一種用于igbt模塊的基板及igbt模塊的封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到IGBT的制作領(lǐng)域，特指一種適用于大功率IGBT模塊的基板及IGBT模塊的封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT是一種大功率半導(dǎo)體器件，其中文名稱是:絕緣柵雙極型晶體管。它是一種可通過外部信號控制其開通和關(guān)斷的器件。所以在大功率電氣、電力、電子領(lǐng)域，IGBT可以在電路起開關(guān)(Switch)作用,通過特定的電路,可以達到改變電流方向的作用。當(dāng)IGBT在通大電流時，會因本身的通態(tài)阻抗而發(fā)熱；當(dāng)IGBT開通、關(guān)斷時，因為高電壓和大電流會有瞬時的重疊，也會產(chǎn)生熱量。如果不能將熱量有效散出，那么IGBT的溫度就會逐漸上升，導(dǎo)致超過極限溫度而發(fā)生失效。為了避免這種情況，IGBT必須要有良好的散熱通道。如圖9所示，基板I就是這樣一個通道?；錓在制備時，先由SiC粉末堆積成均勻的多孔隙結(jié)構(gòu)的預(yù)制件，如圖1預(yù)制件縱剖面所示。然后將液態(tài)鋁合金浸滲到預(yù)制件中，形成AlSiC材料(鋁碳化硅)，如圖2所示。之所以選擇AlSiC材料做基板1，是因為在所有熱膨脹系數(shù)與Si材料比較接近的材料中，AlSiC材料的熱阻、硬度都比較合適。參見圖9，IGBT的芯片4被安裝在基板I上，組成一個模塊。模塊使用前，要被安裝在散熱器上，基板I就是直接與散熱器接觸的部分。芯片4發(fā)熱，通過基板I將熱量傳給散熱器，使溫度降低。所以基板I和散熱器具備良好的熱接觸是非常重要的，要保證基板I所有底面面積都與散熱器接觸，基板I上接觸不到散熱器的微小縫隙，也要靠填充導(dǎo)熱硅脂來進行改良。
[0003]由于上述原因，所以如圖3所示，基板I都是帶有外凸弧度的形狀?；錓四周有螺絲安裝孔。由于基板I表面存在一些細微的縫隙，所以在安裝前，散熱器或基板I要涂一層導(dǎo)熱硅脂，填充縫隙，增強熱傳導(dǎo)率。IGBT被安裝到平整的散熱器上時，基板通過螺絲固定?；逯行慕佑|散熱器，同時基板四周受力，將基板壓平。這樣理論上基板的所有表面都能與散熱器接觸，多余的導(dǎo)熱硅脂會被擠出。
[0004]各個廠商生產(chǎn)的大功率的IGBT模塊，其AlSiC基板都呈一定的弧形，基板I的中心向外部凸出一定的高度(一般是10um?400um左右)。這是由于IGBT封裝過程中，焊接工藝會造出基板I中心向內(nèi)凹陷。這樣在安裝IGBT時，會造出中間凹陷區(qū)域無法接觸散熱器。為了避免這種現(xiàn)象，各個廠家都將IGBT的基板I設(shè)計成預(yù)先有一定弧度的形狀。由于無法精確控制焊接工藝造成的內(nèi)凹距離，原始設(shè)計的外凸距離會稍稍偏大一點。在完成焊接工藝后，由于內(nèi)凹的抵消，外凸的弧度會減小，但是仍然有一定的弧度。
[0005]由于焊接工藝中，無法控制基板I內(nèi)凹的程度，常常導(dǎo)致基板I的弧度發(fā)生一些意想不到的改變，如圖4所示的外凸位置改變且外凸弧度過大、如圖5所示的基板I出現(xiàn)不規(guī)則波浪形狀等，導(dǎo)致基板I與散熱器之間出現(xiàn)沒有接觸到的情況。
[0006]目前，業(yè)界有兩種方案形成這種弧度。一種是采用彎折設(shè)備，使平面基板I變形，形成弧度。這樣基板I的兩面都有弧度，稱之為“雙面拱”型基板，如圖4所示。另一種是使用球面磨設(shè)備，將基板I的底面磨出一個中心突出的球面，只有單面有弧度，稱之為“單面拱”型基板I。但是因為AlSiC基板I的硬度很高，目前球面磨的成本比較高。
[0007]通過總結(jié)，上述傳統(tǒng)方法的不足就在于:
(1)因傳統(tǒng)IGBT基板I在工藝處理過程中會產(chǎn)生不可避免的變形，會對安裝IGBT到散熱器上造成潛在的缺陷。
[0008](2)因傳統(tǒng)IGBT基板I完全是由鋁碳化硅組成的，其硬度較大，對其進行批量機械切割加工的難度較大、成本也較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種加工簡便、加工成本低、能夠提高可靠性的用于IGBT模塊的基板及IGBT模塊的封裝方法。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種用于IGBT模塊的基板,包括AlSiC層和招合金層,所述招合金層位于AlSiC層底部的表面形成待機械加工層。
[0011]本發(fā)明進一步提供一種基于上述基板的IGBT模塊封裝的方法，其步驟為:
(O制作基板；先由SiC粉末堆積成均勻的多孔隙結(jié)構(gòu)的預(yù)制件，然后將液態(tài)鋁合金浸滲到預(yù)制件中，形成AlSiC層；再繼續(xù)注入液態(tài)鋁合金，在基板的表面形成一層鋁合金層；
(2)使用上述基板完成IGBT封裝之后，基板的底部會向內(nèi)凹陷；此時，采用機械加工將基板的底部加工平整，消除內(nèi)凹的弧度。
[0012]作為本發(fā)明方法的進一步改進:在完成步驟(2)之后，使用機械加工將基板的底部打磨，降低基板的表面粗糙度，消除微小縫隙。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明能夠消除IGBT基板的弧度，使其形成平面，能夠保證在安裝IGBT時，基板平面能與散熱器平面完全緊密接觸；并且降低IGBT基板的粗糙度，從而在安裝過程中，取消導(dǎo)熱硅脂的使用。
【附圖說明】
[0014]圖1是由SiC粉末堆積成的多孔隙結(jié)構(gòu)預(yù)制件的示意圖。
[0015]圖2是將SiC預(yù)制件摻入鋁合金形成AlSiC材料的示意圖。
[0016]圖3是基板正常外凸情況的示意圖。
[0017]圖4是基板外凸位置改變且外凸弧度過大的示意圖。
[0018]圖5是基板出現(xiàn)不規(guī)則波浪形狀的示意圖。
[0019]圖6是本發(fā)明基板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖7是本發(fā)明基板在進行IGBT封裝時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖8是本發(fā)明方法的流程示意圖。
[0022]圖9是基板與芯片的裝配不意圖。
[0023]圖例說明:
1、基板；2、AlSiC層；3、鋁合金層；31、剩余鋁合金層；32、機械加工去除鋁合金層；4、
-H-* I I
心/T O
【具體實施方式】
[0024]以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0025]如圖6所示，本發(fā)明的一種用于IGBT模塊的基板1，包括AlSiC層2和鋁合金層3,所述招合金層3位于AlSiC層2底部的表面形成待機械加工層。
[0026]在使用本發(fā)明的基板I完成IGBT封裝之后，基板I的底部會向內(nèi)凹陷。這時候，再采用機械加工對基板I底部的鋁合金層3進行平整加工，消除內(nèi)凹的弧度(如利用精密車床或者精密銑床進行加工)。這樣，所去掉的距離不超過鋁合金層3的厚度，而且處理后的IGBT的基板I底面呈一整塊平面，能夠保證散熱器和IGBT的基板I之間全部接觸。機械加工后的基板I會留下來一層較薄的鋁合金層3，由于鋁合金的熱導(dǎo)率比鋁碳化硅更好，所以保證了使用這種工藝方法處理的基板I不會使熱阻增加，如圖7所示。
[0027]進一步，還可以使用機械加工將基板I的底部打磨(如使用精密磨床)，降低基板I表面粗糙度，消除微小縫隙。在安裝IGBT到散熱器上時，保證了 IGBT基板I和散熱器有效的直接接觸面積達到99%，完全可以不使用導(dǎo)熱硅脂，因此也排除了導(dǎo)熱硅脂年久失效的問題。
[0028]本發(fā)明進一步提供了一種基于上述基板I的IGBT模塊封裝的方法，如圖8所示，其步驟為:
第一步:制作基板I ;先由SiC粉末堆積成均勻的多孔隙結(jié)構(gòu)的預(yù)制件，然后將液態(tài)鋁合金浸滲到預(yù)制件中，形成AlSiC層2 (鋁碳化硅)。液態(tài)鋁合金在填充完預(yù)制件的孔隙，形成AlSiC層后，再繼續(xù)注入液態(tài)鋁合金，在基板I的表面形成一層鋁合金層3，如圖6所示。在基板I的厚度方面，鋁合金層3的厚度遠低于AlSiC層2的厚度，而本發(fā)明中基板的AlSiC層2的厚度應(yīng)當(dāng)比傳統(tǒng)基板I的厚度小一些，這樣本發(fā)明基板I的整體厚度比傳統(tǒng)基板I的厚度稍微多一些。
[0029]第二步:在使用本發(fā)明的基板I完成IGBT封裝之后，基板I的底部會向內(nèi)凹陷。這時候，再采用機械加工將基板I底部加工平整，消除內(nèi)凹的弧度(如利用精密車床或者精密銑床進行加工)。去掉的距離不超過鋁合金層3的厚度，而且處理后的IGBT的基板I底面呈一整塊平面，能夠保證散熱器和IGBT基板I之間全部接觸。機械加工后的基板I會留下來一層較薄的鋁合金層3，由于鋁合金的熱導(dǎo)率比鋁碳化硅更好，所以保證了使用這種工藝方法處理基板不會使熱阻增加。如圖7所示，圖中鋁合金層3包括了剩余鋁合金層31和機械加工去除鋁合金層32。
[0030]第三步:使用機械加工將基板I底部打磨(如使用精密磨床)，降低基板I的表面粗糙度，消除微小縫隙。在安裝IGBT到散熱器上時，保證了 IGBT基板I和散熱器有效的直接接觸面積達到99%，完全可以不使用導(dǎo)熱硅脂，排除了導(dǎo)熱硅脂年久失效的問題。
[0031]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于IGBT模塊的基板，其特征在于，包括AlSiC層和鋁合金層，所述鋁合金層位于AlSiC層底部的表面形成待機械加工層。2.一種基于上述基板的IGBT模塊封裝的方法，其特征在于步驟為: (O制作基板；先由SiC粉末堆積成均勻的多孔隙結(jié)構(gòu)的預(yù)制件，然后將液態(tài)鋁合金浸滲到預(yù)制件中，形成AlSiC層；再繼續(xù)注入液態(tài)鋁合金，在基板的表面形成一層鋁合金層； (2)使用上述基板完成IGBT封裝之后，基板的底部會向內(nèi)凹陷；此時，采用機械加工將基板的底部加工平整，消除內(nèi)凹的弧度。3.根據(jù)權(quán)利要求2的IGBT模塊封裝的方法，其特征在于，在完成步驟(2)之后，使用機械加工將基板的底部打磨，降低基板的表面粗糙度，消除微小縫隙。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于IGBT模塊的基板及IGBT模塊封裝的方法，該基板包括AlSiC層和鋁合金層，所述鋁合金層位于AlSiC層底部的表面形成待機械加工層。該方法的步驟為：（1）制作基板；先由SiC粉末堆積成均勻的多孔隙結(jié)構(gòu)的預(yù)制件，然后將液態(tài)鋁合金浸滲到預(yù)制件中，形成AlSiC層；再繼續(xù)注入液態(tài)鋁合金，在基板的表面形成一層鋁合金層；（2）使用上述基板完成IGBT封裝之后，基板的底部會向內(nèi)凹陷；此時，采用機械加工將基板的底部加工平整，消除內(nèi)凹的弧度。本發(fā)明具有加工簡便、加工成本低、能夠提高可靠性等優(yōu)點。
【IPC分類】H01L23/12, H01L21/56
【公開號】CN104952809
【申請?zhí)枴緾N201410113107
【發(fā)明人】陳彥, 萬超群, 李世平, 李繼魯, 曾文彬, 宋自珍, 奉琴, 潘學(xué)軍
【申請人】株洲南車時代電氣股份有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2014年3月25日