CN102582162A - 电力电子功率模块覆铜结构 - Google Patents

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CN102582162A CN201210054549XA CN201210054549A CN102582162A CN 102582162 A CN102582162 A CN 102582162A CN 201210054549X A CN201210054549X A CN 201210054549XA CN 201210054549 A CN201210054549 A CN 201210054549A CN 102582162 A CN102582162 A CN 102582162A
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盛况
翟超
汪涛
郭清
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Zhejiang University ZJU
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Abstract

本发明的目的是提供一种电力电子功率模块覆铜结构，由上之下依次为DBC上铜层、DBC陶瓷层和DBC下铜层，其特征在于：DBC下铜层由多片铜薄片等间距排列而成。在普通DBC的基础上，通过将DBC下表面铜层刻蚀成一个个独立的铜薄片，这样在发生热膨胀时，大部分形变会发生在裂缝中的填充材料里，降低了整体的热应力，有效的增加了DBC与组件的寿命。

Description

电力电子功率模块覆铜结构
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及适合应用于大功率电力半导体模块、功率控制电路、智能功率组件和高频开关电源等，具体是涉及一种电力电子功率模块覆铜结构。
背景技术
双面覆铜板（DBC）是指铜箔在高温下直接键合到陶瓷基片，如氧化铝或氮化铝表面上的工艺方法。所制成的超薄复合基板具有优良电绝缘性能，高导热特性，优异的软钎焊性和高的附着强度，并可像印刷电路板一样能刻蚀出各种图形，具有很大的载流能力。因此，双面覆铜板已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料。
由于DBC的热膨胀系数一般与其连接材料的热膨胀系数不同，当环境温度发生变化或者组件在使用中发热时，会在DBC和其连接材料的交界面上产生应力，长期承受这样的应力会使DBC与其连接材料分离，带来可靠性问题，进而影响DBC和组件的寿命。鉴于此，本发明提出一种新的结构，可以降低DBC与其连接材料交界面的应力，增强了组件的可靠性，提高DBC与组件的寿命。
发明内容
本发明的目的在于针对现有DBC结构在应用中的不足，提供一种电力电子功率模块覆铜结构，应用于DBC结构，这种结构和传统结构相比，可以降低DBC与其连接材料交界面之间的应力，增加其可靠性，使DBC性能得到进一步的改善。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案是：
通过将DBC下表面铜层划分成规则的图形，减小单个铜片在水平维度上的长度，来达到降低应力的目的。
一种电力电子功率模块覆铜结构，由上之下依次为DBC上铜层、DBC陶瓷层和DBC下铜层，其特征在于：DBC下铜层由多片铜薄片等间距排列而成。
优选的，所述DBC陶瓷层为碳化硅层。
优选的，所述铜薄片间距为0.1mm~2mm。
优选的，所述DBC下铜层由多片矩形铜薄片等间距排列而成，整体呈矩形。
优选的，所述DBC下铜层由位于中部的等边三角形铜薄片和位于边缘的不规则铜薄片组成，整体呈矩形。
优选的，所述DBC下铜层由位于中部的正六边形铜薄片和位于边缘的不规则铜薄片组成，整体呈矩形。
一种电力电子功率模块覆铜结构的制作方法，将期望厚度的一整片铜薄片放置在DBC陶瓷层下表面，之后在存在可控量氧气的条件下，放置高温环境中，在这些条件下，铜薄片将会与DBC陶瓷层接合，最后形成陶瓷基覆铜板；然后将设计好的模板覆盖在DBC下铜层上，进行刻蚀，使得整片DBC下铜层分割为多片铜薄片等间距排列的形状。
本发明的有益效果是：在普通DBC的基础上，通过将DBC下表面铜层刻蚀成一个个独立的铜薄片，在与其他材料连接时，铜片之间的缝隙会有黏合材料如焊锡来填充，通常黏合材料的弹性模量要比铜与陶瓷低的多，这样在发生热膨胀时，大部分形变会发生在裂缝中的填充材料里，从而将原来整片铜层产生的热应力分散到各个小的铜片之间的裂缝中，降低了整体的热应力，有效的增加了DBC与组件的寿命。
附图说明
图1是本发明实施例1的侧视图；
图2是本发明实施例1的仰视图；
图3是本发明实施例2的仰视图；
图4是本发明实施例3的仰视图。
其中： 1- DBC上铜层、2-碳化硅层、3-DBC下铜层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
一种电力电子功率模块覆铜结构，由上之下依次为DBC上铜层1、DBC陶瓷层和DBC下铜层3， DBC下铜层3由多片铜薄片等间距排列而成。所述DBC陶瓷层为碳化硅层2。
实施例1
将期望厚度的一整片铜薄片放置碳化硅层在碳化硅层2下表面，之后在存在可控量氧气的条件下，放置高温环境中，在这些条件下，铜将会与碳化硅层2形成非常坚固的接合，最后形成陶瓷基覆铜板。然后将设计好的模板覆盖在DBC下铜层3上，进行刻蚀，使得整片DBC下铜层3分割为多片铜薄片等间距排列的形状。分割后的铜薄片为矩形。
实施例2
将期望厚度的一整片铜薄片放置在碳化硅层2下表面，之后在存在可控量氧气的条件下，放置高温环境中，在这些条件下，铜将会与碳化硅层2形成非常坚固的接合，最后形成陶瓷基覆铜板。然后将设计好的模板覆盖在DBC下铜层3上，进行刻蚀，使得整片DBC下铜层3分割为多片铜薄片等间距排列的形状。DBC下铜层3由位于中部的等边三角形铜薄片和位于边缘的不规则铜薄片组成，整体呈矩形。
实施例3
将期望厚度的一整片铜薄片放置在碳化硅层2下表面，之后在存在可控量氧气的条件下，放置高温环境中，在这些条件下，铜将会与碳化硅层2形成非常坚固的接合，最后形成陶瓷基覆铜板。然后将设计好的模板覆盖在DBC下铜层3上，进行刻蚀，使得整片DBC下铜层3分割为多片铜薄片等间距排列的形状。DBC下铜层3由位于中部的正六边形铜薄片和位于边缘的不规则铜薄片组成，整体呈矩形。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子，设计的模板不一定为规则的正多边形，只需能够完全覆盖DBC下铜层3，并且使刻蚀出的缝隙宽度相等即可，缝隙宽度d取值：0.1mm~2mm。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电力电子功率模块覆铜结构，由上之下依次为DBC上铜层、DBC陶瓷层和DBC下铜层，其特征在于：DBC下铜层由多片铜薄片等间距排列而成。
2.根据权利要求1所述的电力电子功率模块覆铜结构，其特征在于：所述DBC陶瓷层为碳化硅层。
3.根据权利要求1所述的电力电子功率模块覆铜结构，其特征在于：所述铜薄片间距为0.1mm~2mm。
4.根据权利要求1所述的电力电子功率模块覆铜结构，其特征在于：所述DBC下铜层由多片矩形铜薄片等间距排列而成，整体呈矩形。
5.根据权利要求1所述的电力电子功率模块覆铜结构，其特征在于：所述DBC下铜层由位于中部的等边三角形铜薄片和位于边缘的不规则铜薄片组成，整体呈矩形。
6.根据权利要求1所述的电力电子功率模块覆铜结构，其特征在于：所述DBC下铜层由位于中部的正六边形铜薄片和位于边缘的不规则铜薄片组成，整体呈矩形。
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