CN104347553A - 一种挖槽阻焊型igbt模块底板 - Google Patents

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Abstract

一种挖槽阻焊型IGBT模块底板，所述挖槽阻焊型IGBT模块底板的焊接区域边缘设有凹槽，所述的凹槽内沿尺寸与焊接基板的外形尺寸匹配并构成一个封闭的圈。本发明通过在模块底板的焊接区域边缘设计一圈挖槽结构，对熔化态的外溢焊料进行导流，使熔化焊料均匀分布在限定焊接区域内，从而实现了阻止熔化焊料外溢的目的，可避免焊料在DBC基板边缘的堆积，并可保证焊层的厚度，有利于提升模块的绝缘能力和功率循环能力，防止出现模块绝缘失效和DBC基板与底板之间焊层的开裂。

Description

一种挖槽阻焊型IGBT模块底板
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种挖槽阻焊型IGBT模块底板。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，全文简称IGBT）具有高频率、高电压、大电流、尤其是容易开通和关断的性能特点，是国际上公认的电力电子技术第三次革命的最具代表性的产品，至今已经发展到第六代，商业化已发展到第五代。
绝缘栅双极型晶体管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模块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元器件，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。
在IGBT模块封装中，通常需要将焊接有IGBT芯片的覆铜陶瓷基板（DirectBond Copper，全文简称DBC）焊接在模块底板上，形成IGBT芯片散热通道，同时DBC基板的陶瓷层也起着实现模块内部电路与外部环境的绝缘隔离作用。而在实际焊接中，因DBC与底板的焊接面积大，DBC基板与底板之间焊料熔化后易出现熔化焊料外溢到非焊接区域，容易造成DBC与底板间的焊层变薄，焊料在DBC基板边缘堆积，不仅缩小了DBC基板上铜层与底板的爬电距离，而且还可导致模块的功率循环能力和绝缘能力降低。因此解决焊料外溢，避免焊层变薄和堆积，成为保证模块可靠性的关键问题之一。
目前，为了解决DBC基板与底板之间焊料熔化后焊料外溢到非焊接区域，比较常用的方法是在底板焊接区域边缘印刷阻焊涂层，要求阻焊涂层和底板表面有较强的粘附性，在焊料熔化温度下不出现阻焊涂层与底板剥离，阻焊涂层材料不与熔化焊料相浸润，实现在焊料熔化下阻挡焊料外溢到非焊接区域。由于焊料熔化后的流动为随机性的，没有规律性可循，而阻焊涂层又不能实现熔化焊料的导流，仅起到围堵作用，若熔化焊料在阻焊涂层的某一区域聚集流出，还是会出现焊层变薄和堆积。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有改良结构的挖槽阻焊型IGBT模块底板，以克服上述缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种挖槽阻焊型IGBT模块底板，该挖槽阻焊型IGBT模块底板不仅能够保证对熔化焊料的围堵，同时还能够将外溢的熔化焊料进行流向引导，避免焊料外溢和堆积，保证焊层的厚度，从而保证模块的绝缘能力和功率循环能力。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种挖槽阻焊型IGBT模块底板，所述挖槽阻焊型IGBT模块底板的焊接区域边缘设有凹槽，所述的凹槽内沿尺寸与焊接基板的外形尺寸匹配并构成一个封闭的圈。
优选的，在上述挖槽阻焊型IGBT模块底板中，所述凹槽形状为U字型或V字型。
进一步的，在上述挖槽阻焊型IGBT模块底板中，所述凹槽形状为V字型。
优选的，在上述挖槽阻焊型IGBT模块底板中，所述凹槽深度小于等于基板和模块底板间设计的焊料厚度。
优选的，在上述挖槽阻焊型IGBT模块底板中，所述凹槽上端面宽度小于等于3mm。
一种IGBT模块，其包括底板、焊接于底板上的基板、设置于基板上的IGBT芯片，所述底板的焊接区域边缘设有凹槽，所述的凹槽内沿尺寸与焊接基板的外形尺寸匹配并构成一个封闭的圈。
优选的，在上述IGBT模块中，所述凹槽形状为U字型或V字型。
优选的，在上述IGBT模块中，所述凹槽形状为V字型。
优选的，在上述IGBT模块中，所述凹槽深度小于等于基板和模块底板间设计的焊料厚度。
优选的，在上述IGBT模块中，所述凹槽上端面宽度小于等于3mm。
从上述技术方案可以看出，本发明通过在模块底板的焊接区域边缘设计一圈挖槽结构，对熔化态的外溢焊料进行导流，使熔化焊料均匀分布在限定焊接区域内，从而实现了阻止熔化焊料外溢的目的，可避免焊料在DBC基板边缘的堆积，并可保证焊层的厚度，有利于提升模块的绝缘能力和功率循环能力，防止出现模块绝缘失效和DBC基板与底板之间焊层的开裂。
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，下面描述中的有关本发明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是现有技术中一种刷阻焊层型IGBT模块底板的结构示意图；
图2是本发明的挖槽阻焊型IGBT模块底板的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种挖槽阻焊型IGBT模块底板，所述挖槽阻焊型IGBT模块底板的焊接区域边缘设有凹槽，所述的凹槽内沿尺寸与焊接基板的外形尺寸匹配并构成一个封闭的圈。
优选的，在上述挖槽阻焊型IGBT模块底板中，所述凹槽形状为U字型或V字型。
进一步的，在上述挖槽阻焊型IGBT模块底板中，所述凹槽形状为V字型。
优选的，在上述挖槽阻焊型IGBT模块底板中，所述凹槽深度小于等于基板和模块底板间设计的焊料厚度。
优选的，在上述挖槽阻焊型IGBT模块底板中，所述凹槽上端面宽度小于等于3mm。
本发明还公开了一种IGBT模块，其包括底板、焊接于底板上的基板、设置于基板上的IGBT芯片，所述底板的焊接区域边缘设有凹槽，所述的凹槽内沿尺寸与焊接基板的外形尺寸匹配并构成一个封闭的圈。
优选的，在上述IGBT模块中，所述凹槽形状为U字型或V字型。
优选的，在上述IGBT模块中，所述凹槽形状为V字型。
优选的，在上述IGBT模块中，所述凹槽深度小于等于基板和模块底板间设计的焊料厚度。
优选的，在上述IGBT模块中，所述凹槽上端面宽度小于等于3mm。
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。
如图1所示，为现有技术中的一种常见的解决方案，在IGBT模块底板1的焊接区域3的边缘印刷有阻焊涂层2，阻焊涂层2凸起，将焊接区域3包围，整个的阻焊涂层2紧贴着焊接区域3中的DBC基板4形成一个圈，类似于围墙的作用和效果。
由于阻焊涂层2是印刷在焊接区域3上，就要求阻焊涂层2与底板1表面能有很强的粘附性，在焊接工艺过程中，由于温度的升高，很有可能会发生阻焊涂层2和底板1剥离的现象。随着温度的升高，到达一定的温度后，焊料开始熔化，当焊料熔化完成时，也要求阻焊涂层2的材料本身不能与熔化后的焊料相浸润，只有在满足上述的几个条件后，才能实现在焊料熔化下阻挡焊料外溢到非焊接区域。由于焊料熔化后的流动具有随机性，而阻焊涂层2所构成的圈位置是固定的，对四处流动的焊料只起到围堵作用，如果底板1的放置位置没有足够的水平，熔化的焊料便会向低洼处流动，并集聚直至堆积在一起，引起焊层的局部变薄和局部积厚，甚至可以流出阻焊涂层2外进入非焊接区域。且阻焊涂层2的凸起高度是设计好的，如果溢出的焊料过多，也可能出现熔化焊料流出阻焊涂层2外进入非焊接区域。
基于上述的对焊料的围堵机理有不甚合理之处，发明人考虑到将熔化的焊料进行引导流出，借鉴治水的理念，改堵为疏，也是本发明方案的主要创新精神所在。
本发明所用的设计方案中的挖槽阻焊型IGBT模块底板与现有技术中的底板结构不同，采用底板表面挖槽技术，在底板焊接区域的边缘挖槽，并形成一个密闭的圈。
具体的，如图2所示，在IGBT模块底板1的焊接区域3边缘设有阻焊槽2，阻焊槽2为凹槽，将焊接区域3包围，整个的阻焊槽2紧贴着焊接区域3中的DBC基板4形成一个圈，阻焊槽2内沿尺寸与焊接的DBC基板4的外形尺寸匹配。
其中，底板1上的焊接区域3的位置由模块产品的结构设计决定，焊接区域3的具体尺寸决定于DBC基板4的尺寸，而阻焊槽2位置和长度主要取决于底板1上焊接区域3的位置和面积大小，具体的优化实施要求为，阻焊槽2位置设计在底板1上焊接区域3的边缘，并构成一个封闭的圈，阻焊槽2的内沿尺寸与焊接的DBC基板4的外形尺寸匹配，阻焊槽2的上端面宽度需根据实际焊接中外溢焊料的多少来确定，阻焊槽2的深度小于等于DBC基板4和底板1间设计焊料厚度尺寸，阻焊槽2的形状可以为U字型或V字型，一般建议挖槽形状为V字形，V字上端面宽度不宜大于3mm，但不做具体限定。
DBC基板4和底板1焊接时，首先在底板1上的焊接区域3表面设置焊接焊料层，然后将DBC基板4放置在底板1上的焊接区域3内，并与底板1上的焊接区域3相匹配，然后将DBC基板4、焊料、底板1同时放入焊接炉内升温进行焊接。
焊接过程中，随着温度的升高，焊料熔化，若出现焊料外溢时，外溢焊料将首先进入阻焊槽2，在设计的阻焊槽2的导流作用下，外溢焊料并不溢出焊接区域，而是顺着设计的阻焊槽2向两边流动，最终使焊料都限定在焊接区域3内，使焊料层分布均匀，从而实现了阻止熔化焊料外溢的目的，可避免熔化焊料在DBC基板4边缘的堆积，并可保证焊层的厚度。
对比发现，凹陷的阻焊槽和凸起的阻焊层虽然都是将焊接区域包围，紧贴着焊接区域中的DBC基板形成一个圈，内沿尺寸与焊接的DBC基板的外形尺寸匹配，但是阻焊层属于额外增加部分，对自身的材料有很高的要求，且处理较大量的焊料流出时效果不佳，而阻焊槽是在底板上所做的挖槽，简单易行，且对焊料是疏导作用，处理能力更强。
综上所述，本发明通过在模块底板的焊接区域边缘设计一圈挖槽结构，对熔化态的外溢焊料进行导流，使熔化焊料均匀分布在限定焊接区域内，从而实现了阻止熔化焊料外溢的目的，可避免焊料在DBC基板边缘的堆积，并可保证焊层的厚度，有利于提升模块的绝缘能力和功率循环能力，防止出现模块绝缘失效和DBC基板与底板之间焊层的开裂。
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。
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 (10)

1.一种挖槽阻焊型IGBT模块底板，其特征在于：所述挖槽阻焊型IGBT模块底板的焊接区域边缘设有凹槽，所述的凹槽内沿尺寸与焊接基板的外形尺寸匹配并构成一个封闭的圈。
2.根据权利要求1所述的挖槽阻焊型IGBT模块底板，其特征在于：所述凹槽形状为U字型或V字型。
3.根据权利要求2所述的挖槽阻焊型IGBT模块底板，其特征在于：所述凹槽形状为V字型。
4.根据权利要求1所述的挖槽阻焊型IGBT模块底板，其特征在于：所述凹槽深度小于等于基板和模块底板间设计的焊料厚度。
5.根据权利要求1所述的挖槽阻焊型IGBT模块底板，其特征在于：所述凹槽上端面宽度小于等于3mm。
6.一种IGBT模块，包括底板、焊接于底板上的基板、设置于基板上的IGBT芯片，其特征在于：所述底板的焊接区域边缘设有凹槽，所述的凹槽内沿尺寸与焊接基板的外形尺寸匹配并构成一个封闭的圈。
7.根据权利要求6所述的IGBT模块，其特征在于：所述凹槽形状为U字型或V字型。
8.根据权利要求7所述的IGBT模块，其特征在于：所述凹槽形状为V字型。
9.根据权利要求6所述的IGBT模块，其特征在于：所述凹槽深度小于等于基板和模块底板间设计的焊料厚度。
10.根据权利要求6所述的IGBT模块，其特征在于：所述凹槽上端面宽度小于等于3mm。
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