CN103579131A

CN103579131A - 用于功率igbt模块封装的无曲度基板

Info

Publication number: CN103579131A
Application number: CN201310536503.6A
Authority: CN
Inventors: 方杰; 李继鲁; 常桂钦; 贺新强; 曾雄; 彭明宇; 彭勇殿; 颜骥
Original assignee: Zhuzhou CSR Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明公开了一种用于功率IGBT模块封装的无曲度基板，包括基板体，所述基板体的焊接面上设置有若干个呈凸起状的台面，所述基板体的散热面为平面，所述台面比基板体在应力作用下更容易变形。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、制作简便、能够提高IGBT模块可靠性等优点。

Description

用于功率IGBT模块封装的无曲度基板

技术领域

本发明主要涉及到功率模块的封装设计领域，特指一种用于功率IGBT模块封装的无曲度基板。

背景技术

目前，功率IGBT模块的封装设计结构及工艺主要是基于焊接的方法。这种方法一般是先将芯片1焊接到绝缘陶瓷的衬板2上，然后将带芯片1的绝缘陶瓷衬板2和基板3焊接在一起，如图1所示。基板3在IGBT模块中主要起支撑和散热的作用。许多情况下基板3的材料采用AlSiC材料，这种材料和陶瓷衬板2之间的热膨胀系数差异较大。因此，在焊接后在衬板2和AlSiC基板3之间的焊层4存在较大的应力，这个应力会作用在AlSiC基板3上，从而导致整块基板3发生变形，如图2所示。如图3所示，当基板3发生上述变形后，IGBT模块将无法和散热器5保持良好接触，最终将会严重影响散热效果，图中的I为接触不良处。

为了解决上述问题，目前常用的解决方案是在AlSiC基板3和散热器5接触的一面预先设计一个向外突出的曲度，以便抵消焊接后基板3产生的变形。如图4所示为带双面曲度的基板3，如图5所示为为单面曲度的基板3。

但是，采用上述带曲度的AlSiC基板3的IGBT模块在焊接后，由于基板3发生变形的缘故，基板3的背面（和散热器5接触的一面）的曲度会变小，但是仍然要保留一个较小的曲度，否则和散热器5安装时会产生图3所描述的问题。带有曲度的基板3和散热器5的安装如图6所示，基板3曲面的高点和散热器5紧密接触，由于曲度的影响，四周会向上翘起留下间隙，需要通过四周的安装紧固螺丝6施加紧固力将基板3向下拉平来和散热器5保持良好接触。

由此可见，现有技术采用带曲度的AlSiC基板3来进行IGBT模块封装，存在以下缺点：

（1）AlSiC基板3本身的曲度成型技术较为复杂，例如单面曲度的成型技术通常采用精密机械加工来实现，这样无疑增加了AlSiC基板3的成本。

（2）带有曲度的AlSiC基板3在IGBT模块的封装中，其变形并不总是能够保证规则和均匀，也就是说存在不确定性，通常情况下需要在封装工艺中规定AlSiC基板3的曲度值（曲面高点到基准面的距离）以及曲面的形状（以同心圆中心对称分布为最佳）的允许变动范围。由于AlSiC基板3的变形存在不确定性，因此总会有IGBT模块由于基板3曲度不符合要求而报废，从而造成封装成品率下降。

（3）采用带曲度AlSiC基板3封装的IGBT模块在和散热器5安装时，基板3曲面的高点和散热器5紧密接触，由于曲度的影响，四周会向上翘起留下间隙，需要通过四周的安装紧固螺丝6施加紧固力将基板3向下拉平来和散热器保持良好接触，但是AlSiC基板3曲面的形状不可能保持理想状况（同心圆中心对称分布），因此即使基板3被拉平，仍然存在不良接触点，从而降低了散热效果。另一方面通过安装紧固螺丝6施加紧固力拉平基板3又会在IGBT模块内部造成应力，对IGBT模块的可靠性造成不利影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、制作简便、能够提高IGBT模块可靠性的用于功率IGBT模块封装的无曲度基板。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于功率IGBT模块封装的无曲度基板，包括基板体，所述基板体的焊接面上设置有若干个呈凸起状的台面，所述基板体的散热面为平面，所述台面比基板体在应力作用下更容易变形。

作为本发明的进一步改进：

所述台面的材料为铝。

所述台面是先由渗铝工艺获得一个较厚的铝层、再通过机械切割加工而成。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的用于功率IGBT模块封装的无曲度基板，结构简单紧凑、成本低廉、制作简便，利用台面来获得足够的变形量，足以抵消焊接应力，也就不会导致整个基板的变形。同时，由于取消了AlSiC基板的曲度设计，因此有效的避免了复杂的曲面成型加工，不存在因基板曲度引起的封装成品率下降的问题，从而降低了AlSiC基板的制造成本。

2、本发明的用于功率IGBT模块封装的无曲度基板，由于取消了AlSiC基板的曲度设计，因此采用在与IGBT模块和散热器装配时不存在不良接触点问题而降低散热效果，同时也不会受螺丝紧固力的影响而在模块内部产生应力，最终提高了IGBT模块的可靠性。

附图说明

图1 是现有典型的IGBT封装焊接结构示意图。

图2 是基板焊接后发生变形的示意图。

图3是变形后的基板和散热器不能保持良好接触的示意图。

图4是现有双面曲度基板的结构示意图。

图5是现有单面曲度基板的结构示意图。

图6是带有曲度的基板与散热器的安装效果示意图。

图7是本发明无曲度基板的结构示意图。

图8是本发明无曲度基板的端面结构示意图。

图9是本发明无曲度基板焊接效果的示意图。

图10是本发明无曲度基板在焊接后的应力分布示意图。

图例说明：

1、芯片；2、衬板；3、基板；4、焊层；5、散热器；6、紧固螺丝；7、基板体；701、焊接面；702、台面；703、散热面。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图7和图8所示，本发明的一种用于功率IGBT模块封装的无曲度基板，包括基板体7，基板体7的焊接面701（即与绝缘陶瓷衬板2焊接的一面）上设置有若干个呈凸起状的台面702，基板体7的散热面703（即与散热器5连接的一面）为平面，用来形成台面702的材料为比基板体7更加容易变形的材料。

如图9所示，为本发明的基板和绝缘陶瓷衬板2的焊接结构示意图。本发明的基板体7上设置凸起的台面702，绝缘陶瓷衬板2则焊接在台面702上，那么焊层4所产生的应力将会首先作用在台面702上，此时由于台面702本身的材料较之基板体7而言是比较容易变形的材料，因此只要台面702的厚度足够，其获得的变形量变足以抵消焊接应力，也就不会导致整个基板的变形，图中II处为台面702发生变形处。如图10所示，为应力分布的情况，图中III处为应力集中处。

本实施例中，所述台面702的材料采用铝；以AlSiC基板为例，它可以利用AlSiC基板的渗铝工艺获得一个较厚的铝层，再通过机械切割加工出台面702的形状。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于功率IGBT模块封装的无曲度基板，包括基板体（7），其特征在于，所述基板体（7）的焊接面（701）上设置有若干个呈凸起状的台面（702），所述基板体（7）的散热面（703）为平面，所述台面（702）比基板体（7）在应力作用下更容易变形。

2.根据权利要求1所述的用于功率IGBT模块封装的无曲度基板，其特征在于，所述台面（702）的材料为铝。

3.根据权利要求2所述的用于功率IGBT模块封装的无曲度基板，其特征在于，所述台面（702）是先由渗铝工艺获得一个较厚的铝层、再通过机械切割加工而成。