智能功率模块的制作方法

1.本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种智能功率模块。


背景技术：

2.相关技术中，智能功率模块采用热固性塑封料注塑成型工艺，热固性塑封过程中存在合模力，合模力会导致绝缘层出现裂纹或分层现象，使智能功率模块存在安全隐患，同时热固性塑封料注塑成型工艺，注塑成型时间长，且需要专用的注塑成型设备和模具，从而存在生产效率低、成本高的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种智能功率模块，所述智能功率模块可以省去热固性塑封过程，降低生产成本。
4.根据本实用新型实施例的智能功率模块，包括：电路板，所述电路板上设有元器件；外壳，所述外壳形成为环形，所述外壳的轴向一端与所述电路板连接，所述外壳和所述电路板共同限定出封装空间；金属框架，所述金属框架的部分固定在所述外壳内，所述金属框架的位于所述封装空间内的一端与所述电路板连接；封装件，所述封装件填充在所述封装空间内以将所述元器件封装在所述电路板上。
5.根据本实用新型实施例的智能功率模块，通过将金属框架的部分固定在外壳内，在智能功率模块制作过程中，先将外壳与电路板连接，再将金属框架与电路板连接，最后在封装空间内填充封装件，从而省去了热固性塑封过程，使智能功率模块的绝缘层避免出现裂纹分层现象，提高了智能功率模块的安全性，同时提高了智能功率模块的生产效率，降低了生产成本。
6.根据本实用新型的一些实施例，所述外壳的轴向一端与所述电路板通过密封胶粘结连接。
7.根据本实用新型的一些实施例，所述外壳的靠近所述电路板的一端的外边缘设有朝向所述电路板延伸的限位部，所述限位部环绕所述电路板设置。
8.根据本实用新型的一些实施例，所述外壳与所述金属框架注塑成型。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述外壳为塑料件。
10.根据本实用新型的一些实施例，所述外壳为pps件、pbt件、pet件、pi件、psu件、环氧树脂件、酚醛树脂件、蜜胺树脂件或不饱合聚酯树脂件。。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述电路板包括依次层叠设置的金属基板、绝缘层和铜箔层，所述元器件设在所述电路板的具有所述铜箔层的一侧且与所述铜箔层连接。
12.在本实用新型的一些实施例中，所述金属基板为铝基板或铜基板。
13.在本实用新型的一些实施例中，所述绝缘层的厚度为0.05mm-0.3mm。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述电路板包括依次层叠设置的陶瓷基板和铜箔层，所述元器件设在所述电路板的具有所述铜箔层的一侧且与所述铜箔层连接。
15.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
16.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：
17.图1是根据本实用新型实施例的智能功率模块的截面图；
18.图2是根据本实用新型实施例的智能功率模块的俯视图；
19.图3是根据本实用新型实施例的智能功率模块的涂密封胶示意图；
20.图4是根据本实用新型实施例的智能功率模块的基板焊料印刷图；
21.图5是根据本实用新型实施例的智能功率模块的贴片、固晶、清洗图；
22.图6是根据本实用新型实施例的智能功率模块的绑线键合图；
23.图7是根据本实用新型实施例的智能功率模块的基板半成品装配图；
24.图8是根据本实用新型实施例的智能功率模块的热压焊接图；
25.图9是根据本实用新型实施例的智能功率模块的灌胶图。
26.附图标记：
27.100、智能功率模块；
28.1、电路板；11、金属基板；12、绝缘层；13、铜箔层；
29.2、外壳；21、限位部；
30.3、金属框架；31、引脚；
31.4、封装件；
32.5、封装空间；
33.6、元器件；61、有源元件；62、无源元件；
34.7、金属键合线；
35.8、热压块；
36.9、密封胶。
具体实施方式
37.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。
38.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
39.下面参考附图描述根据本实用新型实施例的智能功率模块100。
40.如图1所示，根据本实用新型实施例的智能功率模块100，包括电路板1、外壳2、金属框架3和封装件4。
41.如图1所示，电路板1上设有元器件6。通过将元器件6设在电路板1上，使元器件6组成电路板1上电路结构的一部分。
42.具体地，在本实用新型的一个示例中，如图1和图2所示，电路板1形成为长方形，电路板1上可以设有多个元器件6，多个元器件6通过回流焊接的方式固定在电路板1上。焊接连接具有工艺简单和加工效率高的优点，通过焊接连接可以实现元器件6与电路板1的可靠连接。此外，在保证元器件6与电路板1连接可靠的同时还可以降低成本。
43.其中，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。例如，元器件6可以为两个、三个、四个等。元器件6的具体数量，可以根据智能功率模块100的具体规格型号调整设计，本实用新型对此不作限定。
44.如图1和图2所示，外壳2形成为环形，外壳2的轴向一端与电路板1连接，外壳2和电路板1共同限定出封装空间5。通过将电路板1与外壳2的轴向一端连接，使电路板1被保护在外壳2内，提高了使用电路板1的安全性。
45.在本实用新型的一个示例中，如图1和图2所示，外壳2形成为两端敞开的环形结构，电路板1与外壳2的轴向一端相连，并将外壳2的轴向一端进行封堵，外壳2的轴向另一端敞开，外壳2和电路板1共同限定出封装空间5，封装空间5的顶部敞开，元器件6设在电路板1上且位于封装空间5内。
46.如图1所示，金属框架3的部分固定在外壳2内，金属框架3的两端位于外壳2外，金属框架3的位于封装空间5内的一端与电路板1连接。在智能功率模块100制作的过程中，可以先将金属框架3部分固定在外壳2内，再将外壳2与电路板1连接，再将金属框架3与电路板1连接，使金属框架3可以更可靠的与电路板1连接，提高了智能功率模块100的可靠性，同时将金属框架3与电路板1连接，实现电路板1的电连接。
47.在本实用新型的一个示例中，如图1和图8所示，金属框架3的位于封装空间5内的一端为金属框架3的一个引脚31，金属框架3的引脚31通过热压块8热压焊接的方式将金属框架3与电路板1连接。其中，热压焊接的温度为300℃～306℃，时间为3s～5s,压力为1.0n。
48.在相关技术中，金属框架与电路板通过回流焊焊接，由于回流焊是高温，金属框架受热膨胀，并在膨胀状态下实现固化焊接，在金属框架冷却后，会发生收缩，金属框架中的引脚收缩不平衡就会产生内应力。本实用新型采用的是热压焊接的方式，可以同时对多个引脚31进行焊接，并且由热压的时间、温度和压力都有固定要求，可以避免金属框架3的引脚31收缩不平衡，从而提高了智能功率模块100的安全性和可靠性。
49.如图1和图8所示，封装件4填充在封装空间5内以将元器件6封装在电路板1上。由于外壳2和电路板1限定出封装空间5，使封装件4可以直接填充在封装空间5内进行烘烤固化，提高了智能功率模块100的生产效率，降低了生产成本。
50.其中，封装件4可以为环氧树脂、氧化铝、导热填充材料等材料制成。
51.在相关技术中，智能功率模块采用的是热固性塑封料注塑成型工艺，在合模过程中，金属框架为了适应模具的位置，会被拉扯或者压缩，从而导致引脚焊接区域出现裂纹、分层的现象，使智能功率模块存在安全隐患，导致智能功率模块无法批量生产。本实用新型采用的是将封装件4直接填充在封装空间5内，省去了热固性塑封过程，避免金属框架3被拉扯或压缩，避免出现裂纹、分层的现象，提高了智能功率模块100的安全性和可靠性。
52.根据本实用新型实施例的智能功率模块100，通过将金属框架3的部分固定在外壳
2内，在智能功率模块100制作过程中，先将外壳2与电路板1连接，再将金属框架3与电路板1连接，最后在封装空间5内填充封装件4，从而省去了热固性塑封过程，使智能功率模块100的绝缘层12避免出现裂纹分层现象，提高了智能功率模块100的安全性，同时提高了智能功率模块100的生产效率，降低了生产成本。
53.根据本实用新型的一些实施例，如图1和图3所示，外壳2的轴向一端与电路板1通过密封胶9粘接连接。通过使用密封胶9与电路板1连接，提高了外壳2与电路板1之间连接的可靠性，另外，密封胶9可以起到密封的作用，从而更好的实现智能功率模块100的密封要求，保证智能功率模块100工作的可靠性。另外，使金属框架3的引脚31可以更好地贴合电路板1，从而可以使金属框架3的引脚31与电路板1连接更可靠，提高了智能功率模块100的安全性，同时外壳2使用密封胶9粘连连接电路板1，操作简单，便于装配，可以提高装配的效率。
54.可选地，密封胶9可以为环氧树脂固化物、氨基树脂固化物、酚醛树脂和有机硅树脂中的一种。
55.具体地，在本实用新型的一些示例中，如图1和图3所示，密封胶9形成为环形，设在电路板1的上表面，可以将外壳2粘接在电路板1上，提高外壳2固定的可靠性，同时更好的实现对智能功率模块100的密封，另外可以使引脚31更好地贴合电路板1。
56.根据本实用新型的一些实施例，如图1所示，外壳2的靠近电路板1的一端的外边缘设有朝向电路板1延伸的限位部21，限位部21环绕电路板1设置。通过设置外壳2的限位部21，将电路板1包裹在外壳2的内部，从而可以更好地保护电路板1，提高智能功率模块100的安全性。
57.例如，在本实用新型的一些示例中，如图1和图3所示，智能功率模块100采用的是半包封的形式，外壳2的限位部21将电路板1的侧壁都包裹在外壳2的内部，同时，外壳2的下表面与电路板1的下表面在同一平面上，使电路板1的下表面裸露在限位部21的外侧。将电路板1的下表面裸露在外侧，使电路板1可以更好地导热，提高了智能功率模块100的导热性。
58.根据本实用新型的一些实施例，外壳2与金属框架3注塑成型。通过将外壳2与金属框架3注塑成型，使外壳2与金属框架3为一体成型件，不仅可以保证外壳2与金属框架3连接结构、性能稳定性，并且成型方便、制造简单，而且省去了多余的装配件以及连接工序，提高了智能功率模块100的加工效率，降低了成本。
59.例如，在本实用新型的一个示例中，如图1和图7所示，将金属框架3通过模具注塑在外壳2内，形成为一体件，然后与电路板1通过密封胶9粘连在一起，再通过热压块8热压焊接金属框架3的引脚31连接电路板1。整个过程简单、可控，提高了智能功率模块100的可靠性。
60.根据本实用新型的一些实施例，外壳2为塑料件。塑料件注塑成型快，成本低，可以提高智能功率模块100的生产效率，降低生产成本。其中，外壳2的热膨胀系数为18x10-n
ppm/℃-24x10-n
ppm/℃。
61.根据本实用新型的一些实施例，外壳2为pps(polyphenylene sulfide)件、pbt(polybutylene terephthalate)件、pet(polyethylene glycol terephthalate)件、pi(polyimide)件、psu(polysulfone)件、环氧树脂件、酚醛树脂件、蜜胺树脂件或不饱合聚酯
树脂件。
62.根据本实用新型的一些实施例，如图1所示，电路板1包括依次层叠设置的金属基板11、绝缘层12和铜箔层13，元器件6设在电路板1的具有铜箔层13的一侧且与铜箔层13连接。以金属基板11为衬底，可以将智能功率模块100的热量传递到金属基板11上使芯片降温，防止瞬间过热导致芯片烧毁，绝缘层12可以使得铜箔层13和金属基板11绝缘，避免铜箔层13上的电路结构短路，保证智能功率模块100工作的可靠性。其中，绝缘层12的内部填料包括二氧化硅、氧化铝、氮化硼、氮化铝、碳化硅中的一种。
63.例如，在本实用新型的一个示例中，如图1和图6所示，金属基板11为智能功率模块100的衬底，绝缘层12设在金属基板11和铜箔层13之间，铜箔层13设在绝缘层12的上表面，多个元器件6设在铜箔层13的上表面，多个元器件6包括有源元件61和无源元件62，有源元件61之间连接有金属键合线7，有源元件61和无源元件62与铜箔层13通过金属回流焊接连接在一起，有源元件61和无源元件62与铜箔层13形成电路结构。其中，将电路板1、多个元器件6和金属键合线7通过绑线机绑连接为一体，加工成如图6所示的基板半成品，再将外壳2粘接在基板半成品上，将金属框架3的引脚31通过热压焊接的方式与铜箔层13的上表面贴合，最后将封装件4灌封在封装空间5内，从而制成智能功率模块100，降低了智能功率模块100的装配难度，提高了智能功率模块100的装配效率。
64.其中，金属键合线7为铝件、铜件或金件。
65.根据本实用新型的一些实施例，金属基板11为铝基板或铜基板。使用铝基板和铜基板，可以提高智能功率模块100的散热性。
66.由于铝基板的重量轻，导热性更好，优选地，金属基板11为铝基板。
67.根据本实用新型的一些实施例，绝缘层12的厚度为0.05mm-0.3mm。通过规定绝缘层12的厚度，由此可以更好的实现铜箔层13和金属基板11之间的绝缘连接，从而避免绝缘层12被击穿，提高了智能功率模块100的安全性。例如，绝缘层12的厚度可以为0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.155mm、0.2mm、0.25mm、0.255mm、0.3mm等。
68.其中，绝缘层12的导热系数是1.0w/mk-12.0w/mk。例如绝缘层12的导热系数可以为1.0w/mk、2.0w/mk、3.0w/mk、4.0w/mk、5.0w/mk、6.0w/mk、7.0w/mk、8.0w/mk、9.0w/mk、10.0w/mk、11.0w/mk、12.0w/mk等。由于绝缘层12的导热性好，从而可以将芯片中的热量传递到金属基板11上使芯片降温，提高了智能功率模块100的导热能力。
69.根据本实用新型的一些实施例，封装件4的导热系数大于0.8w/mk,热膨胀系数为18x10-n
ppm/℃-24x10-n
ppm/℃。由于封装件4的导热系数大于0.8w/mk，从而可以使智能功率模块100可以更好地散热。
70.根据本实用新型的一些实施例，外壳2的热膨胀系数为18x10-n
ppm/℃-24x10-n
ppm/℃。密封胶9的热膨胀系数、外壳2的热膨胀系数、金属衬底的热膨胀系数和封装件4的热膨胀系数保持接近，使密封胶9、外壳2、金属衬底和封装件4的匹配性好，使智能功率模块100不易发生翘曲，提高了智能功率模块100的可靠性。
71.根据本实用新型的一些实施例，电路板1包括依次层叠设置的陶瓷基板和铜箔层13，元器件6设在电路板1的具有铜箔层13的一侧且与铜箔层13连接。采用电绝缘的陶瓷基板，使基板可以省略绝缘层12方案，降低电路板1的厚度，从而降低了智能功率模块100的厚度，同时陶瓷基板的导热性好，有利于智能功率模块100的散热，避免智能功率模块100瞬间
过热导致芯片烧毁。
72.例如，在本实用新型的一个示例中，陶瓷基板为智能功率模块100的衬底，铜箔层13设在陶瓷基板的上表面，多个元器件6设在铜箔层13的上表面，多个元器件6包括有源元件61和无源元件62，有源元件61之间连接有金属键合线7，有源元件61和无源元件62与铜箔层13通过金属回流焊接连接在一起，有源元件61和无源元件62与铜箔层13形成电路结构。
73.本实用新型还提供用于制备上述智能功率模块100的方法，包括以下步骤：
74.步骤s1，将金属框架3通过模具注塑在塑料外壳2内，形成为一体；
75.步骤s2，将外壳2的轴向一端涂上密封胶9；(如图3所示)
76.步骤s3，在金属基板11的铜箔层13上表面刷上锡膏；(如图4所示)
77.步骤s4，将有源元件61和无源元件62电阻电容贴通过回流焊接的方式固定在电路板1的铜箔层13上，得到基板半成品；(如图5所示)
78.步骤s5，将s4获得的半成品放在清洗机内清洗并用金属键合线7将元器件6连接在一起；(如图6所示)
79.步骤s6，将s5清洗后的半成品与s1组装并高温烘烤固化，固化温度100℃～150℃时间30min-60min，全程氮气保护；(如图7所示)
80.步骤s7，将s6得到的半成品引线框架中的引脚31用热压块8热压焊接的方式将金属框架3与金属基板11连接。热压焊接温度300℃～306℃，时间3-5s,压力1.0n；(如图8所示)
81.步骤s8，将s7获得的半成品用环氧树脂灌封并进行两次烘烤固化，第一次烘烤固化的固化温度为80℃～100℃，时间为20～30min,第二次烘烤固化的固化温度为1200℃～150℃,时间为60min～90min；
82.步骤s9，将s8获得的半成品用切筋成型模具切筋成型后得到智能功率模块100。(如图9所示)
83.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
84.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。