的侧面与上表面垂直设置，然后在金属薄板上表面设置有绝缘胶层且该绝缘胶层上设置有预设形状的凹陷；然后将金属框架设置在上述凹陷中。这样增加了金属框架中相邻两条金属线之间的距离，即增加了任意相邻两条金属线之间的介电常数，降低了出现短路的可能性。另外，上述凹陷对金属框架进行定位，可以降低塑封时定位的难度，提高制造良率。再者，将保护层与金属薄板形成密闭空间以密封绝缘胶层和金属框架。由于凹陷具有一定的深度，这样，会增加保护层与凹陷之间的接触面积，进一步降低短路的可能性。上述金属薄板的下表面露出保护层外，可以提高散热效果，降低电路模块中热积聚现象。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，其本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种电路模块，其特征在于，包括：金属薄板、绝缘胶层、金属框架、多条引脚和保护层；其中，

所述绝缘胶层设置在所述金属薄板的上表面；所述绝缘胶层上设置有预设形状的凹陷；

所述金属框架设置在所述凹陷中且所述金属框架与所述凹陷的形状相匹配；

所述保护层与所述金属薄板形成密闭空间以密封所述绝缘胶层和所述金属框架；

多条所述引脚设置在所述金属框架边缘的预设位置；每条所述引脚的一端设置在所述密闭空间内部与所述金属框架电连接，另一端设置在所述密闭空间的外部。

2.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述金属框架中每条金属线的侧面与其上表面垂直。

3.根据权利要求1或2所述的电路模块，其特征在于，所述金属框架的上表面设置有镀金层或者镀银层。

4.根据权利要求3所述的电路模块，其特征在于，还包括多个电路元件和多条导线；

多个所述电路元件设置在所述金属框架之上；多条所述导线连接多个所述电路元件与所述金属框架，或者连接两个所述电路元件。

5.根据权利要求1所述的电路模块，其特征在于，所述凹陷与所述绝缘胶层的厚度之比不大于1：2。