Ipm及其過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)置于IPM的母線布線層，所述母線布線層中部開(kāi)設(shè)有缺口，于該缺口所在位置的表面設(shè)置有鍍錫層，且該缺口所在位置和所述鍍錫層的橫截面積與所述母線布線層上未開(kāi)設(shè)有所述缺口的位置的橫截面積一致。當(dāng)瞬間電流使母線布線層加熱到錫熔融時(shí)，覆蓋在母線上的鍍錫層瞬時(shí)熔化，細(xì)母線橫截面積瞬時(shí)減小，細(xì)母線也比其它位置更快熔斷，阻止IPM的電流進(jìn)一步增大，可以使過(guò)流能量集中在母線上，不會(huì)造成IPM的塑封材料爆開(kāi)。此外，還提供了一種包括上述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)的IPM。
【專利說(shuō)明】IPM及其過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電子器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種IPM及其過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]智能功率模塊(Intelligent Power Module, IPM)是一種將電力電子和集成電路技術(shù)結(jié)合的功率驅(qū)動(dòng)類產(chǎn)品，智能功率模塊把功率開(kāi)關(guān)器件和高壓驅(qū)動(dòng)電路集成在一個(gè)封裝內(nèi)，并且包含過(guò)流、欠壓、過(guò)熱等故障檢測(cè)電路。智能功率模塊一方面接收微程序控制器(Microprogrammed Control Unit, MCU)的控制信號(hào),驅(qū)動(dòng)電機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)工作，另一方面將系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)送回MCU。與傳統(tǒng)分立方案相比較，智能功率模塊以其高集成度，高可靠性等優(yōu)勢(shì)贏得越后來(lái)越大的市場(chǎng)，尤其適合于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器及各種逆變電源，是變頻調(diào)速，冶金機(jī)械，電力牽弓I，伺服驅(qū)動(dòng)，變頻家電的一種理想的電力電子器件。
[0003]目前，電機(jī)、壓縮機(jī)工作需要大電流經(jīng)過(guò)IPM內(nèi)部走線及開(kāi)關(guān)功率器件、無(wú)感電阻等器件，電流從幾安培到上百安培甚至更高。IPM的母線中還存在著高電壓，因此IPM的工作狀態(tài)是十分惡劣的。如果應(yīng)用系統(tǒng)中有任何不良情況，大電流或高電壓很可能馬上使IPM的電路燒毀，此時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的保護(hù)電路可能還來(lái)不及動(dòng)作。更可怕的情況是大電流使內(nèi)部局部瞬時(shí)達(dá)到幾百甚至上千攝氏度，使IPM內(nèi)部空氣和水汽急劇膨脹發(fā)生“爆炸”，高溫部件，如熔融焊錫、高溫金屬等有可能濺射到附近的易燃物上，釀成火災(zāi)。
[0004]傳統(tǒng)的IPM完全沒(méi)有電流防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，僅通過(guò)采樣電流反饋進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，但往往由于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或電流過(guò)大不能立即關(guān)斷，因此IPM在應(yīng)用過(guò)程中仍然大量出現(xiàn)爆炸。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用導(dǎo)電物質(zhì)使電路布線層與基板形成電連接的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，旨在解決傳統(tǒng)的IPM沒(méi)有電流防護(hù)結(jié)構(gòu)，在電流過(guò)大時(shí)保護(hù)電路來(lái)不及動(dòng)作而容易出現(xiàn)損毀甚至爆炸的情況。
[0006]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)置于IPM的母線布線層，所述母線布線層中部開(kāi)設(shè)有缺口，于該缺口所在位置的表面設(shè)置有鍍錫層，且該缺口所在位置和所述鍍錫層的橫截面積與所述母線布線層上未開(kāi)設(shè)有所述缺口的位置的橫截面積一致。
[0007]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述缺口為兩個(gè)，兩個(gè)所述缺口分別開(kāi)設(shè)于所述母線布線層的中部?jī)蓚?cè)且底部相對(duì)。
[0008]在優(yōu)選的實(shí)施例中，兩個(gè)所述缺口相對(duì)所述母線布線層的中心線對(duì)稱。
[0009]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述鍍錫層的邊緣靠近兩個(gè)所述缺口相對(duì)的側(cè)邊的中點(diǎn)連線。
[0010]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述缺口的側(cè)邊與所述缺口的底邊的夾角為鈍角。
[0011]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述缺口的底邊與所述側(cè)邊的夾角在120度至150度之間。[0012]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述母線布線層的表面鋪設(shè)有帶空隙的綠油層，該空隙在所述缺口所在位置使所述鍍錫層裸露。
[0013]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述綠油層在所述母線布線層表面的空隙的面積為一橢圓形與所述母線布線層的表面的相交面積；
[0014]其中，所述橢圓形的圓點(diǎn)為兩個(gè)所述缺口的中心連線和所述母線布線層的中心線的交點(diǎn)，短軸與所述母線布線層上未開(kāi)設(shè)有所述缺口的位置的表面寬度一致、長(zhǎng)軸為所述表面寬度的1.5至2倍，且所述橢圓形的長(zhǎng)軸與所述母線布線層的中心線重合。
[0015]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述母線布線層的厚度與所述鍍錫層的厚度的比例為NI，所述母線布線層的所述缺口所在位置的表面寬度與所述母線布線層上未開(kāi)設(shè)有所述缺口的位置的表面寬度的比例為N2，且N1=N2。
[0016]上述IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)提高IPM的無(wú)感電阻與母線布線層的電流比，在母線布線層中部開(kāi)設(shè)缺口以減少其寬度，同時(shí)用鍍錫層增加該點(diǎn)母線的厚度維持正常的橫截面積。當(dāng)正常工作時(shí)鍍錫層和母線布線層同時(shí)導(dǎo)電，不會(huì)增加缺口處的母線布線層的電阻，當(dāng)瞬間電流過(guò)大，覆蓋在母線布線層上的鍍錫層瞬時(shí)熔化，缺口處的母線布線層的橫截面積瞬時(shí)減小，從而比其它位置更快熔斷，此時(shí)IPM斷路，阻止IPM的電流進(jìn)一步增大，如此可以使過(guò)流能量集中在母線布線層上，不會(huì)過(guò)多集中在IPM的開(kāi)關(guān)功率器件和無(wú)感電阻等器件上，不會(huì)造成IPM的塑封材料爆開(kāi)。
[0017]此外，還提供了一種IPM，其包括上述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0018]上述的IPM通過(guò)設(shè)置IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，在其應(yīng)用過(guò)程中，如果應(yīng)用系統(tǒng)中出現(xiàn)過(guò)流或者過(guò)壓的情況，在應(yīng)用系統(tǒng)的保護(hù)電路可能還來(lái)不及動(dòng)作的時(shí)候，IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)可以使IPM斷路，阻止IPM的電流進(jìn)一步增大，避免因電流過(guò)大導(dǎo)致IPM內(nèi)部空氣和液體急劇膨脹發(fā)生“爆炸”，焊錫、高溫金屬等有可能濺射到附近的易燃物上，釀成火災(zāi)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)的在IPM中的位置示意圖；
[0020]圖2 (A)本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的于母線布線層的俯視圖；
[0021]圖2 (B)本實(shí)用新型另一實(shí)施例提供的于母線布線層的俯視圖；
[0022]圖3 (A)是以圖2 (A)的母線布線層為基礎(chǔ)設(shè)置的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0023]圖3 (B)是以圖2 (B)的母線布線層為基礎(chǔ)設(shè)置的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0024]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0026]參考圖1,圖1 為 IPM 中的 HVIC(High Voltage Integrated Circuit,高壓集成電路)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)功率開(kāi)關(guān)管輸出三相電壓的原理圖。
[0027]在IPM的應(yīng)用或測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)IPM電流過(guò)大時(shí)，容易失效的是無(wú)感電阻102，容易造成爆炸；還容易失效的是IPM的母線(同下述的母線布線層)，造成母線燒斷，此時(shí)可以避免IPM的爆炸。并且，發(fā)現(xiàn)在同一鋁基板封裝內(nèi)額定功率為1/4W的無(wú)感電阻102的瞬間的通短路大電流能力和橫截面積為0.05mm2的母線銅布線比較接近。
[0028]結(jié)合圖1、2，圖1為IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)200在原理圖上的位置，IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)200是通過(guò)無(wú)感電阻102接地的。在一個(gè)實(shí)施例中，如母線布線層201橫截面積為0.05mm2或以上，上述圖1則采用額定功率為1/2W的無(wú)感電阻102。
[0029]結(jié)合圖1、2、3，IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)200設(shè)置在設(shè)置于IPM的母線布線層201，母線布線層201中部開(kāi)設(shè)有缺口 202，于該缺口 202所在位置的表面設(shè)置有鍍錫層203，且該缺口 202所在位置和鍍錫層203的橫截面積與母線布線層201上未開(kāi)設(shè)有缺口 202的位置的橫截面積一致。如此，當(dāng)母線布線層201的電流過(guò)大時(shí)，鍍錫層203迅速熔斷，導(dǎo)致缺口位置母線布線層的發(fā)熱量比其他位置的發(fā)熱量更大更容易迅速熔斷，從而阻止IPM的電流進(jìn)一步增大，IPM的開(kāi)關(guān)功率器件和無(wú)感電阻102等器件則被斷路保護(hù)，不會(huì)造成IPM發(fā)熱過(guò)大導(dǎo)致內(nèi)部器件爆裂且其塑封材料爆開(kāi)。
[0030]結(jié)合圖2 (A)、2 (B)和4，為保證母線布線層201的該缺口 202的相對(duì)位置和鍍錫層203的橫截面積與母線布線層201未開(kāi)設(shè)缺口 201的位置橫截面積一致，那么，母線布線層201的厚度Hl與鍍錫層203的厚度H2的比例為NI，N1=H1/H2，母線布線層201上的缺口 202所在位置的表面寬度L2與母線布線層201上未開(kāi)設(shè)有缺口 202的位置的表面寬度L2 的比例為 N2, N2=L2/L1，令 N1=N2。
[0031]參考圖2(A)，在一個(gè)實(shí)施例中，缺口 202為兩個(gè)，兩個(gè)缺口 202分別開(kāi)設(shè)于母線布線層201的中部?jī)蓚?cè)且底部相對(duì)。優(yōu)選地，該兩個(gè)缺口 202相對(duì)母線布線層201的中心線對(duì)稱。在另一個(gè)實(shí)施例中，參考圖2 (B)，在保證母線布線層201的于缺口 202所在位置的表面寬度L2的滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，缺口 202可以設(shè)置為一個(gè)。
[0032]進(jìn)一步地，同一個(gè)缺口 202的兩條側(cè)邊與該缺口 202的底邊的夾角a為鈍角，夾角a可以設(shè)置在120度至150度之間，即缺口 202的側(cè)邊的斜度在120度至150度之間。特別地，同一個(gè)缺口 202的底邊與其側(cè)邊的夾角a為135度。
[0033]參考圖3 (A)和3 (B)，在一個(gè)實(shí)施例中，鍍錫層203在母線布線層201縱向方向上的邊緣靠近缺口 202的側(cè)邊的中點(diǎn)。優(yōu)選地，參考圖3(A)，鍍錫層203在母線布線層201縱向方向上的邊緣與兩個(gè)缺口 202的相對(duì)的側(cè)邊的中點(diǎn)連線重合。
[0034]這樣，鍍錫層203缺口 202底邊相對(duì)的兩側(cè)外形成了兩個(gè)拖錫焊盤(pán)，即缺口 202的側(cè)邊所相對(duì)的鍍錫層203部分形成兩個(gè)拖錫焊盤(pán)，當(dāng)鍍錫層203中間的焊錫熔化時(shí)，由于表面張力作用，錫會(huì)形成圓球，兩邊的拖錫焊盤(pán)會(huì)把底邊相對(duì)的部分錫從中間拉開(kāi)，使底邊相對(duì)的處錫迅速減薄，導(dǎo)致作為母線布線層201的銅箔更容易燒斷，銅箔燒斷后兩邊的鍍錫層203完全從中間分開(kāi)形成開(kāi)路。
[0035]參考圖3 (A)、3 (B)和圖4，在一個(gè)實(shí)施例中，母線布線層201的表面鋪設(shè)有帶空隙的綠油層204，該空隙位于缺口 202所在位置使鍍錫層203裸露。優(yōu)選地，綠油層204在母線布線層201表面的空隙的面積為一橢圓形205與母線布線層201的表面的相交面積。其中，橢圓形205的圓點(diǎn)為兩個(gè)缺口 202的中心連線和母線布線層201的中心線的交點(diǎn)，橢圓形205的短軸與母線布線層201上未開(kāi)設(shè)有缺口 202的位置的表面寬度LI 一致，橢圓形205的長(zhǎng)軸為所述表面寬度LI的1.5至2倍，且橢圓形的長(zhǎng)軸與母線布線層201的中心線重合。[0036]如此，鍍錫層203沒(méi)有被綠油層204覆蓋，在當(dāng)瞬間過(guò)流過(guò)大鍍錫層203瞬時(shí)熔化，拖錫焊盤(pán)把熔融焊錫拖走，母線布線層201在缺口 202所在位置的橫截面積瞬時(shí)減小，比其它位置更快熔斷，從而阻止IPM的電流進(jìn)一步增大。由于鍍錫的熔點(diǎn)在232°C左右，再合理設(shè)計(jì)母線布線層201的表面寬度LI，就可以使過(guò)流能量集中在母線布線層201上，不會(huì)過(guò)多集中在圖1示出的無(wú)感電阻102上，不會(huì)造成模塊塑封材料爆開(kāi)。
[0037]此外，還提供了一種IPM，其包括上述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0038]上述的IPM通過(guò)設(shè)置IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，在其應(yīng)用過(guò)程中，如果應(yīng)用系統(tǒng)中出現(xiàn)過(guò)流或者過(guò)壓的情況，在應(yīng)用系統(tǒng)的保護(hù)電路可能還來(lái)不及動(dòng)作的時(shí)候，IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)可以使IPM斷路，阻止IPM的電流進(jìn)一步增大，避免因電流過(guò)大導(dǎo)致IPM內(nèi)部空氣和水汽急劇膨脹發(fā)生“爆炸”，焊錫、高溫金屬等有可能濺射到附近的易燃物上，釀成火災(zāi)。
[0039]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)置于IPM的母線布線層，其特征在于，所述母線布線層中部開(kāi)設(shè)有缺口，于該缺口所在位置的表面設(shè)置有鍍錫層，且該缺口所在位置和所述鍍錫層的橫截面積與所述母線布線層上未開(kāi)設(shè)有所述缺口的位置的橫截面積一致。
2.如權(quán)利要求1所述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述缺口為兩個(gè)，兩個(gè)所述缺口分別開(kāi)設(shè)于所述母線布線層的中部?jī)蓚?cè)且底部相對(duì)。
3.如權(quán)利要求2所述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，兩個(gè)所述缺口相對(duì)所述母線布線層的中心線對(duì)稱。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述缺口的側(cè)邊與所述缺口的底邊的夾角為鈍角。
5.如權(quán)利要求4任一項(xiàng)所述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鍍錫層的邊緣靠近所述缺口的側(cè)邊的中點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求4所述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述缺口的底邊與所述側(cè)邊的夾角在120度至150度之間。
7.如權(quán)利要求2或3所述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述母線布線層的表面鋪設(shè)有帶空隙的綠油層，該空隙在所述缺口所在位置使所述鍍錫層裸露。
8.如權(quán)利要求7所述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述綠油層在所述母線布線層表面的空隙的面積為一橢圓形與所述母線布線層的表面的相交面積； 其中，所述橢圓形的圓點(diǎn)為兩個(gè)所述缺口的中心連線和所述母線布線層的中心線的交點(diǎn)，短軸與所述母線布線層上未開(kāi)設(shè)有所述缺口的位置的表面寬度一致，長(zhǎng)軸為所述表面寬度的1.5至2倍，且所述橢圓形的長(zhǎng)軸與所述母線布線層的中心線重合。
9.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述母線布線層的厚度與所述鍍錫層的厚度的比例為NI，所述母線布線層上的所述缺口所在位置的表面寬度與所述母線布線層上未開(kāi)設(shè)有所述缺口的位置的表面寬度的比例為N2，且N1=N2。
10.一種IPM，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的IPM過(guò)流防護(hù)結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H02H7/20GK203456863SQ201320516638
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】潘志堅(jiān), 程德凱, 黃祥鈞 申請(qǐng)人:廣東美的制冷設(shè)備有限公司