CN104952809B - 一种用于igbt模块的基板及igbt模块的封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于IGBT模块的基板及IGBT模块封装的方法，该基板包括AlSiC层和铝合金层，所述铝合金层位于AlSiC层底部的表面形成待机械加工层。该方法的步骤为：（1）制作基板；先由SiC粉末堆积成均匀的多孔隙结构的预制件，然后将液态铝合金浸渗到预制件中，形成AlSiC层；再继续注入液态铝合金，在基板的表面形成一层铝合金层；（2）使用上述基板完成IGBT封装之后，基板的底部会向内凹陷；此时，采用机械加工将基板的底部加工平整，消除内凹的弧度。本发明具有加工简便、加工成本低、能够提高可靠性等优点。

Description

一种用于IGBT模块的基板及IGBT模块的封装方法

技术领域

本发明主要涉及到IGBT的制作领域，特指一种适用于大功率IGBT模块的基板及IGBT模块的封装方法。

背景技术

IGBT是一种大功率半导体器件，其中文名称是：绝缘栅双极型晶体管。它是一种可通过外部信号控制其开通和关断的器件。所以在大功率电气、电力、电子领域，IGBT可以在电路起开关（Switch）作用，通过特定的电路，可以达到改变电流方向的作用。当IGBT在通大电流时，会因本身的通态阻抗而发热；当IGBT开通、关断时，因为高电压和大电流会有瞬时的重叠，也会产生热量。如果不能将热量有效散出，那么IGBT的温度就会逐渐上升，导致超过极限温度而发生失效。为了避免这种情况，IGBT必须要有良好的散热通道。如图9所示，基板1就是这样一个通道。基板1在制备时，先由SiC粉末堆积成均匀的多孔隙结构的预制件，如图1预制件纵剖面所示。然后将液态铝合金浸渗到预制件中，形成AlSiC材料(铝碳化硅)，如图2所示。之所以选择AlSiC材料做基板1，是因为在所有热膨胀系数与Si材料比较接近的材料中，AlSiC材料的热阻、硬度都比较合适。参见图9，IGBT的芯片4被安装在基板1上，组成一个模块。模块使用前，要被安装在散热器上，基板1就是直接与散热器接触的部分。芯片4发热，通过基板1将热量传给散热器，使温度降低。所以基板1和散热器具备良好的热接触是非常重要的，要保证基板1所有底面面积都与散热器接触，基板1上接触不到散热器的微小缝隙，也要靠填充导热硅脂来进行改良。

由于上述原因，所以如图3所示，基板1都是带有外凸弧度的形状。基板1四周有螺丝安装孔。由于基板1表面存在一些细微的缝隙，所以在安装前，散热器或基板1要涂一层导热硅脂，填充缝隙，增强热传导率。IGBT被安装到平整的散热器上时，基板通过螺丝固定。基板中心接触散热器，同时基板四周受力，将基板压平。这样理论上基板的所有表面都能与散热器接触，多余的导热硅脂会被挤出。

各个厂商生产的大功率的IGBT模块，其AlSiC基板都呈一定的弧形，基板1的中心向外部凸出一定的高度（一般是100um～400um左右）。这是由于IGBT封装过程中，焊接工艺会造出基板1中心向内凹陷。这样在安装IGBT时，会造出中间凹陷区域无法接触散热器。为了避免这种现象，各个厂家都将IGBT的基板1设计成预先有一定弧度的形状。由于无法精确控制焊接工艺造成的内凹距离，原始设计的外凸距离会稍稍偏大一点。在完成焊接工艺后，由于内凹的抵消，外凸的弧度会减小，但是仍然有一定的弧度。

由于焊接工艺中，无法控制基板1内凹的程度，常常导致基板1的弧度发生一些意想不到的改变，如图4所示的外凸位置改变且外凸弧度过大、如图5所示的基板1出现不规则波浪形状等，导致基板1与散热器之间出现没有接触到的情况。

目前，业界有两种方案形成这种弧度。一种是采用弯折设备，使平面基板1变形，形成弧度。这样基板1的两面都有弧度，称之为“双面拱”型基板，如图4所示。另一种是使用球面磨设备，将基板1的底面磨出一个中心突出的球面，只有单面有弧度，称之为“单面拱”型基板1。但是因为AlSiC基板1的硬度很高，目前球面磨的成本比较高。

通过总结，上述传统方法的不足就在于：

（1）因传统IGBT基板1在工艺处理过程中会产生不可避免的变形，会对安装IGBT到散热器上造成潜在的缺陷。

（2）因传统IGBT基板1完全是由铝碳化硅组成的，其硬度较大，对其进行批量机械切割加工的难度较大、成本也较高。

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，本发明提供一种加工简便、加工成本低、能够提高可靠性的用于IGBT模块的基板及IGBT模块的封装方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于IGBT模块的基板，包括AlSiC层和铝合金层，所述铝合金层位于AlSiC层底部的表面形成待机械加工层。

本发明进一步提供一种基于上述基板的IGBT模块封装的方法，其步骤为：

（1） 制作基板；先由SiC粉末堆积成均匀的多孔隙结构的预制件，然后将液态铝合金浸渗到预制件中，形成AlSiC层；再继续注入液态铝合金，在基板的表面形成一层铝合金层；

（2）使用上述基板完成IGBT封装之后，基板的底部会向内凹陷；此时，采用机械加工将基板的底部加工平整，消除内凹的弧度。

作为本发明方法的进一步改进：在完成步骤（2）之后，使用机械加工将基板的底部打磨，降低基板的表面粗糙度，消除微小缝隙。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明能够消除IGBT基板的弧度，使其形成平面，能够保证在安装IGBT时，基板平面能与散热器平面完全紧密接触；并且降低IGBT基板的粗糙度，从而在安装过程中，取消导热硅脂的使用。

附图说明

图1 是由SiC粉末堆积成的多孔隙结构预制件的示意图。

图2 是将SiC预制件掺入铝合金形成AlSiC材料的示意图。

图3是基板正常外凸情况的示意图。

图4是基板外凸位置改变且外凸弧度过大的示意图。

图5是基板出现不规则波浪形状的示意图。

图6是本发明基板的结构示意图。

图7是本发明基板在进行IGBT封装时的结构示意图。

图8是本发明方法的流程示意图。

图9是基板与芯片的装配示意图。

图例说明：

1、基板；2、AlSiC层；3、铝合金层；31、剩余铝合金层；32、机械加工去除铝合金层；4、芯片。

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6所示，本发明的一种用于IGBT模块的基板1，包括AlSiC层2和铝合金层3，所述铝合金层3位于AlSiC层2底部的表面形成待机械加工层。

在使用本发明的基板1完成IGBT封装之后，基板1的底部会向内凹陷。这时候，再采用机械加工对基板1底部的铝合金层3进行平整加工，消除内凹的弧度（如利用精密车床或者精密铣床进行加工）。这样，所去掉的距离不超过铝合金层3的厚度，而且处理后的IGBT的基板1底面呈一整块平面，能够保证散热器和IGBT的基板1之间全部接触。机械加工后的基板1会留下来一层较薄的铝合金层3，由于铝合金的热导率比铝碳化硅更好，所以保证了使用这种工艺方法处理的基板1不会使热阻增加，如图7所示。

进一步，还可以使用机械加工将基板1的底部打磨（如使用精密磨床），降低基板1表面粗糙度，消除微小缝隙。在安装IGBT到散热器上时，保证了IGBT基板1和散热器有效的直接接触面积达到99%，完全可以不使用导热硅脂，因此也排除了导热硅脂年久失效的问题。

本发明进一步提供了一种基于上述基板1的IGBT模块封装的方法，如图8所示，其步骤为：

第一步：制作基板1；先由SiC粉末堆积成均匀的多孔隙结构的预制件，然后将液态铝合金浸渗到预制件中，形成AlSiC层2(铝碳化硅)。液态铝合金在填充完预制件的孔隙，形成AlSiC层后，再继续注入液态铝合金，在基板1的表面形成一层铝合金层3，如图6所示。在基板1的厚度方面，铝合金层3的厚度远低于AlSiC层2的厚度，而本发明中基板的AlSiC层2的厚度应当比传统基板1的厚度小一些，这样本发明基板1的整体厚度比传统基板1的厚度稍微多一些。

第二步：在使用本发明的基板1完成IGBT封装之后，基板1的底部会向内凹陷。这时候，再采用机械加工将基板1底部加工平整，消除内凹的弧度（如利用精密车床或者精密铣床进行加工）。去掉的距离不超过铝合金层3的厚度，而且处理后的IGBT的基板1底面呈一整块平面，能够保证散热器和IGBT基板1之间全部接触。机械加工后的基板1会留下来一层较薄的铝合金层3，由于铝合金的热导率比铝碳化硅更好，所以保证了使用这种工艺方法处理基板不会使热阻增加。如图7所示，图中铝合金层3包括了剩余铝合金层31和机械加工去除铝合金层32。

第三步：使用机械加工将基板1底部打磨（如使用精密磨床），降低基板1的表面粗糙度，消除微小缝隙。在安装IGBT到散热器上时，保证了IGBT基板1和散热器有效的直接接触面积达到99%，完全可以不使用导热硅脂，排除了导热硅脂年久失效的问题。

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 (2)

1.一种IGBT模块封装的方法，其特征在于步骤为：

（1） 制作基板；先由SiC粉末堆积成均匀的多孔隙结构的预制件，然后将液态铝合金浸渗到预制件中，形成AlSiC层；再继续注入液态铝合金，在基板的表面形成一层铝合金层；

（2）使用上述基板完成IGBT封装之后，基板的底部会向内凹陷；此时，采用机械加工将基板的底部加工平整，消除内凹的弧度。

2.根据权利要求1的IGBT模块封装的方法，其特征在于，在完成步骤（2）之后，使用机械加工将基板的底部打磨，降低基板的表面粗糙度，消除微小缝隙。