一種功率模塊焊接結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種功率模塊焊接結(jié)構(gòu),它包括有一塊通過緊固件安裝在一散熱器上的散熱基板,該散熱基板上面焊接有一塊帶有芯片的覆銅陶瓷襯底,所述散熱基板在與覆銅陶瓷襯底焊接成一體之前的正常態(tài)是:中間為向下呈一定外凸的彎曲變形,且所述散熱基板的熱膨脹系數(shù)大于其上焊連的覆銅陶瓷襯底2的熱膨脹系數(shù),并使所述散熱基板在與覆銅陶瓷襯底焊接成一體后,散熱基板下面與散熱器接觸的散熱面為平整面;所述的覆銅陶瓷襯底通過焊料焊接于散熱基板上面的焊接面;所述散熱基板下面的散熱面上涂覆一定厚度的導(dǎo)熱脂,并通過緊固件安裝在散熱器上;功率模塊在焊接后,其散熱基板能夠同散熱器有良好接觸,并使功率模塊工作時產(chǎn)生的熱量能有效的傳導(dǎo)、散發(fā),能有效提高功率模塊的穩(wěn)定性及使用壽命。
【專利說明】一種功率模塊焊接結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種安裝有變形補償?shù)目珊附由峄宓墓β誓K焊接結(jié)構(gòu),屬于半導(dǎo)體功率模塊的設(shè)計和封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]半導(dǎo)體功率模塊是芯片、覆銅陶瓷襯底(Direct Bonded Copper,DBC)、散熱基板通過釬焊接組裝到一起。半導(dǎo)體功率模塊在工作時,芯片會產(chǎn)生熱量,大部分熱量需要通過焊料一DBC —焊料一散熱基板一導(dǎo)熱脂一散熱器的傳遞散發(fā)。
[0003]半導(dǎo)體功率模塊在安裝前先在散熱基板表面涂覆一層導(dǎo)熱硅脂,再安裝在散熱器上;導(dǎo)熱硅脂的厚度一般在0.08mnT0.15mm之間,而導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)比銅制的散熱基板導(dǎo)熱系數(shù)大,所以要求散熱基板與散熱器之間本身就有很好的接觸,實現(xiàn)熱量的有效傳遞,從而保證功率模塊有較好的電氣性能。 [0004]而一般情況下,DBC與散熱基板是使用熱膨脹系數(shù)不同的材料制造的,在高溫焊接后冷卻的過程中,由于熱膨脹率不同,散熱基板受力,會發(fā)生彎曲變形。所以為了保證功率模塊的散熱基板與散熱器之間在使用時具有很好的接觸,達到較好的散熱效果,在焊接前,使散熱基板具有一個與焊接冷卻時彎曲變形相反的預(yù)變形。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,而提供一種功率模塊在焊接后,其散熱基板能夠同散熱器有良好接觸,并使功率模塊工作時產(chǎn)生的熱量能有效的傳導(dǎo)、散發(fā),能有效提高功率模塊的穩(wěn)定性及使用壽命的功率模塊焊接結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的,所述的功率模塊焊接結(jié)構(gòu),它包括有一塊通過緊固件安裝在一散熱器上的散熱基板,該散熱基板上面焊接有一塊帶有芯片的覆銅陶瓷襯底,所述散熱基板在與覆銅陶瓷襯底焊接成一體之前的正常態(tài)是:中間為向下呈一定外凸的彎曲變形,且所述散熱基板的熱膨脹系數(shù)大于其上焊連的覆銅陶瓷襯底2的熱膨脹系數(shù),并使所述散熱基板在與覆銅陶瓷襯底焊接成一體后,散熱基板下面與散熱器接觸的散熱面為平整面。
[0007]所述的覆銅陶瓷襯底通過焊料焊接于散熱基板上面的焊接面;所述散熱基板下面的散熱面上涂覆一定厚度的導(dǎo)熱脂,并通過緊固件安裝在散熱器上。
[0008]所述的散熱基板主要用紫銅制成,厚度在3-5mm之間,表面電鍍有Cu,Ni ,Au,Sn金屬,保證金屬表面有良好的可焊接活性和抗氧化性,以及良好的外觀。
[0009]本發(fā)明主要是利用具有變形補償?shù)纳峄逵糜诎雽?dǎo)體功率模塊上,即散熱基板的散熱面在焊接前是具有一定弧度的曲面,在散熱基板的焊接面焊接覆銅陶瓷襯底(Direct Bonded Copper, DBC)后,散熱基板的散熱面與散熱器組裝具有很好的接觸。
[0010]本發(fā)明所述的功率模塊在焊接后,其散熱基板能夠同散熱器有良好接觸,并使功率模塊工作時產(chǎn)生的熱量能有效的傳導(dǎo)、散發(fā),能有效提高功率模塊的穩(wěn)定性及使用壽命?!緦@綀D】
【附圖說明】
[0011]圖1是所述芯片、DBC、焊接面為曲面的散熱基板焊接前斷面圖。
[0012]圖2是芯片、DBC、焊接面為曲面的散熱基板焊接后斷面圖。
[0013]圖3是功率模塊安裝在散熱器上的斷面圖。
【具體實施方式】
[0014]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的介紹:功率模塊在工作時能有效散發(fā)熱量,基板散熱面須與散熱器具有良好的接觸。而由于功率模塊在散熱基板上焊接功能部件過程中,兩者的熱膨脹系數(shù)不同,散熱基板散熱面會產(chǎn)生內(nèi)凹變形。使功率模塊在使用時,散熱基板與散熱器之間產(chǎn)生空洞,不能有效散熱。
[0015]所以用一種具有變形補償?shù)纳峄逄娲话愕纳峄?,這種變形補償可略大于散熱基板焊接后的變形量,使功率模塊安裝后散熱面仍能夠與散熱器良好的接觸;這種變形補償是散熱基板的散熱面向外有一定的外凸彎曲變形。
[0016]圖1-3所示,本發(fā)明所述的功率模塊焊接結(jié)構(gòu),它包括有一塊通過緊固件安裝在一散熱器4上的散熱基板3,該散熱基板3上面焊接有一塊帶有芯片I的覆銅陶瓷襯底2,所述散熱基板3在與覆銅陶瓷襯底2焊接成一體之前的正常態(tài)是:中間為向下呈一定外凸的彎曲變形,且所述散熱基板3的熱膨脹系數(shù)大于其上焊連的覆銅陶瓷襯底2的熱膨脹系數(shù),并使所述散熱基板3在與覆銅陶瓷襯底2焊接成一體后,散熱基板3下面與散熱器4接觸的散熱面31為平整面。
[0017]所述的覆銅陶瓷襯底2通過焊料21焊接于散熱基板3上面的焊接面32 ;所述散熱基板3下面的散熱面31上涂覆一定厚度的導(dǎo)熱脂41,并通過緊固件5安裝在散熱器4上。
實施例
[0018]如圖1所示,散熱基板3的散熱面31向外具有一定外凸彎曲變形,芯片覆銅陶瓷襯底(Direct Bonded Copper, DBC) 2通過焊料焊接于散熱基板3的焊接面32。
[0019]如圖2所示,DBC2焊接在散熱基板3上,由于兩者的熱膨脹系數(shù)不同,DBC熱膨脹系數(shù) <銅材熱膨脹系數(shù),所以在焊接后的冷卻過程中,散熱基板焊接面受拉應(yīng)力,焊接面凸起,即散熱面31內(nèi)凹變形,但仍舊有一定的向外凸起或平整。
[0020]如圖3所示,功率模塊的散熱基板散熱面上涂覆一定厚度的導(dǎo)熱脂41,使用緊固件5安裝在散熱器4上,有一定凸起或者平整的散熱面能夠更好地與散熱器接觸。
【權(quán)利要求】
1.一種功率模塊焊接結(jié)構(gòu),它包括有一塊通過緊固件安裝在一散熱器(4)上的散熱基板(3 ),該散熱基板(3 )上面焊接有一塊帶有芯片(I)的覆銅陶瓷襯底(2 ),其特征在于所述散熱基板(3)在與覆銅陶瓷襯底(2)焊接成一體之前的正常態(tài)是:中間為向下呈一定外凸的彎曲變形,且所述散熱基板3的熱膨脹系數(shù)大于其上焊連的覆銅陶瓷襯底2的熱膨脹系數(shù),并使所述散熱基板3在與覆銅陶瓷襯底2焊接成一體后,散熱基板3下面與散熱器4接觸的散熱面(31)為平整面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊焊接結(jié)構(gòu),其特征在于所述的覆銅陶瓷襯底(2)通過焊料(21)焊接于散熱基板(3)上面的焊接面(32);所述散熱基板(3)下面的散熱面(31)上涂覆一定厚度的導(dǎo)熱脂(41),并通過緊固件(5)安裝在散熱器(4)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率模塊焊接結(jié)構(gòu),其特征在于所述的散熱基板(3)主要用紫銅制成,厚度在3-5mm之間,表面電鍍有Cu,Ni,Au,Sn金屬。
【文檔編號】H01L23/373GK103779316SQ201410034552
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月25日
【發(fā)明者】李君
申請人:嘉興斯達半導(dǎo)體股份有限公司