一種整體注塑封裝的智能功率模塊的製作方法
2023-07-16 08:37:06 1
一種整體注塑封裝的智能功率模塊的製作方法
【專利摘要】一種整體注塑封裝的智能功率模塊，它採用鋁基板作為功率器件的散熱基板，並以鋁基板的電路層作為控制電路載體，集成了驅動電路、功率器件，製成具有功率器件的驅動，過溫、過流的功率模塊，所述的鋁基板通過環氧樹脂的整體注塑與一體式引線框固定；所述的整體注塑的上表面與鋁基板固定連接，並與鋁基板的散熱表面形成有一定的邊沿臺階;所述的功率器件直接焊接於一體式引線框相應的銅層延生部分；所述的鋁基板上層有一層厚度在100-200um的絕緣層，在該絕緣層的上面設置有由電路拓撲結構決定的相應鍍銅層，該鍍銅層直接與一體式引線框的焊接面通過焊料連接;本實用新型在提高鋁基板散熱能力的同時也提高生產效率並節省引線框端子廢銅的成本，保證功率模塊的一致性以及整體可靠性。
【專利說明】一種整體注塑封裝的智能功率模塊
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種優化以鋁基板(IMS)做為承載功率組件的整體注塑封裝的智能功率模塊，該模塊採用鋁基板作為散熱基板以及電路層連接，採用一體式引線框結構和整體環氧樹脂注塑封裝，提高了智能功率模塊的熱容和抗震動能力，同時簡化了工藝流程。
[0002]【背景技術】:
[0003]智能功率模塊，S卩IPM (Intelligent Power Module)，不僅把功率開關器件IGBT和驅動電路集成在一起，而且還具有欠電壓、過電流和過熱等故障檢測、保護功能，並可將錯誤信號輸出至CPU。因此在系統發生負載事故或使用不當情況下，也可以保證IPM自身不受損壞。IPM以其高可靠性、低損耗、低開發成本正贏得越來越大的市場，尤其適合於驅動電機的變頻器和各種逆變電源。它是變頻調速，冶金機械，電力牽引，伺服驅動，變頻家電的一種非常理想的電力電子器件。
[0004]市場上大部分的智能功率模塊，採用的是DBC絕緣基板，與一體式引線框直接注塑封裝。這樣的結構，在工藝上簡潔，易生產，但是模塊的熱容較小。而採用鋁基板結構的智能功率模塊，
[0005]一般採用的是單獨、直立的端子結構，在生產上，難以保證一致性和量產。尤其，採用外殼封裝的結構，也難以使得端子達到抗震動的能力。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在於克服現有技術存在的不足，而提供一種結構合理，使用方便、可靠，能提高了智能功率模塊的工作性能，優化端子抗震動能力，實現批次性生產工藝要求的整體注塑封裝的智能功率模塊.[0007]本實用新型的目的是通過如下技術方案來完成的，所述的整體注塑封裝的智能功率模塊，它採用鋁基板作為功率器件的散熱基板，並以鋁基板的電路層作為控制電路載體，集成了驅動電路、功率器件，製成具有功率器件的驅動，過溫、過流的功率模塊，所述的鋁基板通過環氧樹脂的整體注塑與一體式引線框固定；所述的整體注塑的上表面與鋁基板固定連接，並與鋁基板的散熱表面形成有一定的邊沿臺階。
[0008]所述的功率器件直接焊接於一體式引線框相應的銅層延生部分；所述的鋁基板上層有一層厚度在100-200um的絕緣層，在該絕緣層的上面設置有由電路拓撲結構決定的相應鍍銅層，該鍍銅層直接與一體式弓I線框的焊接面通過焊料連接。
[0009]所述的一體式引線框的厚度在4-6_，所述一體式引線框的銅層放置在功率器件的下方；所述鋁基板的表面電路層包括了功率部分電路和驅動、保護電路，其中功率部分電路直接與一體式引線框的延生部分直接焊接，驅動、保護電路連接驅動1C、電容和電阻這些被動元器件。
[0010]本實用新型主要是針對鋁基板封裝的智能功率模塊固有缺點和生產工藝上的瓶頸，進行了針對性的設計和改善。[0011]首先，通過一體式引線框的端子結構改善，一方面，避免了單獨站立式端子形式的精度難以控制、產品一致性差的缺點。另一方，提供引線框銅層的延生，使得功率部分IGBT直接焊接於引線框上方，使得功率器件在垂直結構上，增加了熱容。這對於功率器件的過電流能力、高結溫波動能力，都大大增加。
[0012]其次，一體式注塑封裝的形式，可以將內部的鋁基板、一體式引線框端子、控制1C、功率器件等，都固定在環氧樹脂內。環氧樹脂的高絕緣、強耐腐蝕、高抗震動能力，都使得模塊在整體上避免了傳統鋁基板散熱模塊的直立式端子結構易鬆動，抗震動能力差的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型所述的整體注塑封裝的智能功率模塊三維立體示意圖。
[0014]圖2是本實用新型所述的整體注塑封裝的智能功率模塊中整體注塑與鋁基板的結合方式。
[0015]圖3是本實用新型所述的整體注塑封裝的智能功率模塊內部垂直結構分析圖。
[0016]圖4是本實用新型所述的整體注塑封裝的智能功率模塊內部垂直結構熱容差異分析圖。
[0017]圖5是本實用新型所述的整體注塑封裝的智能功率模塊端子與鋁基板的結合示意圖。
[0018]圖6是本實用新型所述的整體注塑封裝的智能功率模塊所用鋁基板分布說明圖。【具體實施方式】
[0019]下面將結合附圖及實施例對本實用新型做詳細的介紹:圖中所示，本實用新型所述的整體注塑封裝的智能功率模塊，它主要採用鋁基板作為功率器件的散熱基板，並以鋁基板的電路層作為控制電路載體，集成了驅動電路、功率器件，製成具有功率器件的驅動，過溫、過流的功率模塊，其特徵在於所述的鋁基板I通過環氧樹脂的整體注塑3與一體式引線框2固定；所述的整體注塑3的上表面與鋁基板固定連接，並與鋁基板的散熱表面形成有一定的邊沿臺階。
[0020]所述的功率器件6直接焊接於一體式引線框2相應的銅層延生部分；所述的鋁基板I上層有一層厚度在100-200um的絕緣層5，在該絕緣層5的上面設置有由電路拓撲結構決定的相應鍍銅層，該鍍銅層直接與一體式弓I線框的焊接面通過焊料連接。
[0021]所述的一體式引線框的厚度在4-6_，所述一體式引線框的銅層放置在功率器件的下方；所述鋁基板的表面電路層包括了功率部分電路和驅動、保護電路9，其中功率部分電路直接與一體式引線框的延生部分直接焊接，驅動、保護電路連接驅動1C、電容和電阻這些被動元器件。
[0022]本實用新型採用鋁基板作為其散熱基板，並採用整體注塑形式避免鋁基板絕緣粘合層的低抗振動能力，使得以鋁基板作為功率模塊散熱基板的弱點得意改善，整體性能優化。
[0023]所述的鋁基板，其絕緣層採用的是厚底小、導熱率高的高性能材料，使得整體的垂直結構上，模塊有著低熱阻特性，但是模塊依然有足夠的絕緣耐壓能力。
[0024]本實用新型採用的是一體式引線框形式封裝，在端子焊接階段，採用的是平面結構，而非傳統的垂直結構，可以有效的降低工藝難度，也提高了封裝的精度。
[0025]本實用新型採用整體注塑封裝的形式，利用環氧樹脂的高絕緣能力、高強度，將功率模塊底板、功率器件及驅動電路元器件、功率端子，都固定在模塊內部，提供高抗震動能力。
[0026]本實用新型將驅動、保護部分電路，也集成在散熱鋁基板一側。這部分電路擁有基本的驅動、保護等功能；驅動和保護電路擁有與功率電路相同的散熱基板。
[0027]實施例:
[0028]本實用新型是對現有技術的一種改進，它以鋁基板為散熱基板的智能功率模塊，在結構和生產工藝上，做了針對性的優化和改善，增強了功率器件的抗結溫波動能力，提高了端子的抗震動能力，優化了生產工藝的一致性和精度。
[0029]圖1所示，可以看到引線框一體式注塑封裝的智能功率模塊整體結構，鋁基板I和一體式引線框2通過環氧樹脂的整體注塑3進行固定。這樣的結構，使得鋁基板和剪裁後信號端子、功率端子整體固定。
[0030]圖2可以看到，環氧樹脂的注塑封裝3，在上表面會與鋁基板I散熱表面留有一定的臺階。因為鋁基板在焊接完成後，散熱表面會有一定的凹度，環氧樹脂的上沿與基板表面留出的一定高度差，首先保證功率模塊安裝時，散熱面能與散熱器結合緊密，降低接觸熱阻。
[0031]圖3所示的一體式引線框和功率器件、散熱基板的配合三維圖中，可以看到，功率器件6直接焊接於一體式引線框相應的銅層延生部分2。而鋁材料基板4上層，有一層厚度在100-200um的絕緣層5，該絕緣層，具有低厚度、高絕緣、高導熱係數等適合功率器件的特性。在絕緣層的上表面，是電路拓撲結構決定的相應的鍍銅層7，該鍍銅層直接與一體式引線框的焊接面直接配合，通過焊料8進行連接。
[0032]從上圖可以看到，通過一體式引線框的改善和延生，對於功率端子的抗震動性能，本身已經進行的提升。
[0033]從圖4所示的功率器件、一體式引線框、鋁基板垂直結構三維示意圖可以看到，由於絕緣層5雖然具有相對較高的熱阻，但是對於功率器件傳統的陶瓷A1203或者AlN而言，其熱阻差異是巨大的。因此，在功率器件下方放置的一體式引線框銅層，具有重要的意義。一般引線框採用5mm的厚度，這對於功率器件垂直方向的熱容改善有極大的提升。
[0034]圖5可以看到，傳統的功率端子或者信號端子3，在通過焊接與鋁基板電路層8連接。這樣的垂直結構，可以看到在傳統外殼封裝的形勢下，內部的端子實際上只有焊接層提供連接力。而鋁基板表面的電路層8，是通過與絕緣層7的粘合形成固定力，該固定力保證端子在一定程度和範圍內的振動。但是，這樣的連接形式，顯然對於端子的抗振動能力有極大的制約。首先，絕緣層與鋁基板的和表面電路層的連接，只是通過粘結形成，在較大的力作用下，會直接剝離。其次，外殼形式的封裝，本身對絕緣層的固定未起到任何作用。
[0035]因此，環氧樹脂注塑封裝的結構，對於端子抗振動和絕緣層抗剝離，顯然是極大的改善。環氧樹脂高強度的耐磨、耐壓能力，直接包裹端子下端、鋁基板的四周外圍，將所有的器件包含於功率模塊內部，絕緣層的作用，已經僅僅是絕緣耐壓，其弱粘結力已經不再給端子提供抗震動能力，完全避免了絕緣層的固有弱點。
[0036]從圖6可以看到，鋁基板的表面電路層，包括了功率部分電路2和驅動、保護電路9。功率部分電路，直接與一體式引線框結構的延生部分直接焊接，保證更大的結合力和過電流能力。驅動、保護部分電路，需要連接驅動1C、電容、電阻等被動元器件。鋁基板的散熱面積較大，驅動IC以及相關的電容、電阻器件，都可以在穩定的溫度下工作。對於這部分器件而言，顯然其散熱條件相比完全封裝於環氧樹脂內部的結構而言，顯得更為優越。
【權利要求】
1.一種整體注塑封裝的智能功率模塊，該智能功率模塊採用鋁基板作為功率器件的散熱基板，並以鋁基板的電路層作為控制電路載體，集成了驅動電路、功率器件，製成具有功率器件的驅動，過溫、過流的功率模塊，其特徵在於所述的鋁基板(I)通過環氧樹脂的整體注塑(3)與一體式引線框(2)固定；所述的整體注塑(3)的上表面與鋁基板固定連接，並與鋁基板的散熱表面形成有一定的邊沿臺階。
2.根據權利要求1所述的整體注塑封裝的智能功率模塊，其特徵在於所述的功率器件(6 )直接焊接於一體式引線框(2 )相應的銅層延生部分；所述的鋁基板(I)上層有一層厚度在100-200um的絕緣層(5)，在該絕緣層(5)的上面設置有由電路拓撲結構決定的相應鍍銅層，該鍍銅層直接與一體式弓I線框的焊接面通過焊料連接。
3.根據權利要求1所述的整體注塑封裝的智能功率模塊，其特徵在於所述的一體式引線框的厚度在4-6_，所述一體式引線框的銅層放置在功率器件的下方；所述鋁基板的表面電路層包括了功率部分電路和驅動、保護電路(9)，其中功率部分電路直接與一體式引線框的延生部分直接焊接，驅動、保護電路連接驅動1C、電容和電阻這些被動元器件。
【文檔編號】H01L23/31GK203774281SQ201420044918
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】汪水明, 戴志展 申請人:嘉興斯達微電子有限公司