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CN114899161A - 一种模块及其制造方法 - Google Patents

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CN114899161A
CN114899161A CN202210504795.4A CN202210504795A CN114899161A CN 114899161 A CN114899161 A CN 114899161A CN 202210504795 A CN202210504795 A CN 202210504795A CN 114899161 A CN114899161 A CN 114899161A
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metal plate
chip
module
power device
welding
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冯宇翔
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Guangdong Huixin Semiconductor Co Ltd
Original Assignee
Guangdong Huixin Semiconductor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明提供了一种模块及其制造方法，包括：塑封外壳、设置在所述塑封外壳内的金属板、绝缘层、引线框架电路层、散热片、功率器件芯片、快速恢复二极管芯片、铝线、驱动IC芯片、容阻器件以及设置在所述金属板两侧的引脚，所述绝缘层贴设在所述金属板的两侧面上，所述绝缘层的表面分别贴设在所述引线框架电路层，所述引线框架电路层上分别贴设所述散热片、所述驱动IC芯片及所述容阻器件实现电连接，所述散热片上分别贴设所述功率器件芯片和所述快速恢复二极管芯片实现电连接，所述引脚与外部电路板电连接。本发明节省模块在电控板上的安装空间，提升模块安装效率；将上述的器件安装在塑封外壳内，可以对内部的器件起到保护的效果。

Description

一种模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及模块化智能功率系统技术领域，尤其涉及一种模块及其制造方法。
背景技术
随着社会在不断的进步，电器设备的需求也在不断的发展。功率器件即模块化智能功率系统MIPS(Module Intelligent Power System)是一种将电力电子和集成电路技术相结合的功率驱动类产品，MIPS不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU或DSP作中断处理。它由高速低功耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保障MIPS自身不受损坏。MIPS一般使用IGBT作为功率开关元件，并内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。传统的智能功率模块一般采用高压驱动IC驱动IGBT，一般有一颗6路三相全桥驱动，广泛应用于工控、家电等领域。
现有MIPS模块化智能功率系统IC驱动控制电路、MIPS采样放大电路以及PFC电流保护电路等低压控制电路与高压功率器件组成的逆变电路布局到同一板上，可控制单个直流马达的运转。为响应市场节能变频的需求越来越多的MIPS模块被应用到白色家电中，而且有些家电甚至会用到多个MIPS模块，例如一台空调的压缩机、外机散热风扇、内机风扇各需要用到1个MIPS模块，因此市场上出现了一个模块内部集成多个逆变单元的模块，但是多个逆变单元都布局在铝金属板的同一侧模块的体积也相应的增大了，而面对市场小型化、低成本竞争，对MIPS模块化智能功率系统提出了更高的要求。
然而，采用上述的功率模块整体安装麻烦，占用大量的安装空间，生产效率低，控制马达的运转效果差，适用范围小。
发明内容
针对以上相关技术的不足，本发明提出一种有效节省安装空间、控制效果好、生产效率高的模块及其制造方法。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种模块，包括：塑封外壳、设置在所述塑封外壳内的金属板、绝缘层、引线框架电路层、散热片、功率器件芯片、快速恢复二极管芯片、铝线、驱动IC芯片、容阻器件以及设置在所述金属板两侧的引脚，所述绝缘层贴设在所述金属板的两侧面上，所述绝缘层的表面分别贴设在所述引线框架电路层，所述引线框架电路层上分别贴设所述散热片、所述驱动IC芯片及所述容阻器件实现电连接，所述散热片上分别贴设所述功率器件芯片和所述快速恢复二极管芯片实现电连接，所述引脚与外部电路板电连接。
优选的，所述金属板内贯穿设置有多个散热孔。
优选的，所述多个散热孔均匀分布在所述金属板内。
优选的，所述多个散热孔为圆形结构。
优选的，所述铝线包括粗铝线和细铝线，所述粗铝线分别连接在所述功率器件芯片、所述快速恢复二极管芯片及所述引线框架电路层上，所述细铝线分别连接在所述功率器件芯片、所述引线框架电路层上。
优选的，所述引线框架电路层为铜引线框架电路层。
优选的，所述金属板为铜板或铝板。
优选的，所述绝缘层为环氧树脂材料制成。
优选的，所述功率器件芯片为IGBT芯片。
第二方面，本发明实施例还提供一种模块的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
S1、层压：在金属板两侧各附一层绝缘层并在薄片外侧附上铜质引线框架，放入层压机压合为一个整体作为模块的基板；
S2、软料焊接：在氮气保护的环境下将铜质散热片加热到350℃左右，在散热片表面涂一层熔点330℃的焊料并将功率器件芯片、快速恢复二极管芯片贴装到散热片上；
S3、第一次锡膏印刷：在金属板上贴装器件位置刷上熔点280℃的锡膏；
S4、第一次SMT贴片：将贴装了功率器件的散热片组件、电容、电阻贴装到所述散热片上；
S5、第一次芯片安装：将驱动IC芯片贴装到金属板上；
S6、第一次安装引脚：将引脚贴装在金属板对应的焊点上；
S7、第一次回流焊接：产品通过峰值温度设置为300℃的回流炉将所述功率器件芯片固化到金属板上；
S8、第二次锡膏印刷：在金属板上贴装器件位置刷上熔点210℃的锡膏；
S9、第二次SMT贴片：将贴装了功率器件的散热片组件、电容、电阻贴装到散热片上；
S10、第二次芯片安装：将驱动芯片贴装在金属板上；
S11、第二次安装引脚：将引脚贴装在金属板对应的焊点上；
S12、第二次回流焊接：产品通过峰值温度设置为230℃的回流炉将所述功率器件芯片固化到金属板上；
S13、超声波清洗：通过超声波除去产品表面残留的助焊剂；
S14、粗铝线焊接：在功率器件芯片漏极焊点、快速恢复二极管芯片焊点、金属板焊点间焊接直径20mil的铝线以实现它们之间的电连接；
S15、细铝线焊接：在驱动IC芯片焊点与金属板焊点、功率器件芯片的栅极焊点与金属板焊点间焊接直径1.5mil的铝线实现它们之间的电连接；
S16、注塑固定：通过注塑使所述产品封装到塑封料的内部；
S17、激光打标：在所述产品塑封料的外壳上打上产品信息；
S18、制造成型：将引脚冲裁、折弯成需要的形状。
与相关技术相比，本发明通过将所述绝缘层贴设在所述金属板的两侧面上，通过层压工艺在金属板两面安装电路布线，分别贴装元件构成完整的逆变单元；两个面使用不同熔点的锡膏贴装元件，防止第二面回流焊时第一面元件脱离金属板；将所述绝缘层的表面分别贴设在所述引线框架电路层，所述引线框架电路层上分别贴设所述散热片、所述驱动IC芯片及所述容阻器件实现电连接，所述散热片上分别贴设功率器件芯片和所述快速恢复二极管芯片实现电连接，所述引脚与外部电路板电连接；通过在金属板两个面分别贴装元件构成完整的逆变电路，单个模块占用电控板面积不变的情况下可同时控制两个直流马达的运转；不需要外接散热器，节省模块在电控板上的安装空间，提升模块安装效率；将上述的器件安装在塑封外壳内，可以对内部的器件起到保护的效果。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：
图1为本发明模块的结构示意图；
图2为本发明模块的立体结构示意图；
图3为本发明模块的立体结构示意图；
图4为本发明模块的制造方法的流程图。
图中，101、金属板，102、绝缘层，103、引线框架电路层，104、散热片，105、功率器件，106、快速恢复二极管芯片，107、粗铝线，108、细铝线，109、驱动IC芯片，110、容阻器件，111、引脚，112、塑封外壳，113、通孔，114、电阻。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。
实施例一
请参考图1-3所示，其中，图1为本发明模块的结构示意图；图2为本发明模块的立体结构示意图；图3为本发明模块的立体结构示意图。本发明提供一种模块，包括：塑封外壳112、设置在所述塑封外壳112内的金属板101、绝缘层102、引线框架电路层103、散热片104、功率器件芯片、快速恢复二极管芯片106、铝线、驱动IC芯片109、容阻器件110以及设置在所述金属板101两侧的引脚111，所述绝缘层102贴设在所述金属板101的两侧面上，所述绝缘层102的表面分别贴设在所述引线框架电路层103，所述引线框架电路层103上分别贴设所述散热片104、所述驱动IC芯片109及所述容阻器件110实现电连接，所述散热片104上分别贴设功率器件芯片105和所述快速恢复二极管芯片106实现电连接，所述引脚111与外部电路板电连接。
其中，散热片104、功率器件芯片105、快速恢复二极管芯片106、铝线、驱动IC芯片109及容阻器件110包括多个，设置在金属板101上。引脚111包括多根，且并排设置在金属板101的两侧或同一侧上。
具体的，通过将所述绝缘层102贴设在所述金属板101的两侧面上，通过层压工艺在金属板101两面安装电路布线，分别贴装元件构成完整的逆变单元；两个面使用不同熔点的锡膏贴装元件，防止第二面回流焊时第一面元件脱离金属板；将所述绝缘层102的表面分别贴设在所述引线框架电路层103，所述引线框架电路层103上分别贴设所述散热片104、所述驱动IC芯片109及所述容阻器件110实现电连接，所述散热片104上分别贴设功率器件芯片105和所述快速恢复二极管芯片106实现电连接，所述引脚111与外部电路板电连接；通过在金属板101的两个面分别贴装元件构成完整的逆变电路，单个模块占用电控板面积不变的情况下可同时控制两个直流马达的运转；不需要外接散热器，节省模块在电控板上的安装空间，提升模块安装效率；将上述的器件安装在塑封外壳内，可以对内部的器件起到保护的效果。
在本实施例中，所述金属板101内贯穿设置有多个散热孔113。能够增大金属板与外界接触的表面积提升散热性能，可根据需要设计成风冷型或水冷型，散热效果更佳。
在本实施例中，所述多个散热孔113均匀分布在所述金属板101内。金属板101两侧引脚111指向模块同一侧，金属板101的散热孔为方形排列紧凑表面积更大，为风冷散热。
在本实施例中，所述多个散热孔113为圆形结构。圆形结构可外接水管，使用水冷散热。
在本实施例中，所述铝线包括粗铝线107和细铝线108，所述粗铝线107分别连接在所述功率器件芯片105、所述快速恢复二极管芯片106及所述引线框架电路层103上，所述细铝线108分别连接在所述功率器件芯片105、所述引线框架电路层103上。方便连接功率器件芯片105、快速恢复二极管芯片106、引线框架电路层等，导电效果更佳。
在本实施例中，所述引线框架电路层103为铜引线框架电路层103。导电性良好。
在本实施例中，所述金属板101为铜板或铝板。结构强度高，导电性良好。
在本实施例中，所述绝缘层102为环氧树脂材料制成。环氧树脂材料具有优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性。使得绝缘层102具有较好的耐热性和电绝缘性，绝缘层的绝缘效果良好。
在本实施例中，所述功率器件芯片105为IGBT芯片。IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)芯片，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
实施例二
如图4所示，图4为本发明模块的制造方法的流程图；本发明实施例还提供一种模块的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
S1、层压：在金属板101两侧各附一层绝缘层102并在薄片外侧附上铜质引线框架，放入层压机压合为一个整体作为模块的基板。
S2、软料焊接：在氮气保护的环境下将铜质散热片104加热到350℃左右，在散热片104表面涂一层熔点330℃的焊料并将功率器件芯片105、快速恢复二极管芯片106贴装到散热片104上。
S3、第一次锡膏印刷：在金属板101上贴装器件位置刷上熔点280℃的锡膏。
S4、第一次SMT贴片：将贴装了功率器件的散热片组件、电容、电阻114贴装到所述散热片104上。
S5、第一次芯片安装：将驱动IC芯片109贴装到金属板101上。
S6、第一次安装引脚111：将引脚111贴装在金属板101对应的焊点上。
S7、第一次回流焊接：产品通过峰值温度设置为300℃的回流炉将所述功率器件芯片105固化到金属板101上。
S8、第二次锡膏印刷：在金属板101上贴装器件位置刷上熔点210℃的锡膏。
S9、第二次SMT贴片：将贴装了功率器件的散热片104组件、电容、电阻114贴装到散热片104上。
S10、第二次芯片安装：将驱动芯片贴装在金属板101上。
S11、第二次安装引脚：将引脚111贴装在金属板101对应的焊点上。
S12、第二次回流焊接：产品通过峰值温度设置为230℃的回流炉将所述功率器件芯片105固化到金属板101上。
S13、超声波清洗：通过超声波除去产品表面残留的助焊剂。
S14、粗铝线焊接：在功率器件芯片105漏极焊点、快速恢复二极管芯片106焊点、金属板101焊点间焊接直径20mil的铝线以实现它们之间的电连接。
S15、细铝线焊接：在驱动IC芯片109焊点与金属板101焊点、功率器件芯片105的栅极焊点与金属板101焊点间焊接直径1.5mil的铝线实现它们之间的电连接。
S16、注塑固定：通过注塑使所述产品封装到塑封料的内部。
S17、激光打标：在所述产品塑封料的外壳112上打上产品信息。
S18、制造成型：将引脚111冲裁、折弯成需要的形状。
具体的，通过在金属板101两侧各附一层绝缘层102并在薄片外侧附上铜质引线框架，放入层压机压合为一个整体作为模块的基板；在氮气保护的环境下将铜质散热片104加热到350℃左右，在散热片104表面涂一层熔点330℃的焊料并将功率器件芯片105、快速恢复二极管芯片106贴装到散热片104上；在金属板101上贴装器件位置刷上熔点280℃的锡膏；将贴装了功率器件的散热片104组件、电容、电阻114贴装到所述散热片104上；将驱动IC芯片109贴装到金属板101上；将引脚111贴装在金属板101对应的焊点上；产品通过峰值温度设置为300℃的回流炉将所述功率器件芯片105固化到金属板101上；在金属板101上贴装器件位置刷上熔点210℃的锡膏；将贴装了功率器件的散热片104组件、电容、电阻114贴装到散热片104上；将驱动芯片贴装在金属板101上；将引脚111贴装在金属板101对应的焊点上；产品通过峰值温度设置为230℃的回流炉将所述功率器件芯片105固化到金属板101上；通过超声波除去产品表面残留的助焊剂；在功率器件芯片105漏极焊点、快速恢复二极管芯片106焊点、金属板101焊点间焊接直径20mil的铝线以实现它们之间的电连接；：在驱动IC芯片109焊点与金属板101焊点、功率器件芯片105的栅极焊点与金属板101焊点间焊接直径1.5mil的铝线实现它们之间的电连接；通过注塑使所述产品封装到塑封料的内部；在所述产品塑封料的外壳112上打上产品信息；将引脚111冲裁、折弯成需要的形状。通过在金属板两个面分别贴装元件构成完整的逆变电路，单个模块占用电控板面积不变的情况下可同时控制两个直流马达的运转；不需要外接散热器，节省模块在电控板上的安装空间，提升模块安装效率；将上述的器件安装在塑封外壳内，可以对内部的器件起到保护的效果。
与相关技术相比，本发明通过将所述绝缘层贴设在所述金属板的两侧面上，通过层压工艺在金属板两面安装电路布线，分别贴装元件构成完整的逆变单元；两个面使用不同熔点的锡膏贴装元件，防止第二面回流焊时第一面元件脱离金属板；将所述绝缘层的表面分别贴设在所述引线框架电路层，所述引线框架电路层上分别贴设所述散热片、所述驱动IC芯片及所述容阻器件实现电连接，所述散热片上分别贴设功率器件芯片和所述快速恢复二极管芯片实现电连接，所述引脚与外部电路板电连接；通过在金属板两个面分别贴装元件构成完整的逆变电路，单个模块占用电控板面积不变的情况下可同时控制两个直流马达的运转；不需要外接散热器，节省模块在电控板上的安装空间，提升模块安装效率；将上述的器件安装在塑封外壳内，可以对内部的器件起到保护的效果。

Claims (10)

1.一种模块，其特征在于，包括：塑封外壳、设置在所述塑封外壳内的金属板、绝缘层、引线框架电路层、散热片、功率器件芯片、快速恢复二极管芯片、铝线、驱动IC芯片、容阻器件以及设置在所述金属板两侧的引脚，所述绝缘层贴设在所述金属板的两侧面上，所述绝缘层的表面分别贴设在所述引线框架电路层，所述引线框架电路层上分别贴设所述散热片、所述驱动IC芯片及所述容阻器件实现电连接，所述散热片上分别贴设所述功率器件芯片和所述快速恢复二极管芯片实现电连接，所述引脚与外部电路板电连接。
2.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述金属板内贯穿设置有多个散热孔。
3.如权利要求2所述的模块，其特征在于，所述多个散热孔均匀分布在所述金属板内。
4.如权利要求3所述的模块，其特征在于，所述多个散热孔为圆形结构。
5.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述铝线包括粗铝线和细铝线，所述粗铝线分别连接在所述功率器件芯片、所述快速恢复二极管芯片及所述引线框架电路层上，所述细铝线分别连接在所述功率器件芯片、所述引线框架电路层上。
6.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述引线框架电路层为铜引线框架电路层。
7.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述金属板为铜板或铝板。
8.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述绝缘层为环氧树脂材料制成。
9.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述功率器件芯片为IGBT芯片。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的模块的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
S1、层压：在金属板两侧各附一层绝缘层并在薄片外侧附上铜质引线框架，放入层压机压合为一个整体作为模块的基板；
S2、软料焊接：在氮气保护的环境下将铜质散热片加热到350℃左右，在散热片表面涂一层熔点330℃的焊料并将功率器件芯片、快速恢复二极管芯片贴装到散热片上；
S3、第一次锡膏印刷：在金属板上贴装器件位置刷上熔点280℃的锡膏；
S4、第一次SMT贴片：将贴装了功率器件的散热片组件、电容、电阻贴装到所述散热片上；
S5、第一次芯片安装：将驱动IC芯片贴装到金属板上；
S6、第一次安装引脚：将引脚贴装在金属板对应的焊点上；
S7、第一次回流焊接：产品通过峰值温度设置为300℃的回流炉将所述功率器件芯片固化到金属板上；
S8、第二次锡膏印刷：在金属板上贴装器件位置刷上熔点210℃的锡膏；
S9、第二次SMT贴片：将贴装了功率器件的散热片组件、电容、电阻贴装到散热片上；
S10、第二次芯片安装：将驱动芯片贴装在金属板上；
S11、第二次安装引脚：将引脚贴装在金属板对应的焊点上；
S12、第二次回流焊接：产品通过峰值温度设置为230℃的回流炉将所述功率器件芯片固化到金属板上；
S13、超声波清洗：通过超声波除去产品表面残留的助焊剂；
S14、粗铝线焊接：在功率器件芯片漏极焊点、快速恢复二极管芯片焊点、金属板焊点间焊接直径20mil的铝线以实现它们之间的电连接；
S15、细铝线焊接：在驱动IC芯片焊点与金属板焊点、功率器件芯片的栅极焊点与金属板焊点间焊接直径1.5mil的铝线实现它们之间的电连接；
S16、注塑固定：通过注塑使所述产品封装到塑封料的内部；
S17、激光打标：在所述产品塑封料的外壳上打上产品信息；
S18、制造成型：将引脚冲裁、折弯成需要的形状。
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