CN211265443U - 柔性安装基板、智能功率模块及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种柔性安装基板、智能功率模块及空调器，该柔性安装基板包括：柔性金属衬底；绝缘层和电路布线层，依次层叠于柔性金属衬底上的，电路布线层上设置有安装位，安装位用于安装功率组件。本实用新型提高了智能功率模块的强度。

Description

柔性安装基板、智能功率模块及空调器

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种柔性安装基板、智能功率模块及空调器。

背景技术

智能功率模块(Intelligent Power Module，简称为IPM)是一种以IGBT((Insulated Gate Bipolar Transistor))为功率器件，以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场。智能功率模块通常采用刚性金属基板作为衬底基板，其厚度较厚，且不易折叠弯曲，比表面积相对较小，限制了智能功率模块的应用场景。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种柔性安装基板、智能功率模块及空调器，旨在提高智能功率模块的强度。

为实现上述目的，本实用新型提出一种柔性安装基板，所述柔性安装基板包括：

柔性金属衬底；

绝缘层和电路布线层，依次层叠于所述柔性金属衬底上的，所述电路布线层上设置有安装位，所述安装位用于安装功率组件。

可选地，所述绝缘层的材料为热塑性材料、氧化铝、石棉以及无水乙醇的混合物。

可选地，所述绝缘层的厚度范围为10-100μm。

可选地，所述电路布线层的厚度范围为1-5μm。

可选地，所述柔性金属衬底的材料为金属镍基带。

本实用新型还提出一种智能功率模块，所述智能功率模块包括功率组件及如上所述的柔性安装基板；

所述功率组件设置于所述柔性安装基板的电路布线层上设置的安装位上。

可选地，所述功率组件包括主控芯片和功率器件，所述功率器件和所述主控芯片通过金属线电连接。

可选地，所述智能功率模块还包括对所述功率组件及所述柔性安装基板进行封装的封装壳体。

可选地，所述智能功率模块还包括引脚，所述引脚设置于所述柔性安装基板上，且通过金属线与所述功率组件电连接。

本实用新型还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的柔性安装基板；和/或，包括如上所述的智能功率模块。

本实用新型实施例通过设置柔性金属衬底，并将绝缘层和电路布线层依次层叠设置于柔性金属衬底，通过在绝缘层远离覆铜层(电路布线层)的一面设置柔性金属衬底，有利于提高智能功率模块的散热，并且金属散热层的延展性较好，有利于防止绝缘层变形或者破裂，本实用新型提高了智能功率模块的强度。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型柔性安装基板应用于智能功率模块一实施例的结构示意图；

图2为智能功率模块一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型智能功率模块另一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	柔性金属衬底	210	功率器件
20	绝缘层	220	驱动芯片
				30	电路布线层	230	主控芯片
100	柔性安装基板	300	封装壳体
				200	功率组件	400	引脚

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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。

本实用新型提出一种柔性安装基板，应用于智能功率模块中。

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，其通常将多个IGBT芯片、FRD芯片、驱动IC芯片及MCU芯片等集成于同一功率模块之中，被广泛应用于驱动风机、压缩机、轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、智能机器人以及新能源装备等。随着信息技术以及物联网的发展需求，各种便携式移动终端大量涌现，适用于可移动设备的柔性系统结构是必要的，而传统的智能功率模块采用刚性金属基板作为衬底，其应用场景受到衬底限制，无法满足市场的发展需求。现有的智能功率模块通常采用刚性金属基板作为衬底基板，其厚度较厚，且不易折叠弯曲，比表面积相对较小，限制了智能功率模块的应用场景。

参照图1至图3，在本实用新型一实施例中，该柔性安装基板100包括：

柔性金属衬底10；

依次设置于所述柔性金属衬底10上的绝缘层20和电路布线层30，所述电路布线层30上设置有安装位，所述安装位用于安装功率组件200。

本实施例中，该柔性金属衬底10可选采用金属镍基带来实现，在制作柔性金属衬底10时，选取金属镍基带作为衬底材料，可以利用喷砂机对镍基带进行表面打磨处理，然后分别用丙酮、酒精去离子水将打磨完成的镍基带擦洗干净，并利用压缩氮气吹干。柔性金属衬底10具有较好的延展性和导热性，柔性金属衬底10的抗挠曲性能较高，在反复弯曲过程中绝缘层20的稳定性较好，也不会从柔性金属衬底10上脱落，从而可以解决刚性基板不便弯折，而导致智能功率模块容易出现翘曲、变形、折断或者破裂的现象。

绝缘层20的材料可以选用热塑性材料、氧化铝和石棉混合物以及无水乙醇。在制作绝缘层20时，可以利用热塑性材料形成热塑性溶剂，热塑性溶剂具体可以为，聚苯硫醚，聚砜，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种的任意组合，再选取颗粒尺寸小于50微米的氧化铝与石棉混合物粉体颗粒研磨并混合均匀，然后按质量比一定比例与气凝胶混合均匀，并加入无水乙醇和上述热塑性溶剂，超声震荡形成悬浊液，通过真空抽滤，以及烘箱高温干燥得到复合材料。将上述复合材料与有机树脂按比例1:5在室温下混合均匀，使得填料粉体被有机树脂均匀包裹，并添加硅烷偶联剂，搅拌均匀得到绝缘层20涂料。将绝缘层20浆料均匀涂覆在镍基带上。并置于烘箱中进行一定时间的排胶，完成绝缘层20制备。该绝缘层20用于实现柔性安装基板100与金属散热基板之间的电气隔离以及电磁屏蔽，以及对外部电磁干扰进行反射，从而避免外部电磁辐射干扰PFC功率开关模块及各IPM模块正常工作，降低周围环境中的电磁辐射对功率模块中的电子元件的干扰影响。此外，绝缘层20材料中加入热塑性溶剂，在增加绝缘层20散热能力的同时，增强了绝缘层20的物理韧性，同时柔性金属衬底10和绝缘层20均具有较高的黏着性，进而使绝缘层20材料在柔性金属衬底10上结合紧密，不易开裂，脱落。

其中，所述绝缘层20的厚度范围为10-100μm。电路布线层30及绝缘层20可以依次叠设与柔性金属衬底10上。可以理解的是，相较于传统的采用硬质材料制得的安装基板，本实施例的柔性安装基板100的厚度较薄，可以减薄智能功率模块的厚度，使得智能功率模块的整体厚度可以维持在较薄的厚度上。其中，所述绝缘层20的厚度范围为10-100μm，可选为70μm；电路布线层30的厚度范围为1-5μm，可选为3μm。智能功率模块的绝缘层20材料通过在有机硅树脂中添加无机粉体、热塑性溶剂、气凝胶和硅烷偶联剂得到，添加硅烷偶联剂可增强浆料的粘结性，使涂层有更好的连接性和在柔性金属衬底10上的附着力，大幅度提高涂层的弯曲强度、拉伸强度和层间剪切强度以及耐水、抗老化等性能；添加气凝胶和热塑性溶剂可提高绝缘层20的耐高温特性，并利用气凝胶的空间网状结构改善绝缘层20的连接性，从而减少绝缘层20与散热层之间发生脱落的问题发生，以及提高其强度和抗热冲击性能。

电路布线层30根据智能功率模块的电路设计，在绝缘层20上形成对应的线路以及对应供功率组件200中的各电子元件安装的安装位，即焊盘。具体地，在安装基板10上设置好绝缘层20后，将铜箔铺设在绝缘层20上，并按照预设的电路设计蚀刻所述铜箔，从而形成电路布线层30。在将功率器件210中各电路模块的电子元件集成于散热基板11上的电路布线层30后，还可以通过金属绑线实现各电路模块之间的电气连接。或者，可以采用铜或铜质合金直接压延制作成线路及安装位，再通过设备将线路及安装位通过热压工艺压合在绝缘层20上。

本实用新型实施例通过设置柔性金属衬底10，并将绝缘层和电路布线层依次层叠设置于柔性金属衬底10，通过在绝缘层远离覆铜层(电路布线层)的一面设置柔性金属衬底10，可以提高智能功率模块的散热，并且金属散热层的延展性较好，有利于防止绝缘层变形或者破裂，从而提高智能功率模块的强度。

本实用新型还提出一种智能功率模块。

参照图1至图3，所述智能功率模块包括功率组件200及如上所述的柔性安装基板100，所述功率组件200设置于所述柔性安装基板100的电路布线层30上设置的安装位上。该柔性安装基板100的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述。

本实施例中，功率组件200包括功率器件210，例如功率器件210可以是氮化镓(GaN)功率器件210、Si基功率器件210或SiC基功率器件210，本实施例优选采用氮化镓(GaN)功率器件210。功率器件210的数量可以为一个，也可以为多个，当设置为多个时，可以包括四个所述功率器件210，或者是四个的倍数，也可以包括六个所述功率器件210，或者六个的倍数，六个功率器件210组成逆变电路，从而应用在逆变电源、变频器、制冷设备、冶金机械设备、电力牵引设备等电器设备中，特别是变频家用电器中。在智能功率模块工作时，驱动芯片21030输出相应的PWM控制信号，以驱动控制对应的功率器件210导通/截止，从而输出驱动电能，以驱动电机等负载工作。

功率组件200还可以包括非功率器件，例如驱动芯片210，驱动芯片210的数量可以是一个，例如HVIC驱动芯片210，该驱动芯片210为集成芯片，其中集成了四路、六路或者三路功率器件210的驱动电路，具体可以根据驱动器件的数量进行集成设置。驱动芯片210的数量也可以是多个，多个驱动芯片210的数量与功率器件210的数量对应，每一驱动芯片210对应驱动一功率器件210工作。功率器件210与驱动芯片210之间通过电路布线层及金属引线实现电连接，形成电流回路。在智能功率模块工作时，主控芯片230输出相应的控制信号至驱动芯片210，驱动芯片210驱动对应的功率器件210导通，从而输出驱动电能，以驱动电机等负载工作，这个过程中功率器件210产生的热量经镍化铝合金薄膜20传导至铝基板10上，以通过镍化铝合金薄膜20和铝基板10进行散热。多个驱动芯片210中的每一驱动芯片210叠设于一上叠设于功率器件210上，如此设置，使得驱动功率器件210与驱动芯片210形成于一体，可以使智能功率模块的整体结构紧凑，并且驱动功率器件210与驱动芯片210在依次叠设于较薄的柔性安装基板100时，柔性安装基板100也能够稳定的承载各个电子元件，保证智能功率模块能够可靠工作。也即该智能功率模块具有超薄、立体、且稳定性较好的优势，可以解决功率器件210和驱动芯片210采用平铺布局模式，增加的焊线和引线引入的寄生电感带来开关损耗、振铃的问题。并且该智能功率模块体积较小，抗干扰能力强，适用于驱动电机的变频器及各种逆变电源中，以实现变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动等功能，尤其适用于驱动空调、冰箱等压缩机和风机的电机工作。

功率组件200还包括主控芯片230，即为MCU，MCU中集成有逻辑控制器、存储器、数据处理器等，以及存储在所述存储器上并可在所述数据处理器上运行的软件程序和/或模块，MCU通过运行或执行存储在存储器内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，输出相应的控制信号至智能功率模块的驱动芯片210，使得驱动芯片210根据接收到的控制信号驱动对应的功率器件210导通/关断，以驱动风机、压缩机、电机等负载工作。或者驱动PFC模块工作，从而实现对接入的直流电源进行功率因素校正。

各个功率器件210可以是贴片式的电子元件，还可以是裸die晶圆，在多个铝基板上设置有焊盘，多个功率元件可以通过焊锡、导电胶等粘接于对应的安装位上。

本实用新型提供了一种超薄超小面积的智能功率模块，可以缩短功率器件210和驱动芯片210之间的空间距离，同时缩短焊线和引线的物理连接，进而减少了由焊线和引线引入的寄生电感。此外，还可以缩短功率器件210与驱动芯片210之间焊线和引线的物理连接距离，减少了由焊线和引线引入的寄生电感。从而解决了功率器件210和驱动芯片210采用平铺布局模式，增加的焊线和引线引入的寄生电感带来开关损耗、振铃的问题。本实用新型智能功率模块体积较小，抗干扰能力强，适用于驱动电机的变频器及各种逆变电源中，以实现变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动等功能，尤其适用于驱动空调、冰箱等压缩机和风机的电机工作。

参照图1至图3，在一实施例中，所述功率器件210为IGBT；

所述智能功率模块还包括快速恢复二极管(图未标示)，所述快速恢复二极管的数量及位置与所述IGBT对应；

所述快速恢复二极管和所述IGBT的反并联连接。

本实施例中，快速恢复二极管的数量和位置与第一功率器件210的对应，本实施例中，快速恢复二极管的数量可选为六个。快速恢复二极管和肖特基二极管为高功率反并联二极管，用于实现功率器件210的快速关断。其中，在基于功率器件210设置为SiC MOSFET或者SiC IGBT，或者GaN HEMT器件时，将功率模块的开关损耗减小到较低，进而有利于节约电能、降低模块发热的情况下，快速恢复二极管可选采用Si材料制成的快速恢复二极管或者肖特基二极管来实现，可以保证功率模块的自身的功耗较低的同时，降低功率模块的生产成本。

参照图1至图3，在一实施例中，所述智能功率模块还包括对所述功率组件200及所述柔性安装基板100进行封装的封装壳体300。

本实施例中，封装壳体300可以采用环氧树脂、氧化铝、导热填充材料等材料制成，其中，导热填充材料可以是氮化硼、氮化铝材质，氮化铝和氮化硼的绝缘性较好，且导热率较高，耐热性及热传导性较佳，使得氮化铝和氮化硼有较高的传热能力。在制作封装壳体300时，可以将环氧树脂、氧化铝、氮化硼或者氮化铝等材料进行混料，然后将混合好的封装材料进行加热；待冷却后，粉碎所述封装材料，再以锭粒成型工艺将封装壳体300材料进行轧制成形，以形成封装壳体300后将驱动芯片210和功率器件210封装在封装壳体300内。或者通过注塑工艺将驱动芯片210和功率器件210封装在封装壳体300内，将所述封装壳体300包覆于所述柔性安装基板100及所述功率器件210和驱动芯片210上。

参照图1至图3，在一实施例中，所述功率模块还包括引脚400，所述引脚400设置于所述柔性安装基板100上，且通过金属线与所述功率组件200及柔性安装基板100电连接。

本实施例中，引脚400可以采用鸥翼型引脚400或者直插型引脚400来实现，本实施例优选为直插型引脚400，引脚400焊接在低导热绝缘基板上，柔性安装基板100对应的安装位上的焊盘位置，并通过金属线与功率组件200实现电气连接。

在一实施例中，各个引脚400的一端固定于所述柔性安装基板100上，引脚400的另一端朝远离所述柔性安装基板100的方向延伸，引脚400的延伸方向与所述柔性安装基板100所在的平面平行。

相较于鸥翼型的引脚400，本实施例引脚400与柔性安装基板100平行设置，也即引脚400呈平铺结构，如此设置，使得在柔性安装基板100的散热层110嵌设于空调器中的电控板中，柔性安装基板100的绝缘层20与电控板贴合时。智能功率模块的引脚400通过焊锡、导电胶固定于电控板上，引脚400的延伸段与电控板贴合，进而可以防止电控板在跌落时，导致引脚400断裂。并且柔性安装基板100部分嵌设于电控板内，使得智能功率模块安装于电控板上，智能功率模块与电控板的紧固性更好，进而防止智能功率模块与电控板在搬运或者跌落的过程中，智能功率模块与电控板发生相对运动而使电控板不能正常工作，或者导致智能功率模块断裂而损坏智能功率模块。

本实用新型还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的智能功率模块。该智能功率模块的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型空调器中使用了上述智能功率模块，因此，本实用新型空调器的实施例包括上述智能功率模块全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性安装基板，其特征在于，所述柔性安装基板包括：

柔性金属衬底；

绝缘层和电路布线层，依次层叠于所述柔性金属衬底上的，所述电路布线层上设置有安装位，所述安装位用于安装功率组件。

2.如权利要求1所述的柔性安装基板，其特征在于，所述绝缘层的材料为热塑性材料、氧化铝、石棉以及无水乙醇的混合物。

3.如权利要求1所述的柔性安装基板，其特征在于，所述绝缘层的厚度范围为10-100μm。

4.如权利要求1所述的柔性安装基板，其特征在于，所述电路布线层的厚度范围为1-5μm。

5.如权利要求1至4任意一项所述的柔性安装基板，其特征在于，所述柔性金属衬底的材料为金属镍基带。

6.一种智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块包括功率组件及如权利要求1至5任意一项所述的柔性安装基板；

所述功率组件设置于所述柔性安装基板的电路布线层上设置的安装位上。

7.如权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述功率组件包括主控芯片和功率器件，所述功率器件和所述主控芯片通过金属线电连接。

8.如权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括对所述功率组件及所述柔性安装基板进行封装的封装壳体。

9.如权利要求6所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括引脚，所述引脚设置于所述柔性安装基板上，且通过金属线与所述功率组件电连接。

10.一种空调器，其特征在于，所述空调器包括如权利要求1至5任意一项所述的柔性安装基板；和/或，所述空调器包括如权利要求6至9任意一项所述的智能功率模块。

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