CN106803499A - 一种igbt模块封装焊接方法及封装焊接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种IGBT模块封装焊接方法及IGBT模块封装焊接结构。IGBT模块封装焊接方法包括如下步骤：步骤1)：将散热器表面的焊接区与非焊接区隔离；步骤2)：在焊接区设置均匀的焊料层；步骤3)：将绝缘衬板通过焊料层与散热器焊接固定；IGBT模块封装焊接结构，包括绝缘衬板及用于绝缘衬板散热的散热器，所述散热器的表面设有用于焊接所述绝缘衬板的焊接区，所述焊接区设置有焊料层，所述绝缘衬板通过所述焊料层焊接于所述焊接区内。本发明具有散热效率高、封装难度低、保证IGBT元件使用性能及运行可靠性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及功率模块的封装设计领域，尤其涉及一种IGBT模块封装焊接方法及封装焊接结构。
背景技术
目前，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，全称“绝缘栅双极晶体管”)芯片通常由绝缘衬板提供电路结构、电气绝缘及机械支撑，而绝缘衬板的散热效率、使用性能及运行可靠性则依赖于绝缘衬板的封装技术。现有的IGBT模块封装焊接结构主要采用两种方式：一种是将绝缘衬板焊接在基板上封装成IGBT模块，再通过硅脂与散热器配合安装的方式，它以IGBT模块为单元进行功率等级的选配，具备通用性强、可拆装互换、驱动设计简单等特点，其降低了对应用开发水平的要求，但存在如下问题：1、绝缘衬板通过基板安装于散热器上，使得绝缘衬板与散热器换热路径中多出部分热阻环节，即导致绝缘衬板至散热器热阻大，制约了绝缘衬板的散热效率，导致IGBT功率等级难以提升；2、为保证大基板与散热器表面良好接触，大基板平面需进行拱度处理，基板制造复杂、成本高；3、基板因热膨胀引发接触不良时，IGBT使用性能及IGBT模块的可靠性降低，增加了系统运行风险，且造成了IGBT不均流效应凸显；4、绝缘衬板需要使用特定工装保证焊接效果，绝缘衬板焊接过程复杂；5、受焊接均匀性、大基板平面拱度、并联绝缘衬板的电流均匀性影响，存在绝缘衬板焊接过程复杂、封装难度大、无法保证IGBT使用性能和长期运行可靠性等问题。另一种是将绝缘衬板通过硅脂直接压接在散热器表面，其应用环境受限，只能局限于非振动工况。
上述两种方式均使用硅脂对基板(或绝缘衬板)与散热器配合安装的两刚性接触面之间的缝隙进行填充，实现两者的连接和热传递。硅脂与两接触面因物理接触而滋生出接触热阻，两层接触热阻比硅脂自身的热阻还大，在绝缘衬板至散热器的整条换热路径中占据较大的热阻比例，制约了绝缘衬板的散热效率；此外，随着温度飘升，硅脂的流动性加强，硅脂溢出扩散将导致接触热阻急剧增大，诱发系统风险，同时硅脂的流动性也无法保证无缝填充。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种散热效率高、封装难度低、保证IGBT元件使用性能及运行可靠性的IGBT模块封装焊接方法及封装焊接结构。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种IGBT模块封装焊接方法，包括如下步骤：
步骤1)：将散热器表面的焊接区与非焊接区隔离；
步骤2)：在焊接区设置均匀的焊料层；
步骤3)：将绝缘衬板通过焊料层与散热器焊接固定。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤1)中，在散热器的焊接区边沿涂覆阻焊材料隔离所述焊接区与非焊接区。
在步骤1)中，利用激光在散热器的焊接区边沿表面去除材料隔离所述焊接区与非焊接区。
步骤2)中，利用钢网将焊料层印刷于焊接区。
一种IGBT模块封装焊接结构，包括绝缘衬板及用于绝缘衬板散热的散热器，所述散热器的表面设有用于焊接所述绝缘衬板的焊接区，所述焊接区设置有焊料层，所述绝缘衬板通过所述焊料层焊接于所述焊接区内。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述焊接区的边沿设有用于防止焊料流出焊接区的隔离部。
所述隔离部为阻焊层，所述阻焊层凸设于所述散热器的表面。
所述隔绝部为设于散热器上的凹槽。
所述焊料层为单层焊料层。
所述绝缘衬板的材料由Al2O3、AlN、AlSiC、SiN的其中一种或多种构成。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明将散热器表面的焊接区与非焊接区隔离，避免了焊料溢出，使焊接时绝缘衬板可靠焊接于焊接区内，实现了绝缘衬板的自动焊接对位；且绝缘衬板通过焊料直接焊接封装，简化了封装结构，采用无基板、无硅脂技术省去了中间热阻环节，提高了绝缘衬板的散热效率，降低了硅脂流动导致的系统运行风险；本发明将焊接区隔离保证了焊料的均匀流动性，使绝缘衬板与散热器焊接时容易控制均匀的焊层厚度，实现了绝缘衬板与散热器的无缝填充，提高了IGBT元件的使用性能与运行可靠性；绝缘衬板焊接流程简单，焊接工装简易化，有效降低了绝缘衬板的封装难度及成本，规避了封装环节引入的潜在技术风险；
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明IGBT模块封装焊接方法的流程图。
图2是本发明IGBT模块封装焊接结构的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
图中各标号表示：
1、绝缘衬板；2、散热器；21、焊接区；22、非焊接区；3、阻焊层；4、焊料层。
具体实施方式
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1所示，本实施例的IGBT模块封装焊接方法，包括如下步骤：
步骤1)：将散热器2表面的焊接区21与非焊接区22隔离；
步骤2)：在焊接区21设置均匀的焊料层4；步骤3)：将绝缘衬板1通过焊料层4与散热器2焊接固定。
本发明将散热器2表面的焊接区21与非焊接区22隔离，避免了焊料溢出，使焊接时绝缘衬板1可靠焊接于焊接区21内，实现了绝缘衬板1的自动焊接对位，且绝缘衬板1通过焊料直接焊接封装，简化了封装结构，而绝缘衬板1与散热器2直接焊接，意味着产品设计需面向相对微观层次的IGBT芯片单元，对技术配套与工艺实现要求高，挑战应用开发水平，基于此，现有技术并无公开绝缘衬板1与散热器2直接焊接的实施方案。本发明采用无基板、无硅脂技术省去了中间热阻环节，具体讲省去了基板热阻、硅脂热阻及接触热阻，提高了绝缘衬板1的散热效率，在同等应用工况下可以达到更高的功率等级，降低了硅脂流动导致的系统运行风险，此外，也不用考虑因安装方位不当引起的硅脂垂流溢出问题；本发明将焊接区21隔离保证了焊料的均匀流动性，使绝缘衬板1与散热器2焊接时容易控制均匀的焊层厚度，实现绝缘衬板1与散热器2的无缝填充，从而提高了IGBT元件的使用性能与运行可靠性；绝缘衬板1焊接流程简单，焊接工装简易化，有效降低了绝缘衬板1的封装难度及成本，规避了封装环节引入的潜在技术风险。
本实施例中，在步骤1)中，利用散热器2的焊接区21边沿涂覆阻焊材料隔离焊接区21与非焊接区22。在其他实施例中，可利用激光在散热器2的焊接区21边沿去除材料隔离焊接区21与非焊接区22。
本实施例中，步骤2)中，利用钢网将焊料印刷于焊接区21。
图2示出了本发明的IGBT模块封装焊接结构，其包括绝缘衬板1及散热器2，绝缘衬板1为所有有源或无源元件提供机械支撑，绝缘衬板1具有良好的绝缘导热特性，以消除或传递绝缘衬板1上功率元件所产生的热量，绝缘衬板1的材料由Al2O3、AlN、AlSiC、SiN的其中一种或多种构成；散热器2用于绝缘衬板1散热，散热器2的表面设有焊接区21，绝缘衬板1焊接于焊接区21内。本实施例中，焊接区21设置有焊料层4，绝缘衬板1覆盖在焊料层4上，绝缘衬板1通过焊料层4焊接于焊接区21内。本发明将绝缘衬板1通过焊料层4直接焊接封装，简化了封装结构，避免了采用传统的散热基板导致的封装缺陷，有效降低了绝缘衬板1的封装难度，提高了绝缘衬板1的散热效率、使用性能及运行可靠性。
本实施例中，焊接区21的边沿设有隔离部，隔离部用于防止焊料流出焊接区21，使绝缘衬板1与散热器2在焊接过程中具备定位功能，焊接时绝缘衬板1可靠焊接于焊接区21内，实现了绝缘衬板1在焊接过程中的自动对位，且焊接区21设置隔离部保证了焊料的均匀流动性，有效控制了焊层厚度的均匀性。
本实施例中，隔离部为阻焊层3，阻焊层3凸设于散热器2的表面，阻焊层3通过在散热器2表面涂覆阻焊材料获得，在其他实施例中，隔绝部可为设于散热器2表面的凹槽，凹槽位于焊接区21边沿。
本实施例中，绝缘衬板1在焊接区21内通过焊料层4与散热器2焊接，实现绝缘衬板1与散热器2的直接原子接触，本发明的IGBT模块封装焊接结构应用于振动环境苛刻及复杂的安装运行条件。本实施例中，焊料层4为单层焊料层4，焊料层4采用钢网印刷在由阻焊层3确定的焊接区21中，在其他实施例中，焊料层4可为焊片。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种IGBT模块封装焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)：将散热器表面的焊接区与非焊接区隔离；
步骤2)：在焊接区设置均匀的焊料层；
步骤3)：将绝缘衬板通过焊料层与散热器焊接固定。
2.根据权利要求1所述的IGBT模块封装焊接方法，其特征在于，在步骤1)中，在散热器的焊接区边沿涂覆阻焊材料隔离所述焊接区与非焊接区。
3.根据权利要求1所述的IGBT模块封装焊接方法，其特征在于，在步骤1)中，利用激光在散热器的焊接区边沿表面去除材料隔离所述焊接区与非焊接区。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的IGBT模块封装焊接方法，其特征在于，步骤2)中，利用钢网将焊料层印刷于焊接区。
5.一种IGBT模块封装焊接结构，包括绝缘衬板及用于绝缘衬板散热的散热器，其特征在于，所述散热器的表面设有用于焊接所述绝缘衬板的焊接区，所述焊接区设置有焊料层，所述绝缘衬板通过所述焊料层焊接于所述焊接区内。
6.根据权利要求5所述的IGBT模块封装焊接结构，其特征在于，所述焊接区的边沿设有用于防止焊料流出焊接区的隔离部。
7.根据权利要求6所述的IGBT模块封装焊接结构，其特征在于，所述隔离部为阻焊层，所述阻焊层凸设于所述散热器的表面。
8.根据权利要求6所述的IGBT模块封装焊接结构，其特征在于，所述隔绝部为设于散热器上的凹槽。
9.根据权利要求5至8任意一项所述的IGBT模块封装焊接结构，其特征在于，所述焊料层为单层焊料层。
10.根据权利要求5至8任意一项所述的IGBT模块封装焊接结构，其特征在于，所述绝缘衬板的材料由Al2O3、AlN、AlSiC、SiN的其中一种或多种构成。
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