CN103094127A

CN103094127A - 用于封装igbt模块的直接键合铜基板的贴装夹具

Info

Publication number: CN103094127A
Application number: CN2011103473130A
Authority: CN
Inventors: 郑志荣; 孙宏伟; 朱煜珂
Original assignee: Wuxi China Resources Micro Assembly Tech Ltd
Current assignee: Wuxi China Resources Micro Assembly Tech Ltd
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN103094127B

Abstract

本发明提供一种用于封装IGBT模块的直接键合铜基板的贴装夹具，属于IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块的封装技术领域。该贴装夹具包括载板和盖板，所述载板上设置有多个用于承载所述直接键合铜基板的承载腔，所述盖板覆盖于在所述载板上以固定所述直接键合铜基板于所述承载腔中，并且，在所述盖板上设置多个的孔以对应暴露所述承载腔中的直接键合铜基板的铜键合面。该贴装夹具大大提供DBC基板的贴装效率，并且贴装作业的稳定性好。

Description

用于封装IGBT模块的直接键合铜基板的贴装夹具

技术领域

本发明属于IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块的封装技术领域，涉及用于封装IGBT模块的直接键合铜(Direct Bonding Copper，DBC)基板的贴装夹具。

背景技术

IGBT模块是一种常见的智能功率器件，其通过多个IGBT芯片或多个IGBT芯片(die)与其它器件(例如功率二极管)组合(例如相互并联)地封装形成。DBC基板在IGBT模块的封装中被广泛应用，其具有成本低、散热好、高频性能好的优点。使用DBC基板进行封装的过程中，首先，需要将多个IGBT芯片等贴装至DBC基板的预定位置，然后进行焊接连接等过程。

SMT(Surface Mounted Technology，表面贴装技术)是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺，其具有组装密度高、可靠性高、高频特性好、低成本、便于自动化生产等优点。在将IGBT芯片贴装至DBC基板上的过程中，SMT设备也被广泛使用。

现有技术中，由于DBC基板是采用氧化铝烧结的方式制备形成，其中采用成品分开的来料形式，因此，每个IGBT模块所使用的DBC基板是独立的小块形式存在，面积较小(例如36mm×14mm)，用于形成每个IGBT模块的IGBT芯片等需逐个地贴装至每块DBC基板上，采用SMT设备进行自动贴装为例，如果每个DBC基板上贴装12个IGBT芯片，SMT设备在每个DBC基板上贴片12个IGBT芯片后，就需要更换一个DBC基板以进行下一个IGBT模块的贴装。这样的贴装过程没有充分应用SMT设备的运动速度块、工作范围大的特点，设备运行效率低，也非常浪费工人操作时间，总体上，贴装过程的效率低下。

发明内容

本发明的目的在于，提高在DBC基板上贴装IGBT芯片等的贴装效率。

为实现以上目的或者其它目的，本发明提供以下技术方案。

按照本发明的一方面，提供一种用于封装IGBT模块的直接键合铜基板的贴装夹具，其中，所述贴装夹具包括载板和盖板，所述载板上设置有多个用于承载所述直接键合铜基板的承载腔，所述盖板覆盖于所述载板上以固定所述直接键合铜基板于所述承载腔中，并且，在所述盖板上设置多个的孔以对应暴露所述承载腔中的直接键合铜基板的铜键合面。

按照本发明提供的贴装夹具的一优选实施例，其中，所述承载腔的边沿设置有多个提取腔。

在之前所述实施例的贴装夹具中，较佳地，所述DBC基板和所述承载腔为方形，四个所述提取腔被设置在每个所述承载腔的边角处。

按照本发明提供的贴装夹具的又一优选实施例，其中，所述载板的表面的平面度设置在±0.1毫米的范围内。

按照本发明提供的贴装夹具的还一优选实施例，其中，所述直接键合铜基板包括陶瓷基板、陶瓷基板的正面的第一铜层以及陶瓷基板的背面的第二铜层，所述陶瓷基板的尺寸大于所述第一铜层的尺寸。

在之前所述实施例的贴装夹具中，较佳地，所述孔的尺寸大于或等于所述第一铜层的尺寸且小于所述第一陶瓷基板的尺寸。

在之前所述实施例的贴装夹具中，较佳地，所述盖板的厚度基本等于所述第一铜层的厚度。

在之前所述实施例的贴装夹具中，较佳地，所述承载腔的深度基本等于所述陶瓷基板与所述第二铜层的厚度之和。

在之前所述实施例的贴装夹具中，较佳地，所述提取腔的深度大于所述承载腔的深度。

在之前所述实施例的贴装夹具中，较佳地，在所述盖板的孔的四周边沿背面上设置用于按压所述陶瓷基板的边沿的软垫层。

在之前所述实施例的贴装夹具中，较佳地，所述软垫层采用能够耐500□高温的材料制备形成。

在之前所述实施例的贴装夹具中，较佳地，所述载板和/或盖板采用能够耐500℃高温的材料制备形成。

在之前所述实施例的贴装夹具中，较佳地，多个所述承载腔按行和列的形式规则地排列。

在之前所述实施例的贴装夹具中，较佳地，所述承载腔大于或等于6个且小于或等于30个。

在之前所述实施例的贴装夹具中，较佳地，在所述承载腔上设置负压孔以吸附固定所述直接键合铜基板。

本发明的技术效果是，通过在贴装夹具上设置多个承载腔以同时固定多个DBC基板，从而可以同批次地通过SMT设备贴装多个DBC基板的多个IGBT芯片等，大大提供SMT设备的运行效率，贴装效率被提高，并且，贴装夹具对多个DBC夹持稳定性好，贴装作业的稳定性好。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其它目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是按照本发明一实施例提供的贴装夹具的载板的正面俯视图；

图2是图1所示贴装夹具的载板的A-A截面的剖面图；

图3是按照本发明一实施例提供的贴装夹具的盖板的正面俯视图；

图4是本发明实施例的贴装夹具所固定的DBC基板的结构示意图，其中，(a)为DBC基板的正面俯视图，(b)为DBC基板的仰视图，(c)为(a)中B-B截面的DBC基板剖面图；

图5是本发明一实施例提供的贴装夹具在固定DBC基板后的局部结构示意图；

图6是图5所示结构的C-C截面剖面结构示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

图1所示为按照本发明一实施例提供的贴装夹具的载板的正面俯视图，图2所示为图1所示贴装夹具的载板的A-A截面的剖面图；图3所示为按照本发明一实施例提供的贴装夹具的盖板的正面俯视图；图4所示为本发明实施例的贴装夹具所固定的DBC基板的结构示意图，其中，(a)为DBC基板的正面俯视图，(b)为DBC基板的仰视图，(c)为(a)中B-B截面的DBC基板剖面图。在本文中，贴装夹具的正面是指用于固定DBC基板的一面，DBC基板的正面是指用于焊接IGBT芯片等器件的一面；在附图中，从DBC基板的背面指向其正面的方向或者从贴装夹具的背面指向其正面的方向被定义为z方向，平行于DBC基板的长的方向被定义为x方向，平行于DBC基板的宽的方向被定义为y方向。

参阅图1至图4，贴装夹具包括载板10和盖板20，其中，载板10包括载板本体11，载板本体11可以为一定厚度和面积的基板。在载板本体11上，设置有多个承载腔13，在该实施例中，承载腔13用于承载图4实施例的DBC基板90，相应地，一个承载腔13对应承载一个DBC基板90，因此，每个承载腔13的形状对应于其承载的DBC基板的形状而设计，例如，在该实例中，承载腔13的长的尺寸(x方向的尺寸)比DBC基板的长的尺寸大约0.1-0.2mm，承载腔13的宽的尺寸(y方向的尺寸)比DBC基板的宽的尺寸大约0.1-0.2mm。载板10中的承载腔13的个数可以为6-30个，因此，其可以相应地承载6-30个DBC基板90，例如，共设置21个承载腔(如图1所示)。多个承载腔13优选地按行和列的形式规则地排列，如图1所示，相邻承载腔13在x方向等间距地排列且在y方向也等间距地排列，这样，便于SMT设备控制贴装IGBT芯片等贴装至承载腔13中固定的DBC基板90上。

在一优选实施例中，承载腔13的边沿设置有提取腔131，在图1所示实施例中，提取腔131被设置在承载腔13的边角处。提取腔131用于方便地将承载腔中的DBC基板90取出，也可以避免手工干预方式的提取带来的载板10污染的问题，提取腔131的具体结构设置将在其后说明。

在一优选实施例中，载板10的表面的平面度设置在±0.1mm的范围内，这样，承载腔13的底面与DBC基板90的铜键合面93匹配较好，载板10在SMT设备运动时，产生的震动也小，承载腔13中的DBC基板90在固定后相对不易在贴装过程中产生位移；另外，载板10的翘曲也相对较小。

继续参阅图3，盖板20上设置有多个孔23，在该实施例中，孔23的形状同样对应于所固定的DBC基板的形状设计(在xy平面上)，孔23例如被设计为长方形，孔23的具体数量可以等于承载腔13的具体数量(例如同为21个)。当盖板20覆盖在载板10(承载腔23中置放有DBC基板90)上时，每个孔23可以相应地暴露承载腔23中DBC基板90的铜键合面91，以便于SMT设备在铜键合面91上贴装IGBT芯片；同时，通过盖板20与载板10，可以将承载腔13中的DBC基板90固定，其具体固定方式实施例将在其后详细描述。

继续参阅图4，在该实施例中，贴装夹具用于对DBC基板90进行固定，一般地，DBC基板90包括陶瓷基板92，其可以为氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝等材料制成，其具有良好的绝缘性能；在陶瓷基板92两面分别设置有铜层以形成铜键合面91和93，铜键合面91为正面，其用于焊接键合IGBT芯片等，根据具体功能要求，其可以进行不同的构图。一般地，陶瓷基板92的面积大于铜键合面91的面积，在DBC基板90为长方形的情形下，其陶瓷基板92的长的尺寸(x方向的尺寸)比铜键合面91的长的尺寸大2-10mm(例如5mm)，陶瓷基板92的宽的尺寸(x方向的尺寸)比铜键合面91的宽的尺寸大2-5mm(例如3mm)。DBC基板90的厚度一般地由陶瓷基板92的厚度、其正反面的铜层的厚度共同决定。

图5所示为本发明一实施例提供的贴装夹具在固定DBC基板后的局部结构示意图，图6所示为图5所示结构的C-C截面剖面结构示意图。结合图5、图6所示，DBC基板90在xy平面的尺寸小于承载腔13在xy平面的尺寸，因此，其易于置放于承载腔13中；设计孔13的尺寸小于DBC基板90的陶瓷基板92的尺寸、但大于或等于DBC基板的铜键合面91的尺寸，从而，盖板20的孔23在对准DBC基板90置放时，铜键合面91通过孔23外露，以便于其后的表面贴装过程；同时盖板20的孔23的边沿可以压于陶瓷基板92的边沿上，从而可以将DBC基板90整体固定于承载腔13中。

在一优选实施例中，承载腔13的深度h1基本等于DBC基板90的陶瓷基板92厚度与背面铜层的厚度之和，这样可以避免盖板施加过大的压力于陶瓷基板92上；同时，优选地，盖板20的背面上，在孔23的四周边沿设置软垫层25，其有利于DBC基板的固定。另外，盖板20的厚度h2优选地基本等于DBC基板的正面铜层的厚度。

设置在承载腔13的边角点上的提取腔131的深度也优选地大于承载腔13的深度h1，并且，设计承载腔13与DBC基板的陶瓷基板92的尺寸差，使陶瓷基板92的边角部分地伸入提取腔131中，从而，可以通过其它工具作用于陶瓷基板92中伸入提取腔131部分的边角，将其提取出承载腔13，该过程不易对载板10表面产生污染。

在还一实施例中，可以在承载腔13的底面上设置负压孔(图中未示出)，利用负压吸附原理，更好地固定承载腔13之上的DBC基板90。

由于本发明实施例提供的贴装夹具在夹持固定DBC基板后，可能需要在该贴装夹具上进行焊接键合、回流等工艺过程，因此，优选地，贴装夹具的载板10、盖板20和/或盖板上的软垫层25采用耐高温材料制备而成，例如，载板10、盖板20的材料采用耐高温500℃而基本不变形、难氧化的材料。

M个(例如21个)DBC基板90同时固定在该实施例的贴装夹具之间后，通过SMT设备向该M个DBC基板90的每个贴装N个IGBT芯片，在使用贴装夹具进行贴装的情况下，每批次可以完成M×N个GBT芯片的贴装，SMT设备的贴装的效率大大提高；并且，贴装夹具夹持稳定，贴装作业的稳定性好，DBC基板的对位进度也较高。具体地，贴装夹具的基板10上设置的承载腔13的数量(M)可以综合考虑DBC基板的尺寸大小、SMT设备的运行范围等因素来确定。

需要说明的是，本发明提供的贴装夹具并不限于用于固定图4所示实施例的DBC基板90，例如，DBC基板也可以为正方形结构等，DBC基板的面积、厚度、表面粗糙度等都不是限制性的。贴装夹具的基板10上的承载腔13、盖板20上的孔的23的形状可以根据需要固定的DBC基板的形状变化而进行相应的设计。

本领域普通技术人员应理解的是，文中所用的术语“基本”、“大约”或者“约”提供了相应部件的工业界可接受的公差。

以上例子主要说明了本发明的贴装夹具。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims

1.一种用于封装IGBT模块的直接键合铜基板的贴装夹具，其特征在于，所述贴装夹具包括载板和盖板，所述载板上设置有多个用于承载所述直接键合铜基板的承载腔，所述盖板覆盖于所述载板上以固定所述直接键合铜基板于所述承载腔中，并且，在所述盖板上设置多个的孔以对应暴露所述承载腔中的直接键合铜基板的铜键合面。

2.如权利要求1所述的贴装夹具，其特征在于，所述承载腔的边沿设置有多个提取腔。

3.如权利要求2所述的贴装夹具，其特征在于，所述DBC基板和所述承载腔为方形，四个所述提取腔被设置在每个所述承载腔的边角处。

4.如权利要求1或2所述的贴装夹具，其特征在于，所述载板的表面的平面度设置在±0.1毫米的范围内。

5.如权利要求1或2所述的贴装夹具，其特征在于，所述直接键合铜基板包括陶瓷基板、陶瓷基板的正面的第一铜层以及陶瓷基板的背面的第二铜层，所述陶瓷基板的尺寸大于所述第一铜层的尺寸。

6.如权利要求5所述的贴装夹具，其特征在于，所述孔的尺寸大于或等于所述第一铜层的尺寸且小于所述第一陶瓷基板的尺寸。

7.如权利要求5所述的贴装夹具，其特征在于，所述盖板的厚度基本等于所述第一铜层的厚度。

8.如权利要求5所述的贴装夹具，其特征在于，所述承载腔的深度基本等于所述陶瓷基板与所述第二铜层的厚度之和。

9.如权利要求2或8所述的贴装夹具，其特征在于，所述提取腔的深度大于所述承载腔的深度。

10.如权利要求5所述的贴装夹具，其特征在于，在所述盖板的孔的四周边沿背面上设置用于按压所述陶瓷基板的边沿的软垫层。

11.如权利要求10所述的贴装夹具，其特征在于，所述软垫层采用能够耐500□高温的材料制备形成。

12.如权利要求1或2所述的贴装夹具，其特征在于，所述载板和/或盖板采用能够耐500℃高温的材料制备形成。

13.如权利要求1或2所述的贴装夹具，其特征在于，多个所述承载腔按行和列的形式规则地排列。

14.如权利要求1或2所述的贴装夹具，其特征在于，所述承载腔大于或等于6个且小于或等于30个。

15.如权利要求1或2所述的贴装夹具，其特征在于，在所述承载腔上设置负压孔以吸附固定所述直接键合铜基板。