CN210120134U - 智能功率模块用基板、智能功率模块、空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了智能功率模块用基板、智能功率模块、空调器。该智能功率模块用基板包括：陶瓷衬底；金属层，金属层设置在陶瓷衬底的一侧；线路层，线路层设置在陶瓷衬底远离金属层的一侧，其中，金属层的厚度为0.1‑1mm，线路层的厚度为10‑95μm。由此，该基板具有较强的机械强度，可有效缓解生产过程中或者使用过程中开裂的问题，提高基板的导热性能以及可靠性，使得应用该基板的智能功率模块具有良好的散热效果以及使用性能，同时，该基板的线路层具有较薄的厚度，可获得具有较窄宽度的金属走线，提高线路层中金属走线的排布密度，可有效减小智能功率模块的体积，有利于智能功率模块的小型化。

Description

智能功率模块用基板、智能功率模块、空调器

技术领域

本实用新型涉及电器制造领域，具体地，涉及智能功率模块用基板、智能功率模块、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，用于实现电机转速的连续调节，是变频家电的核心部件。智能功率模块是一个独立的封装体：开关器件(如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))、二极管、控制IC、被动器件等焊接在基板上，并被封装材料包裹，且智能功率模块通过引脚与外界连接。

然而，目前的智能功率模块用基板、智能功率模块、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：

智能功率模块用基板的一侧需要设置导电的线路层，用于连接各种器件，基板的另一侧需保证智能功率模块内部与外界绝缘，此外，基板还需具有较高的导热系数、较高的硬度以及较高的可靠性。陶瓷材料具有优异的绝缘性能以及导热性能，因此，目前智能功率模块用基板通常为陶瓷基板。然而，发明人发现，陶瓷基板的机械强度较差，在生产过程以及使用过程中容易产生裂缝，进而影响智能功率模块的散热效果以及使用性能。

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用基板。该智能功率模块用基板包括：陶瓷衬底；金属层，所述金属层设置在所述陶瓷衬底的一侧；线路层，所述线路层设置在所述陶瓷衬底远离所述金属层的一侧，其中，所述金属层的厚度为0.1-1mm，所述线路层的厚度为10-95μm。由此，该基板具有较强的机械强度，可有效缓解生产过程中或者使用过程中开裂的问题，提高基板的导热性能以及可靠性，使得应用该基板的智能功率模块具有良好的散热效果以及使用性能，同时，该基板的线路层具有较薄的厚度，可获得具有较窄宽度的金属走线，提高线路层中金属走线的排布密度，可有效减小智能功率模块的体积，有利于智能功率模块的小型化。

在本实用新型的一些实施例中，所述线路层包括多个金属走线，相邻两个所述金属走线之间具有镂空部，多个所述金属走线中宽度最小的金属走线的宽度不大于0.1mm，多个所述镂空部中宽度最小的镂空部的宽度不大于0.1mm。由此，该线路层中具有宽度较窄的金属走线，以及具有宽度较窄的镂空部，可提高金属走线的排布密度，可有效减小智能功率模块的体积，有利于智能功率模块的小型化。

在本实用新型的一些实施例中，所述金属层是通过烧结形成在所述陶瓷衬底上的。由此，可在陶瓷衬底上形成厚度较厚的金属层，以增强对陶瓷衬底的支撑作用，提高基板的机械强度。

在本实用新型的一些实施例中，所述线路层是通过电镀或印刷形成的。由此，可在陶瓷衬底远离金属层的一侧形成厚度较薄的线路层，从而可获得宽度较窄的金属走线。

在本实用新型的一些实施例中，所述金属层的材料包括铜、或者铝、或者镍、或者金。由此，可利用上述材料形成的膜层提高基板的机械强度。

在本实用新型的一些实施例中，所述线路层的材料包括铜。由此，利用铜材料形成线路层，使得线路层具有良好的导电性。

在本实用新型的一些实施例中，所述陶瓷衬底的厚度为0.2-2mm，所述陶瓷衬底的材料包括氧化铝、或者氮化铝、或者氮化硅。由此，该陶瓷衬底可以很好的承载各种器件，且该陶瓷衬底具有良好的绝缘性能，使得智能功率模块与外界具有良好的绝缘效果，且该陶瓷衬底具有良好的导热性能，使得智能功率模块具有良好的散热效果。

在本实用新型的另一方面，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，该智能功率模块包括：基板，所述基板为前面所述的智能功率模块用基板；器件，所述器件设置在所述线路层远离所述陶瓷衬底的一侧，且与所述线路层电连接。由此，该智能功率模块具有前面所述的基板的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该智能功率模块具有良好的使用性能，且满足智能功率模块小型化发展的需求。

在本实用新型的一些实施例中，所述器件包括整流桥、功率因数校正元件、风机智能功率模块以及压缩机智能功率模块。由此，该智能功率模块为高集成智能功率模块，具有较高的集成度。

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用基板的结构示意图；

图2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。

附图标记说明：

100：陶瓷衬底；200：金属层；300：线路层；10：金属走线；400：器件。

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用基板。根据本实用新型的实施例，参考图1，该智能功率模块用基板包括：陶瓷衬底100、金属层200以及线路层300，其中，金属层200设置在陶瓷衬底100的一侧，线路层300设置在陶瓷衬底100远离金属层200的一侧，金属层200的厚度为0.1-1mm，线路层300的厚度为10-95μm。由此，该基板具有较强的机械强度，可有效缓解生产过程中或者使用过程中开裂的问题，提高基板的导热性能以及可靠性，使得应用该基板的智能功率模块具有良好的散热效果以及使用性能，同时，该基板的线路层具有较薄的厚度，可获得具有较窄宽度的金属走线，提高线路层中金属走线的排布密度，可有效减小智能功率模块的体积，有利于智能功率模块的小型化。

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用基板进行简单说明：

如前所述，陶瓷材料具有优异的绝缘性能以及导热性能，因此，目前智能功率模块的基板常采用陶瓷基板，然而，发明人发现，陶瓷基板的机械强度较低，在生产过程中或者使用过程中，陶瓷基板容易开裂，影响智能功率模块的散热效果以及使用。

根据本实用新型的实施例，该智能功率模块用基板包括陶瓷衬底，以及设置在陶瓷衬底上的金属层，陶瓷衬底具有优异的绝缘性能以及导热性能，金属层可用于加强陶瓷衬底的机械强度，从而提高整个基板的机械强度，避免生产过程中或者使用过程中基板发生开裂，提高应用该基板的智能功率模块的散热效果以及使用性能，且金属层的厚度在0.1-1mm，具有较厚的厚度，可有效提升整个基板的机械强度。

本领域技术人员所熟知的是，陶瓷衬底的一侧还需设置有线路层，线路层用于连接各种器件，且线路层中的金属走线可以是通过刻蚀工艺形成的。本实用新型的金属层用于增强陶瓷衬底的机械强度，需要具有较厚的厚度，发明人发现，若采用形成金属层的工艺在陶瓷衬底的正反两侧同时形成金属层以及线路层，则形成的线路层的厚度与金属层的厚度一致，即线路层的厚度也较厚，然而，线路层的厚度较厚时，一方面，由于刻蚀工艺形成的截面并不是平整的截面，当线路层的厚度较厚时，会导致金属走线上下宽度不一致，影响线路层的可靠性，另一方面，会导致线路层中金属走线的宽度以及相邻金属走线之间的镂空部(即相邻金属走线之间的间距)无法做窄：由于金属走线需要满足一定的宽高比，且金属走线之间的间距也需要满足一定的宽高比，在线路层厚度较厚时，即高度增大，则在满足特定宽高比的情况下，金属走线的宽度以及金属走线之间的间距也相应增大，导致金属走线以及金属走线之间的间距无法做窄，即线路层中金属走线的宽度以及金属走线之间的间距均较大，不利于智能功率模块的小型化。若直接将金属走线的宽度以及金属走线之间的间距做窄，刻蚀工艺不好管控，且会显著增加刻蚀工艺的难度。

根据本实用新型的实施例，该智能功率模块用基板不仅在陶瓷衬底的一侧设置了厚度较厚的金属层，以增强陶瓷衬底的机械强度，同时在陶瓷衬底远离金属层的一侧还设置了厚度较薄的线路层，线路层的厚度在10-95μm，可获得上下宽度一致的金属走线，保证线路层的可靠性，且上述厚度可保证线路层具有良好的导电性，同时可在线路层中获得宽度较窄的金属走线，以及较小的间距，提高金属走线的排布密度，可有效减小智能功率模块的体积，有利于智能功率模块的小型化，且不会增加刻蚀工艺的难度。

下面根据本实用新型的具体实施例，对该智能功率模块用基板的各个结构进行详细说明：

关于陶瓷衬底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，根据本实用新型的实施例，陶瓷衬底100的材料可以包括氧化铝、或者氮化铝、或者氮化硅。由此，该陶瓷衬底具有良好的绝缘性能，使得智能功率模块与外界具有良好的绝缘效果，且该陶瓷衬底具有良好的导热性能，使得智能功率模块具有良好的散热效果。

根据本实用新型的实施例，陶瓷衬底100的厚度可以为0.2-2mm，如0.2mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm。由此，该陶瓷衬底可以很好的承载各种器件，且该陶瓷衬底具有良好的绝缘性能以及导热性能，使得智能功率模块具有良好的使用性能。

根据本实用新型的实施例，金属层200的厚度可以为0.1-1mm，如0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm。由此，金属层具有较厚的厚度，可有效增强陶瓷衬底的机械强度。

根据本实用新型的实施例，金属层200的材料可以包括铜、或者铝、或者镍、或者金。由此，可利用上述材料形成的膜层提高基板的机械强度。根据本实用新型的优选实施例，金属层200可以为铜层，厚度较大的铜层不仅可以提高整个基板的机械强度，同时还可以提高基板的散热性能。

根据本实用新型的实施例，金属层200可以是通过烧结形成在陶瓷衬底100上的。由此，可在陶瓷衬底上形成厚度较厚的金属层，以增强对陶瓷衬底的支撑作用，提高基板的机械强度。在本实用新型的一些实施例中，以金属层200为铜层为例，在陶瓷衬底100上烧结形成铜层的过程可以如下：首先，将陶瓷衬底和表面氧化的铜箔压合在一起，随后，进行高温烧结，以使铜箔与陶瓷衬底之间形成牢固的接触。其中，高温烧结过程中的温度可以为1070℃。由此，可以形成具有厚度较厚且与陶瓷衬底结合牢固的铜层。

根据本实用新型的实施例，线路层300的厚度可以为10-95μm，如10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、95μm。由此，线路层具有较薄的厚度，上述厚度可以保证线路层具有良好的导电性，同时可在线路层中获得宽度较小的金属走线，以及较小的间距，可有效提高金属走线的排布密度，有利于智能功率模块的小型化，且不会增加工艺难度。

根据本实用新型的实施例，参考图1，线路层300包括多个金属走线10，相邻两个金属走线10之间具有镂空部，也即是说，多个金属走线10间隔设置，多个金属走线10中宽度最小的金属走线的宽度(如图1中所示出的d)不大于0.1mm，多个镂空部中宽度最小的镂空部的宽度(即金属走线之间最小的间距)(如图1中所示出的L)不大于0.1mm。由此，该线路层中具有宽度较小的金属走线，以及较小的间距，可提高金属走线的排布密度，有利于智能功率模块的小型化。也即是说，线路层的厚度为10-95μm时，可做出宽度在0.1mm以下的金属走线，以及尺寸在0.1mm以下的间距。

根据本实用新型的实施例，线路层300中宽度最小的金属走线的宽度在0.1mm以下，最小的间距在0.1mm以下，即线路层300中既具有宽度较小的金属走线，又具有宽度较大的金属走线，且宽度较小的金属走线的宽度在0.1mm以下，宽度较小(0.1mm以下)的金属走线可用于连接弱电元件，宽度较大(0.1mm以上)的金属走线可用于连接高压元件，由此，可使得智能功率模块具有良好的使用性能，相对于现有技术线路层仅能做宽度较大的金属走线，本申请可有效减小智能功率模块的体积，有利于智能功率模块的小型化。

根据本实用新型的实施例，线路层300的材料可以包括铜。由此，可以使线路层具有良好的导电性。本领域技术人员还可以根据实际需要，在线路层300上电镀镍或金。

根据本实用新型的实施例，线路层300可以是通过电镀或者印刷的方式形成的。由此，可在陶瓷衬底远离金属层的一侧形成厚度较薄的线路层，从而可获得宽度较窄的金属走线。在本实用新型的一些实施例中，在陶瓷衬底100远离金属层200的一侧形成铜层可以是通过以下步骤实现的：首先，利用磁控溅射法在陶瓷衬底远离金属层的一侧形成连接金属层，随后，利用电镀的方式在连接金属层远离陶瓷衬底的一侧生产铜金属，以形成铜层。其中，连接金属层的材料可以为钛或者钨等金属，形成的铜层的厚度在10-95μm，形成铜层后，可基于铜层利用刻蚀工艺形成预设的线路，即形成金属走线。或者，首先，将铜金属加热成铜浆，随后，将铜浆印刷在陶瓷衬底远离金属层的一侧，随后，进行高温固化，使得铜浆固化形成铜层，形成的铜层的厚度在10-95μm。形成铜层后，可基于铜层利用刻蚀工艺形成预设的线路，即形成金属走线，或者，印刷过程中仅在预设的线路区域印刷，高温固化后直接形成预设线路。

在本实用新型的另一方面，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2，该智能功率模块包括：基板以及器件400，其中，基板可以为前面所描述的智能功率模块用基板，器件400设置在基板线路层300远离陶瓷衬底100的一侧，且与线路层300电连接。由此，该智能功率模块具有前面所描述的基板的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该智能功率模块具有良好的使用性能，且满足智能功率模块小型化发展的需求。

根据本实用新型的实施例，器件400可以是通过焊接设置在基板上的，且器件400可以包括功率元件以及非功率元件，以使智能功率模块具有良好的使用功能。

根据本实用新型的具体实施例，器件400可以包括整流桥、功率因数校正元件、风机智能功率模块以及压缩机智能功率模块。由此，该智能功率模块为高集成智能功率模块，具有较高的集成度。高集成智能功率模块由于集成的元件较多，工作过程中产生的热量也较多，该智能功率模块中陶瓷衬底100远离器件400一侧的金属层200具有良好的散热性能，可增强高集成智能功率模块的散热效果，提高高集成智能功率模块的使用性能，另外，该智能功率模块中陶瓷衬底100靠近器件400一侧的线路层300具有宽度较小的金属走线以及间距，使得该智能功率模块可以集成更多的元件，进一步提高智能功率模块的集成度。

根据本实用新型的实施例，该智能功率模块还可以包括塑封层(图中未示出)，基板以及器件400均被封装在塑封层中。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。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用基板，其特征在于，包括：

陶瓷衬底；

金属层，所述金属层设置在所述陶瓷衬底的一侧；

线路层，所述线路层设置在所述陶瓷衬底远离所述金属层的一侧，

其中，所述金属层的厚度为0.1-1mm，所述线路层的厚度为10-95μm。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块用基板，其特征在于，所述线路层包括多个金属走线，相邻两个所述金属走线之间具有镂空部，多个所述金属走线中宽度最小的金属走线的宽度不大于0.1mm，多个所述镂空部中宽度最小的镂空部的宽度不大于0.1mm。

3.根据权利要求1所述的智能功率模块用基板，其特征在于，所述金属层是通过烧结形成在所述陶瓷衬底上的。

4.根据权利要求1所述的智能功率模块用基板，其特征在于，所述线路层是通过电镀或印刷形成的。

5.根据权利要求1所述的智能功率模块用基板，其特征在于，所述金属层的材料包括铜、或者铝、或者镍、或者金。

6.根据权利要求1所述的智能功率模块用基板，其特征在于，所述线路层的材料包括铜。

7.根据权利要求1所述的智能功率模块用基板，其特征在于，所述陶瓷衬底的厚度为0.2-2mm，所述陶瓷衬底的材料包括氧化铝、或者氮化铝、或者氮化硅。

8.一种智能功率模块，其特征在于，包括：

基板，所述基板为权利要求1-7任一项所述的智能功率模块用基板；

器件，所述器件设置在所述线路层远离所述陶瓷衬底的一侧，且与所述线路层电连接。

9.根据权利要求8所述的智能功率模块，其特征在于，所述器件包括整流桥、功率因数校正元件、风机智能功率模块以及压缩机智能功率模块。

10.一种空调器，其特征在于，包括权利要求8或9所述的智能功率模块。

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