智能功率模块及其制作方法、空调器与流程

本发明涉及电子封装技术领域，具体的，本发明涉及智能功率模块及其制作方法、空调器。

背景技术：

智能功率模块(ipm，intelligentpowermodule的缩写)，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。智能功率模块将功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块一方面接收微控制单元(mcu)的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将系统的状态检测信号送回mcu。与传统分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种理想电力电子器件。

ipm的功率开关器件，在运行过程中会产生热量对和高压驱动电路产生干扰，从而造成驱动芯片的功能混乱、烧毁从而造成整个模块的失效。现有避免功率开关器件对控制芯片产生干扰的办法是采用复合基板的方法，即控制芯片焊接在热导率较小的玻纤板上，开关器件焊接在热导率较大的铜框架上，开关器件和功率开关器件通过金属线进行连接，玻纤板焊接在铜框架上。其缺点在于，控制芯片和开关器件不在一个平面上，使连接开关器件和功率开关器件的金属线过长在封装过程中容易出现冲线，导致线路短路，影响模块制程的成品率。

技术实现要素：

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

本发明的发明人在研究过程中发现，将电路布线层和玻纤板都设置在基板上，可使设置在电路布线层上的功率开关器件与设置在玻纤板上的控制器件处于同一个平面上，如此，能有效地减短功率开关器件和控制器件之间连接的金属线长度，从而有利于降低封装过程中冲线的风险，进而避免封装后的智能功率模块线路易短路的技术问题，使智能功率模块的成品率更高。

有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种功率开关器件与控制器件之间金属线长度更短、封装成品率更高的智能功率模块。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种智能功率模块。

根据本发明的实施例，所述智能功率模块包括：基板；电路布线层，所述电路布线层设置在所述基板的上表面；玻纤板，所述玻纤板设置在所述基板的上表面，且所述玻纤板在所述基板上的正投影与所述电路布线层在所述基板上的正投影不重合；功率开关器件，所述功率开关器件设置在所述电路布线层的上表面；控制器件，所述控制器件设置在所述玻纤板的上表面；金属线，所述金属线分别与所述功率开关器件和所述控制器件接触。

发明人经过研究发现，本发明实施例的智能功率模块，其电路布线层和玻纤板都直接设置在基板上，可使设置在电路布线层上的功率开关器件与设置在玻纤板上的控制器件处于同一个平面上，如此，能有效地减短功率开关器件和控制器件之间连接的金属线长度，从而有利于降低封装过程中冲线的风险，进而避免封装后的智能功率模块线路易短路的技术问题，使智能功率模块的成品率更高。

另外，根据本发明上述实施例的智能功率模块。还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述基板由陶瓷形成。

根据本发明的实施例，所述基板由金属形成，且所述基板与所述电路布线层、所述玻纤板之间设置有绝缘层。

根据本发明的实施例，所述金属线的直径为40～400微米。

根据本发明的实施例，所述智能功率模块进一步包括：引脚，所述引脚设置在所述玻纤板的上表面。

根据本发明的实施例，所述智能功率模块进一步包括：封装层，所述基板、所述电路布线层、所述玻纤板、所述功率开关器件、所述控制器件和所述金属线封装于所述封装层中。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种制作智能功率模块的方法。

根据本发明的实施例，所述方法包括：在所述基板的上表面形成电路布线层；在所述基板的上表面形成玻纤板，且所述玻纤板在所述基板上的正投影与所述电路布线层在所述基板上的正投影不重合；在所述电路布线层的上表面安装功率开关器件；在所述玻纤板的上表面安装控制器件；将金属线与所述功率开关器件、所述控制器件连接。

发明人经过研究发现，采用本发明实施例的制作方法，可在基板上表面形成金属布线层和玻纤板，且分别在属布线层和玻纤板上安装功率开关器件和控制器件，如此，可使制作出的智能功率模块中功率开关器件与控制器件之间金属线更短，从而在封装过程中冲线发生的概率更低，进而使制作出的智能功率模块的成品率更高。

另外，根据本发明上述实施例的制作方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：将引脚焊接在所述玻纤板的上表面。

根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：将所述基板、所述电路布线层、所述玻纤板、所述功率开关器件、所述控制器件和所述金属线封装在封装层中。

在本发明的第三方面，本发明提出了一种空调器。

根据本发明的实施例，所述空调器包括上述的智能功率模块。

发明人经过研究发现，本发明实施例的空调器，其智能功率模块的良品率更高，从而可使空调器的使用寿命更长、成本更低。本领域技术人员能够理解的是，前面针对智能功率模块所描述的特征和优点，仍适用于该空调器，在此不再赘述。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述的方面结合下面附图对实施例的描述进行解释，其中：

图1是本发明一个实施例的智能功率模块的纵截面结构示意图；

图2是本发明另一个实施例的智能功率模块的纵截面结构示意图；

图3是本发明另一个实施例的智能功率模块的纵截面结构示意图；

图4是本发明一个实施例的制作智能功率模块的方法流程图；

图5是本发明另一个实施例的制作智能功率模块的方法流程图。

附图标记

100基板

200电路布线层

300玻纤板

400功率开关器件

500控制器件

600金属线

700引脚

800封装层

900绝缘层

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，本技术领域人员会理解，下面实施例旨在用于解释本发明，而不应视为对本发明的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种智能功率模块。

根据本发明的实施例，参考图1，智能功率模块可包括基板100、电路布线层200、玻纤板300、功率开关器件400、控制器件500和金属线600；其中，电路布线层200设置在基板100的上表面；玻纤板300也设置在基板100的上表面，且玻纤板300在基板100上的正投影与电路布线层200在基板100上的正投影不重合；功率开关器件400设置在电路布线层200的上表面；控制器件500设置在玻纤板300的上表面；而金属线600分别与功率开关器件400和控制器件500接触。

本发明的发明人在研究过程中发现，现有的功率开关器件中控制芯片安装在热导率较小的玻纤板上，玻纤板是设置在铜框架上，而开关器件是直接安装在热导率较大的铜框架上，所以，开关器件和功率开关器件通过金属线进行连接后，由于间距在1厘米左右的控制芯片和开关器件不在一个平面上，会导致金属线过长而容易在封装过程中被冲断。所以，发明人将电路布线层200和玻纤板300都直接设置在基板100上，可使设置在电路布线层200上的功率开关器件400与设置在玻纤板300上的控制器件500处于同一个平面上，如此，能有效地减短功率开关器件400和控制器件500之间连接的金属线600的长度，从而会减小封装过程中冲线的概率，进而提高智能功率模块的成品率。

在本发明的一些实施例中，基板100可以由陶瓷形成，具体例如氧化铝或氮化铝等陶瓷材料，如此，采用低热导且电绝缘的陶瓷基板100，不仅能隔绝电路布线层向玻纤层300的热量传导，且无需基板100的上表面还无需绝缘层就能对电路布线层与玻纤层300起到电绝缘的作用。

在本发明的另一些实施例中，参考图2，基板100还可由金属形成，具体例如铝等金属，且基板100与电路布线层200、玻纤板300之间可设置有绝缘层900，如此，采用高导热的铝等金属材料形成的基板100，可加速散去智能功率模块工作时功率开关器件400产生的热量，且电绝缘的绝缘层900又能将导电的金属的基板100与金属布线层200隔离，并能防止金属的基板100将热量传导给玻纤板300。

在本发明的一些实施例中，金属线600的直径可以为40～400微米，具体例如100微米等，如此，采用上述微米级的铝金属线，即使功率开关器件400与控制器件500之间的间距达到1厘米以上，只要功率开关器件400与控制器件500处于同一个平面上，也能显著地减短功率开关器件400与控制器件500之间金属线600的长度，从而有效地减小封装过程中金属线600容易被冲线的概率。

在本发明的一些事实例中，电路布线层200和玻纤板300各自的厚度可以为50～100微米，具体例如70微米等，如此，采用上述微米级厚度的电路布线层200和玻纤板300，可充分地使功率开关器件400与控制器件500处于同一个平面上，进而显著地减短功率开关器件400与控制器件500之间金属线600的长度。

根据本发明的实施例，电路布线层200的横截面形状不受特别的限制，本领域技术人员可以根据智能功率模块的实际电路设计来规划电路布线层200的形状，来实现该智能功率模块的实际功能。

根据本发明的实施例，功率开关器件400的具体类型或实际结构，具体例如氮化镓功率元件、硅基功率元件或碳化硅功率元件等，本领域技术人员可根据该智能功率模块的实际功能进行相应地选择和设计，以氮化镓(gan)功率元件为例，可包括位于同一平面的源极、漏记和栅极。根据本发明的实施例，控制器件500的具体类型或实际结构，本领域技术人员可根据该智能功率模块的实际功能进行相应地选择和设计，在此不再赘述。

根据本发明的实施例，参考图3，智能功率模块可进一步包括引脚700，引脚700设置在玻纤板300的上表面，如此，引脚700可以通过金属线与功率开关器件400、控制器件500电连接，从而通过与各个引脚700的电连接，可实现智能功率模块的变频调速、冶金机械、电力牵引或伺服驱动等功能。

根据本发明的实施例，参考图3，智能功率模块进一步包括封装层800，基板100、电路布线层200、玻纤板300、功率开关器件400、控制器件500和金属线600封装于封装层800中，如此，封装层800可对智能功率模块内部的电路和元件进行保护。

综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种智能功率模块，其电路布线层和玻纤板都直接设置在基板上，可使设置在电路布线层上的功率开关器件与设置在玻纤板上的控制器件处于同一个平面上，如此，能有效地减短功率开关器件和控制器件之间连接的金属线长度，从而有利于降低封装过程中冲线的风险，进而避免封装后的智能功率模块线路易短路的技术问题，使智能功率模块的成品率更高。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种制作智能功率模块的方法。根据本发明的实施例，参考图4，该制作方法包括：

s100：在基板的上表面形成电路布线层。

在该步骤中，可以直接在基板100的上表面形成电路布线层200，具体可以在陶瓷的基板100先铺设铜箔再刻蚀铜箔并形成预设形状的电路布线层200。

在本发明的一些事实例中，对于铝等金属的基板100，可预先在基板100的上表面形成整层的绝缘层900，如此再在绝缘层900远离基板100的上表面形成电路布线层200，如此，可使导电的金属基板100与电路布线层200电绝缘。

s200：在基板的上表面形成玻纤板。

在该步骤中，可以直接在基板的上表面贴附玻纤板300，且玻纤板300在基板100上的正投影与电路布线层200在基板100上的正投影不重合，如此，可使玻纤板300与电路布线层200同层设置。

在本发明的一些事实例中，对于铝等金属的基板100，可在绝缘层900远离基板100的上表面形成玻纤板300，且玻纤板300在基板100上的正投影与电路布线层200在基板100上的正投影不重合，如此，同样可使玻纤板300与电路布线层200同层设置。

s300：在电路布线层的上表面安装功率开关器件。

在该步骤中，可以在步骤s100形成的电路布线层200远离基板100的上表面，安装功率开关器件400，具体可通过贴片机将功率开关器件400焊设于电路布线层200对应的安装位上，或者采用倒装工艺将功率开关器件400焊设于电路布线层200对应的安装位上。

s400：在玻纤板的上表面安装控制器件。

在该步骤中，可以在步骤s200形成的玻纤板300远离基板100的上表面，安装控制器件500，具体可通过贴片机将控制器件500焊设于玻纤板300对应的安装位上，或者采用倒装工艺将控制器件500焊设于玻纤板300对应的安装位上。

s500：将金属线与功率开关器件、控制器件连接。

在该步骤中，将金属线600的两端分别与功率开关器件400、控制器件500焊接，如此，可使控制器件500输出的控制信号传输至功率开关器件400，从而实现功率开关器件400的导通或截止。

在本发明的一些实施例中，参考图5，该制作方法还可进一步包括：

s600：将引脚焊接在玻纤板的上表面。

在该步骤中，可以在步骤s200形成的玻纤板300远离基板100的上表面，将引脚700焊接于对应的位置，并通过金属线或电路布线层与功率开关器件或控制器件电连接，如此，通过引脚700传输电信号，可实现智能功率模块的变频调速、冶金机械、电力牵引或伺服驱动等功能。

s700：将基板、电路布线层、玻纤板、功率开关器件、控制器件和金属线封装在封装层中。

在该步骤中，可以将步骤s500的基板100、电路布线层200、玻纤板300、功率开关器件400、控制器件500和金属线600等需要保护的功能部件都封装于封装层800中，以环氧树脂材料为例，具体可预先成型封装层800再进行封装，且引脚700的部分外露于封装层800。

综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种制作方法，可在基板上表面形成金属布线层和玻纤板，且分别在属布线层和玻纤板上安装功率开关器件和控制器件，如此，可使制作出的智能功率模块中功率开关器件与控制器件之间金属线更短，从而在封装过程中冲线发生的概率更低，进而使制作出的智能功率模块的成品率更高。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种空调器。根据本发明的实施例，空调器包括上述的智能功率模块。

需要说明的是，除了上述的智能功率模块以外，该空调器还包括必要的组成和结构，具体例如风机、压缩机、换热器、节流组件、导风部件、底盘、面板等，本领域技术人员可根据该空调器的功能进行相应地设计和补充，在此不再赘述。

综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种空调器，其智能功率模块的良品率更高，从而可使空调器的使用寿命更长、成本更低。本领域技术人员能够理解的是，前面针对智能功率模块所描述的特征和优点，仍适用于该空调器，在此不再赘述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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发明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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。