CN210120129U - 智能功率模块及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了智能功率模块及空调器。该智能功率模块包括：金属基板；绝缘层，所述绝缘层设置在所述金属基板上，所述绝缘层包括多个依次层叠设置的亚层；布线层，所述布线层设置在所述绝缘层远离所述金属基板的一侧；器件层，所述器件层设置在所述布线层远离所述绝缘层的一侧，并与所述布线层电连接，其中，所述绝缘层中靠近所述金属基板一侧的第一亚层由绝缘材料构成，所述绝缘层中靠近所述布线层一侧的第二亚层由绝缘材料构成，所述第一亚层和所述第二亚层之间的至少一个亚层由陶瓷材料构成。由此，该智能功率模块具有良好的散热性以及热可靠性。

Description

智能功率模块及空调器

技术领域

本实用新型涉及电器制造领域，具体地，涉及智能功率模块及空调器。

背景技术

智能功率模块(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，应用在驱动风机、压缩机等设备的电控板上。目前，智能功率模块大多将功率元件、驱动电路及微控制单元(MCU)等集成于同一个基板上，具有较高的集成度。

然而，目前的智能功率模块及空调器仍有待改进。

实用新型内容

本实用新型是基于发明人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：

发明人发现，目前的智能功率模块存在使用性能较差的问题。具体的，智能功率模块中的器件层在工作过程中会散发大量的热量，且器件层产生的热量会沿器件层-绝缘层-金属基板的方向传导，而目前智能功率模块中绝缘层的材料通常为环氧树脂以及填充在环氧树脂中的导热绝缘颗粒，上述绝缘层的导热性能有限，在极端的工作环境下，填充导热绝缘颗粒的环氧树脂的缝隙会增大，使得绝缘层的绝缘电阻下降，导致智能功率模块失效或者损坏，无法正常使用。

本实用新型旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种智能功率模块。该智能功率模块包括：金属基板；绝缘层，所述绝缘层设置在所述金属基板上，所述绝缘层包括多个依次层叠设置的亚层；布线层，所述布线层设置在所述绝缘层远离所述金属基板的一侧；器件层，所述器件层设置在所述布线层远离所述绝缘层的一侧，并与所述布线层电连接，其中，所述绝缘层中靠近所述金属基板一侧的第一亚层由绝缘材料构成，所述绝缘层中靠近所述布线层一侧的第二亚层由绝缘材料构成，所述第一亚层和所述第二亚层之间的至少一个亚层由陶瓷材料构成。由此，该智能功率模块具有良好的散热性以及热可靠性。

在本实用新型的一些实施例中，所述绝缘层包括3个亚层，所述第一亚层和所述第二亚层之间具有第三亚层；和/或，所述第一亚层包括氮氧化铝绝缘层；和/或，所述第二亚层包括氧化铝绝缘层；和/或，所述第三亚层包括硼化锆陶瓷层。由此，第一亚层具有良好的绝缘性能，且与金属基板之间具有较强的结合力，第三亚层具有良好的导热性能，且与第一亚层之间具有较强的结合力，第二亚层具有良好的绝缘性能，且与第三亚层之间具有较强的结合力，三个亚层相互配合，使得绝缘层具有良好的电绝缘性能以及散热性能。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一亚层的厚度为1-3μm。将第一亚层的厚度设置在上述范围内，可使第一亚层具有较高的致密性，减少第一亚层中的孔洞以及裂缝，从而减少整个绝缘层的漏电通道。

在本实用新型的一些实施例中，所述第二亚层的厚度为0.5-1.5μm。将第二亚层的厚度设置在上述范围内，可使第二亚层具有较高的致密性，减少第二亚层中的孔洞以及裂缝，从而减少整个绝缘层的漏电通道，提高绝缘层的热可靠性。

在本实用新型的一些实施例中，所述第三亚层的厚度为1-2μm。将第三亚层的厚度设置在上述范围，可使第三亚层具有较高的致密性，减少第三亚层中的孔洞以及裂缝，从而减少整个绝缘层的漏电通道，同时可提高提高绝缘层的散热性能。

在本实用新型的一些实施例中，所述绝缘层是通过物理气相沉积形成的。由此，利用该方法形成的绝缘层更加致密，有利于减少绝缘层的漏电通道，提高绝缘层的电绝缘性能，且绝缘层各亚层之间的粘附作用更强，绝缘层更加稳定，且该方法工艺简单，与微电子工艺相兼容，可实现批量化生产。

在本实用新型的一些实施例中，所述器件层包括功率元件以及非功率元件。由此，可使智能功率模块具有良好的使用功能。

在本实用新型的一些实施例中，所述金属基板包括铝合金基板，所述金属基板的厚度为1-2mm。由此，金属基板可以为智能功率模块提供良好的衬底，且能够很好的承载绝缘层、布线层以及器件层等结构。

在本实用新型的一些实施例中，所述智能功率模块进一步包括：塑封层，所述金属基板、所述绝缘层、所述布线层以及所述器件层均被封装在所述塑封层中。由此，可以使智能功率模块具有良好的密封效果，提高智能功率模块的使用性能。

在本实用新型的另一方面，本实用新型提出了一种空调器。根据本实用新型的实施例，该空调器包括前面所述的智能功率模块，由此，该空调器具有前面所述的智能功率模块的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该空调器具有良好的使用性能。

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显示了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2显示了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。

附图标记说明：

100：金属基板；200：绝缘层；210：第一亚层；220：第二亚层；230：第三亚层；300：布线层；400：器件层；410：功率元件；411：功率因数校正元件；412：逆变元件；420：非功率元件；500：塑封层；10：绑线。

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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种智能功率模块。根据本实用新型的实施例，参考图1，该智能功率模块包括：金属基板100、绝缘层200、布线层300以及器件层400，其中，绝缘层200设置在金属基板100上，绝缘层200包括多个依次层叠设置的亚层(如图1中所示出的210、220、230)，多个亚层均由无机材料构成，布线层300设置在绝缘层200远离金属基板100的一侧，器件层400设置在布线层300远离绝缘层200的一侧，并与布线层300电连接，绝缘层200中靠近金属基板100一侧的第一亚层210由绝缘材料构成，绝缘层200中靠近布线层300一侧的第二亚层220由绝缘材料构成，第一亚层210和第二亚层220之间的至少一个亚层由陶瓷材料构成。由此，该智能功率模块具有良好的散热性以及热可靠性。

为了便于理解，下面首先对根据本实用新型实施例的智能功率模块进行简单说明：

如前所述，目前的智能功率模块中的绝缘层通常为填充导热绝缘颗粒的环氧树脂层，然而较高的工作温度会使填充导热绝缘颗粒的环氧树脂的缝隙增大，使得上述绝缘层的电绝缘性能明显下降，导致智能功率模块无法正常使用。

本实用新型的绝缘层200为复合结构，在本实用新型的一些实施例中，绝缘层200包括多个层叠设置的亚层，多个亚层均由无机材料构成，且靠近金属基板一侧的第一亚层，以及靠近布线层一侧的第二亚层均由绝缘材料构成，第一亚层和第二亚层之间的至少一个亚层由陶瓷材料构成。一方面，无机绝缘材料相对于现有技术的环氧树脂材料在高温下具有更优异的绝缘性能，另一方面，靠近金属基板的一侧以及靠近布线层的一侧均为绝缘性能良好的亚层，可对金属基板以及布线层起到良好的绝缘性能，中间至少一个亚层为陶瓷层，可使绝缘层具有良好的导热性能，再一方面，多个亚层层叠设置，使得不同亚层界面处的孔洞和裂缝互相被填充，减少整个绝缘层的漏电通道，进而即便在温度过高的极端工作环境下，绝缘层的绝缘电阻也不会受影响，使得绝缘层具有良好的电绝缘性能，可提高智能功率模块在极端工作环境中的热可靠性，使得智能功率模块具有良好的使用性能。

下面根据本实用新型的具体实施例，对该智能功率模块的各个结构进行详细说明：

关于金属基板的具体材料不受特别限制，本领域技术人员可以选择智能功率模块常用的基板材料，例如，根据本实用新型的实施例，金属基板100可以为铝合金基板，由此，可以为智能功率模块提供良好的衬底。

根据本实用新型的实施例，金属基板100的厚度可以为1-2mm，如1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm。由此，金属基板可以很好的承载绝缘层、布线层以及器件层等结构。

关于绝缘层中亚层的具体个数不受特别限制，本领域技术人员可以根据具体情况进行设计。例如，根据本实用新型的实施例，参考图1，绝缘层200可以包括3个亚层，第一亚层210、第二亚层220以及设置在第一亚层210和第二亚层220之间的第三亚层230，第一亚层210和第二亚层220均由绝缘材料构成，第三亚层230由陶瓷材料构成，由此，上述多个亚层可使绝缘层具有良好的绝缘性以及导热性，且上述多个亚层层叠设置，可使得不同亚层界面处的孔洞和裂缝互相被填充，以减少整个绝缘层的漏电通道，使得绝缘层在温度较高的极端工作环境下，仍具有良好的电绝缘性能，提高智能功率模块的热可靠性，使得智能功率模块具有良好的使用性能。

关于第一亚层的具体材料不受特别限制，只要具有良好的绝缘性能，同时与金属基板之间具有较强的结合强度即可，本领域技术人员可以根据具体情况进行设计。例如，根据本实用新型的具体实施例，第一亚层210可以为氮氧化铝(AlON)绝缘层。

关于第三亚层的具体材料不受特别限制，只要具有良好的绝缘性能以及导热性能，同时与第一亚层之间具有较强的结合强度即可，本领域技术人员可以根据具体情况进行设计。例如，根据本实用新型的具体实施例，第一亚层210为氮氧化铝层时，第三亚层230可以为硼化锆(ZrB₂)陶瓷层。

关于第二亚层的具体材料不受特别限制，只要具有良好的绝缘性能，同时与第三亚层之间具有较强的结合强度即可，本领域技术人员可以根据具体情况进行设计。例如，根据本实用新型的具体实施例，第一亚层210为氮氧化铝绝缘层，且第三亚层230为硼化锆陶瓷层时，第二亚层220可以为氧化铝(Al₂O₃)绝缘层。由此，绝缘层200与金属基板100之间可以具有良好的结合效果，保证智能功率模块结构的稳定性，同时由上述亚层构成绝缘层，可以使绝缘层具有良好的散热性以及热可靠性，从而可以显著提高智能功率模块的使用性能。

根据本实用新型的实施例，第一亚层210的厚度可以为1-3μm，如1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm。将第一亚层的厚度设置在上述范围内，可使第一亚层具有较高的致密性，进一步减少第一亚层中的孔洞以及裂缝，从而进一步减少整个绝缘层的漏电通道，提高绝缘层的电绝缘性能。

根据本实用新型的实施例，第三亚层230的厚度可以为1-2μm，如1μm、1.5μm、2μm。将第三亚层的厚度设置在上述范围内，可使第三亚层具有较高的致密性，进一步减少第二亚层中的孔洞以及裂缝，从而进一步减少整个绝缘层的漏电通道，提高绝缘层的电绝缘性能以及导热性能。

根据本实用新型的实施例，第二亚层220的厚度可以为0.5-1.5μm，如0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.5μm。将第二亚层的厚度设置在上述范围，可使第二亚层具有较高的致密性，进一步减少第二亚层中的孔洞以及裂缝，从而进一步减少整个绝缘层的漏电通道，提高绝缘层的电绝缘性能。通过对绝缘层的结构以及各亚层材料、厚度的设计，可显著提高绝缘层在极端工作环境下的电绝缘性能以及导热性，从而可显著提高智能功率模块的热可靠性以及散热性，使得智能功率模块具有良好的使用性能。

根据本实用新型的另一些实施例，绝缘层200还可以包括4个亚层(图中未示出该种情况)：依次层叠设置的第一亚层、第三亚层、第四亚层以及第二亚层，第一亚层靠近金属基板设置，第一亚层和第二亚层均由绝缘材料构成，第三亚层和第四亚层均由陶瓷材料构成，由此，可进一步提高绝缘层的电绝缘性能以及导热性能。

或者，根据本实用新型的另一些实施例，绝缘层200还可以包括5个亚层(图中未示出该种情况)：依次层叠设置的第一亚层、第三亚层、第四亚层、第五亚层以及第二亚层，第一亚层靠近金属基板设置，第一亚层和第二亚层均由绝缘材料构成，第三亚层由陶瓷材料构成，第四亚层由绝缘材料构成，第五亚层由陶瓷材料构成，由此，可进一步提高绝缘层的电绝缘性能以及导热性能。

需要说明的是，上述各亚层具体材料的选择，除了保证亚层具有良好的绝缘性能、导热性能以外，还需保证亚层与其接触的膜层之间具有较强的结合力。

根据本实用新型的实施例，绝缘层200中的各亚层可以是利用物理气相沉积法形成的，例如，磁控溅射法、电子束蒸发法等，一方面，相对于其他制备工艺，物理气相沉积法制备的绝缘层的致密度更高，有利于减少绝缘层的漏电通道，提高绝缘层的电绝缘性能，且利用物理气相沉积法制备的各亚层之间的粘附作用更强，绝缘层更加稳定，有利于提高绝缘层的电绝缘性能以及导热性能，另一方面，该方法工艺简单，且与微电子工艺相兼容，可实现批量化生产。

根据本实用新型的实施例，参考图2，布线层300设置在绝缘层200远离金属基板100的一侧，器件层400设置在布线层300远离绝缘层200的一侧，器件层400可以包括功率元件410以及非功率元件420，其中，功率元件410可以包括功率因数校正元件411以及逆变元件412，功率元件410与布线层300电连接，非功率元件420可通过绑线10与布线层300电连接。由此，可实现器件层各元件的使用功能。

智能功率模块工作时，功率元件410产生的热量远高于非功率元件420产生的热量，从而在智能功率模块内产生不平衡热点，出现热聚集现象，影响智能功率模块的热可靠性。本实用新型的绝缘层200包括多个层叠设置的亚层，各亚层之间可相互填充界面处的孔洞以及裂缝，以减少绝缘层的漏电通道，提高绝缘层的电绝缘性能，使得该智能功率模块在极端工作环境下，仍具有良好的热可靠性以及散热性。

根据本实用新型的实施例，参考图2，该智能功率模块还可以包括：塑封层500，金属基板100、绝缘层200、布线层300以及器件层400均被封装在塑封层500中。由此，可以使智能功率模块具有良好的密封效果，提高智能功率模块的使用性能。关于塑封层的材料不受特别限制，只要具有良好的密封性以及散热性即可，本领域技术人员可以根据具体情况进行设计。

在本实用新型的另一方面，本实用新型提出了一种空调器。根据本实用新型的实施例，该空调器包括前面所描述的智能功率模块，由此，该空调器具有前面所描述的智能功率模块的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该空调器具有良好的使用性能。

在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”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而不是要求本实用新型必须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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、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。另外，需要说明的是，本说明书中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

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 (10)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括：

金属基板；

绝缘层，所述绝缘层设置在所述金属基板上，所述绝缘层包括多个依次层叠设置的亚层，多个所述亚层均由无机材料构成；

布线层，所述布线层设置在所述绝缘层远离所述金属基板的一侧；

器件层，所述器件层设置在所述布线层远离所述绝缘层的一侧，并与所述布线层电连接，

其中，所述绝缘层中靠近所述金属基板一侧的第一亚层由绝缘材料构成，所述绝缘层中靠近所述布线层一侧的第二亚层由绝缘材料构成，所述第一亚层和所述第二亚层之间的至少一个亚层由陶瓷材料构成。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述绝缘层包括3个亚层，所述第一亚层和所述第二亚层之间具有第三亚层；

和/或，所述第一亚层包括氮氧化铝绝缘层；

和/或，所述第二亚层包括氧化铝绝缘层；

和/或，所述第三亚层包括硼化锆陶瓷层。

3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述第一亚层的厚度为1-3μm。

4.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述第二亚层的厚度为0.5-1.5μm。

5.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述第三亚层的厚度为1-2μm。

6.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述绝缘层是通过物理气相沉积形成的。

7.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述器件层包括功率元件以及非功率元件。

8.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述金属基板包括铝合金基板，所述金属基板的厚度为1-2mm。

9.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，进一步包括：

塑封层，所述金属基板、所述绝缘层、所述布线层以及所述器件层均被封装在所述塑封层中。

10.一种空调器，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的智能功率模块。

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