CN103165588A

CN103165588A - Igbt模块

Info

Publication number: CN103165588A
Application number: CN2013100617115A
Authority: CN
Inventors: 王豹子
Original assignee: Xian Yongdian Electric Co Ltd
Current assignee: CRRC Xian Yongdian Electric Co Ltd
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明公开了一种IGBT模块，包括DBC基板以及通过焊料与该基板焊接的底板，所述底板的焊接面上定义有焊接区域，所述焊接区域被沟槽分隔成多个区域单元，每个区域单元的面积小于或等于整个焊接区域面积的1/100。本申请的IGBT模块，可以降低模块底板和DBC基板之间焊接层的空洞率，提升焊接质量，保证焊接质量稳定。

Description

IGBT模块

技术领域

本发明属于电子制造领域，特别涉及一种IGBT模块，尤其涉及一种IGBT模块的底板。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）模块主要应用在变频器的主回路逆变器及一切逆变电路，即DC/AC变换中。当今以IGBT为代表的新型电力电子器件是高频电力电子线路和控制系统的核心开关器件，现已广泛应用于电力机车、高压输变电、电动汽车、伺服控制器、UPS、开关电源、斩波电源等领域，市场前景非常好。

IGBT模块作为电力电子系统的核心器件，它的性能参数直接决定着电力电子系统的性能和可靠性。而IGBT模块DBC基板和底板的焊接质量对IGBT模块的散热性能和可靠性有着重要的影响，因此，在IGBT模块封装制造过程中，不断提升IGBT模块DBC基板和底板的焊接质量，对提升IGBT模块的散热性能和可靠性有重要意义。

目前，IGBT模块底板大多采用铜、铝、铝碳化硅三种材料制作而成，底板焊接面均为平面结构，具体见图1，100所示为底板焊接区域。为了保证底板和DBC基板具有可焊接性，目前主要通过在底板表面进行电镀可焊性材料层来实现，而底板与DBC基板主要通过焊料进行焊接，焊接层空洞率的大小主要受焊接工艺技术水平和底板焊接面的清洁程度等多因素影响。

针对现有的底板设计，对于底板和DBC基板之间焊接面积不大于1cm²的小面积焊接，目前的焊接工艺技术能够很容易满足焊接层空洞率的技术标准要求，而对于焊接面积大于1cm²的大面积焊接，在实际焊接工艺中，常常出现焊接层空洞率大小变化，焊接层空洞率不稳定，若仅通过提升焊接工艺技术水平，降低底板焊接面清洁程度等工艺因素对焊接层空洞率的影响，以达到焊接层空洞率小的技术标准要求，工艺调整过程复杂，降低焊接层空洞率的技术控制难度较大。

有鉴于此，有必要提供一种新型的IGBT模块，以降低焊接层的空洞率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种IGBT模块，可以降低模块底板和DBC基板之间焊接层的空洞率，提升焊接质量，保证焊接质量稳定。

为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种IGBT模块，包括DBC基板以及通过焊料与该基板焊接的底板，所述底板的焊接面上定义有焊接区域，所述焊接区域被沟槽分隔成多个区域单元，每个区域单元的面积小于或等于整个焊接区域面积的1/100。

优选的，在上述的IGBT模块中，所述每个区域单元的面积是整个焊接区域面积的0.5～0.1%。

优选的，在上述的IGBT模块中，所述沟槽的截面为V形。

优选的，在上述的IGBT模块中，所述沟槽顶端的宽度大于0且小于等于1mm。

优选的，在上述的IGBT模块中，所述沟槽顶端的宽度大于等于0.2mm且小于等于0.5mm。

优选的，在上述的IGBT模块中，所述沟槽的深度小于焊料的厚度。

优选的，在上述的IGBT模块中，所述沟槽的深度为0.1～0.2mm。

优选的，在上述的IGBT模块中，所述焊接区域被沟槽分隔成多个相同的区域单元。

优选的，在上述的IGBT模块中，所述区域单元的形状为正三角形、正方形、长方形或菱形。

本发明提供的IGBT模块，主要是在底板焊接区域表面，进行一定形状的网格挖槽表面处理，将底板的焊接区域挖槽分割成多个区域单元，区域单元的形状可为正三角形、正方形、长方形、菱形等。这样，与现有技术相比，本发明中焊接层的空洞率明显变小，提升了模块的散热能力和可靠性，同时提升了焊接质量，保证焊接质量稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为现有技术中IGBT模块的底板的示意图；

图2所示为本发明最佳实施例中IGBT模块的底板的示意图；

图3所示为本发明对比实施例中IGBT模块的底板的示意图；

图4所示为本发明对比实施例中网格设计的底板与无网格设计的底板的焊接效果对比图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种IGBT模块，包括DBC基板以及通过焊料与该基板焊接的底板，所述底板的焊接面上定义有焊接区域，所述焊接区域被沟槽分隔成多个区域单元，每个区域单元的面积小于或等于整个焊接区域面积的1/100。

本申请设计的IGBT模块底板（网格底板）与现有技术中的底板（原底板）相比较，网格底板并未对原底板的整体结构设计做任何变化，与原底板设计的主要不同点是，在原底板的焊接区域表面进行了网格设计，具体是在底板焊接区域表面进行了一定形状的网格挖槽处理，将底板的焊接区域挖槽分割成多个区域单元。这样，在同样的焊接工艺条件下，底板与DBC基板通过焊料焊接，经测试比较，焊接层的空洞率明显变小，提升了模块的散热能力和可靠性。

优选的，在上述的IGBT模块中，每个区域单元的面积是整个焊接区域面积的0.5～0.1%；所述沟槽的截面为V形；所述沟槽顶端的宽度大于0且小于等于1mm，更优选的，所述沟槽顶端的宽度大于等于0.2mm且小于等于0.5mm；所述沟槽的深度小于焊料的厚度，进一步的，所述沟槽的深度为0.1～0.2mm；所述焊接区域被沟槽分隔成多个相同的区域单元，更优选的，所述区域单元的形状为正三角形、正方形、长方形或菱形等。

在其他实施例中，区域单元也可设置为不相同的形状，且形状也可设置为非规则图形。沟槽的底部也可设置为平面。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2所示为本发明最佳实施例中IGBT模块的底板的示意图。

参图2所示，IGBT模块包括IGBT芯片（图未示）、DBC基板（图未示）和底板。其中，IGBT芯片设于DBC基板上，底板通过焊料与DBC基板焊接。

底板包括平板状的主体部11，主体部11的四个顶角处分别设有一个安装孔。

主体部11的表面上定义有焊接区域12，焊接区域12被网格状的沟槽14分隔成面积大小、形状一致，规则排列的多个区域单元13，区域单元13的形状可为正三角形、正方形、长方形、菱形等，具体可根据焊接工艺试验结果和设计者确定；区域单元13的面积不大于所在焊接区域面积的1%，优选的，分割小区块的面积占所在焊接区域面积的0.5-0.1%，当然分割小区块的面积还可以更小，在此不做限定。网格挖槽的凹槽形状为“V”字形状；“V”字凹槽的宽度要求不大于1mm，优选为0.2～0.5mm，深度不大于焊接焊料层的厚度，优选为0.1～0.2mm，但不做限定。网格底板的具体结构设计，需综合考虑确定，此处不做具体限定。

图3所示为本发明对比实施例中IGBT模块的底板的示意图。

为了说明网格底板和DBC基板的焊接层的空洞率小于原底板（现有技术，无沟槽设计）和DBC基板的焊接层的空洞率，主要通过实际试验进行验证：首先在同一底板的不同焊接区域分别做网格设计B和无网格设计A，然后在同一焊接条件下，使用同一材质的焊料，进行底板和DBC基板的焊接。

焊接完成后，在同一测试条件下，使用超声扫描技术检测底板和DBC基板的焊接层空洞率，检测图像参图4所示（图中焊接区域内的白色显示部分为焊接层空洞）。

通过以上检测图对比发现，底板焊接区域进行网格设计的焊接层空洞率明显小于无网格设计的焊接层空洞率。因此，可以说明IGBT模块网格底板的焊接层空洞率较原底板小，采用该网格底板，可以提高底板和DBC基板的焊接质量，有利于提升模块的散热能力和可靠性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种IGBT模块，包括DBC基板以及通过焊料与该基板焊接的底板，所述底板的焊接面上定义有焊接区域，其特征在于：所述焊接区域被沟槽分隔成多个区域单元，每个区域单元的面积小于或等于整个焊接区域面积的1/100。

2.根据权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：所述每个区域单元的面积是整个焊接区域面积的0.5～0.1%。

3.根据权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：所述沟槽的截面为V形。

4.根据权利要求1或3所述的IGBT模块，其特征在于：所述沟槽顶端的宽度大于0且小于等于1mm。

5.根据权利要求4所述的IGBT模块，其特征在于：所述沟槽顶端的宽度大于等于0.2mm且小于等于0.5mm。

6.根据权利要求1或3所述的IGBT模块，其特征在于：所述沟槽的深度小于焊料的厚度。

7.根据权利要求6所述的IGBT模块，其特征在于：所述沟槽的深度为0.1～0.2mm。

8.根据权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：所述焊接区域被沟槽分隔成多个相同的区域单元。

9.根据权利要求8所述的IGBT模块，其特征在于：所述区域单元的形状为正三角形、正方形、长方形或菱形。