CN115070157A - 一种有利于改善热阻的底板结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种有利于改善热阻的底板结构，包括：底板、第一焊料、第一凸台、第二凸台、DBC、第二焊料、芯片。属于功率模块加工领域。本发明第一凸台减薄了芯片正下方DBC与底板之间的焊料厚度，使得主散热途径上的热阻减小，从而提高产品的功率输出能力，提升产品的性能；只减薄了芯片下方DBC与底板之间的焊料，DBC与底板边缘的焊料厚度并没有减薄，且焊料疲劳裂纹的产生与扩展优先发生在边缘位置，因此不影响整个模块的抗温度循环能力；第二凸台的设计可以保证焊料在焊接过程中，最低厚度大于第二凸台的厚度，减小DBC与底板之间焊料的厚度差，从而保证模块抗温度循环的能力。

Description

一种有利于改善热阻的底板结构

技术领域

本发明属于功率模块加工领域，具体涉及一种有利于改善热阻的底板结构。

背景技术

现今大功率模块的焊接主要是以软钎焊为主，主要以SAC305锡膏等无铅焊料为主，但是实际焊接过程中存在如下问题：

1、在焊接过程中，底板的加热和冷却都是从下表面开始传递的，导致下边面会先发生膨胀或者收缩，以及上下两面的热容不一致，会使底板没有焊料的一面发生内凹的情况，影响模块的散热。为了改善上述情况，一般会采用预变形的方式，抵消焊接过程中的变形量，但是这种操作会带来一个新的问题，由于预变形的存在，会导致焊料由于重力的作用，造成一边薄，一边厚的情况，焊料过薄会降低产品的温度循环的次数，影响产品的使用寿命；

2、由于焊料也是一层导热介质，其自身的厚度以及材质也会影响到产品的散热，从而影响到产品的功率输出能力，降低产品的性能(SAC305的热导率在58W/(m·K)，铜的导热系数在401W/(m·K))。

因此针对上述提出的问题，设计一种能够在实际焊接过程中有效改善热阻的热阻的结构是符合实际需要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有利于改善热阻的底板结构，解决了现有技术中底板预变形后焊料由于重力的作用，造成一边薄，一边厚的情况，从而导致焊料过薄，会降低产品的温度循环的次数，影响产品使用寿命的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种有利于改善热阻的底板结构，包括底板，所述底板为中部凹陷结构，所述底板的焊接面固定设有第一凸台和第二凸台，所述第一凸台置于第二凸台之间，所述底板的焊接面焊接有第一焊料，所述第一焊料覆盖第一凸台和第二凸台，所述第一焊料上焊接有DBC，所述DBC上焊接有第二焊料，所述第二焊料上焊接有芯片。

进一步的，所述第一凸台置于芯片的正下方。

进一步的，所述芯片的截面宽度为L1，所述第一凸台的截面宽度为L2，所述第二凸台的厚度为H1，所述第一凸台的厚度为H2，所述第二焊料的厚度为H3，所述DBC的厚度为H4，所述第一焊料的厚度为H5。

0.6H1≤H2≤0.9H1，L2≥L1+H3+H4+H5，0.2mm≤H5≤0.5mm。

进一步的，所述第二凸台阵列分布在DBC的四角，且第二凸台的结构为直径1～2mm的圆形或者面积1～4mm²的方形。

进一步的，第二凸台中心至DBC边界的垂直距离为X和Y，4mm＜X＜8mm，4mm＜Y＜8mm。

本发明的有益效果：

1、本发明提出的有利于改善热阻的底板结构，第一凸台减薄了芯片正下方DBC与底板之间的焊料厚度，使得主散热途径上的热阻减小，从而提高产品的功率输出能力，提升产品的性能；

2、本发明提出的有利于改善热阻的底板结构，只减薄了芯片下方DBC与底板之间的焊料，DBC与底板边缘的焊料厚度并没有减薄，且焊料疲劳裂纹的产生与扩展优先发生在边缘位置，因此不影响整个模块的抗温度循环能力；

3、本发明提出的有利于改善热阻的底板结构，第二凸台的设计可以保证焊料在焊接过程中，最低厚度大于第二凸台的厚度，减小DBC与底板之间焊料的厚度差，从而保证模块抗温度循环的能力。

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，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是现有技术的整体结构示意图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明的具体尺寸以及凸台位置结构示意图；

图4是本发明的第二凸台与DBC的位置关系示意图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，现有的芯片焊接结构包括预变形的底板，底板的预形变是将底板的两侧适度向上抬起，使得底板没有焊料的一面向内凹陷，然后在底板焊接的一面通过焊料A焊接陶瓷覆铜基板(DBC)，然后在DBC上通过焊料B焊接芯片。

现有焊接结构存在如下问题：由于预变形的存在，会导致焊料由于重力的作用，造成一边薄，一边厚的情况，焊料过薄会降低产品的温度循环的次数，影响产品的使用寿命；

由于焊料本质是一层导热介质，其自身的厚度以及材质也会影响到产品的散热，从而影响到产品的功率输出能力，降低产品的性能。

如图2所示，本申请提出的一种有利于改善热阻的底板结构，包括底板1，所述底板1与上述现有技术相同，均为中部凹陷结构。所述底板1的焊接面固定设有第一凸台3和第二凸台4，所述第一凸台3置于第二凸台4之间，所述底板1的焊接面焊接有第一焊料2，所述第一焊料2覆盖第一凸台3和第二凸台4，所述第一焊料2上焊接有DBC5，所述DBC5上焊接有第二焊料6，所述第二焊料6上焊接有芯片7。所述第一凸台3置于芯片7的正下方。

如图3所示，所述芯片7的截面宽度为L1，所述第一凸台3的截面宽度为L2，所述第二凸台4的厚度为H1，所述第一凸台3的厚度为H2，所述第二焊料6的厚度为H3，所述DBC5的厚度为H4，所述第一焊料2的厚度为H5。

需要注意的是，0.6H1≤H2≤0.9H1，L2≥L1+H3+H4+H5，0.2mm≤H5≤0.5mm。

如图4所示，所述第二凸台4阵列分布在DBC5的四角，且第二凸台4的结构为直径1～2mm的圆形或者面积1～4mm²的方形。

需要注意的是，第二凸台4中心至DBC5边界的垂直距离为X和Y，4mm＜X＜8mm，4mm＜Y＜8mm。

第一凸台3减薄了芯片7正下方DBC5与底板1之间的焊料厚度，使得主散热途径上的热阻减小，从而提高产品的功率输出能力，提升产品的性能；

只减薄了芯片7下方DBC5与底板1之间的焊料，DBC5与底板1边缘的焊料厚度并没有减薄，且焊料疲劳裂纹的产生与扩展优先发生在边缘位置，因此不影响整个模块的抗温度循环能力；

第二凸台4的设计可以保证焊料在焊接过程中，最低厚度大于第二凸台4的厚度，减小DBC5与底板1之间焊料的厚度差，从而保证模块抗温度循环的能力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种有利于改善热阻的底板结构，包括底板(1)，其特征在于，所述底板(1)为中部凹陷结构，所述底板(1)的焊接面固定设有第一凸台(3)和第二凸台(4)，所述第一凸台(3)置于第二凸台(4)之间，所述底板(1)的焊接面焊接有第一焊料(2)，所述第一焊料(2)覆盖第一凸台(3)和第二凸台(4)，所述第一焊料(2)上焊接有DBC(5)，所述DBC(5)上焊接有第二焊料(6)，所述第二焊料(6)上焊接有芯片(7)。

2.根据权利要求1所述的一种有利于改善热阻的底板结构，其特征在于，所述第一凸台(3)置于芯片(7)的正下方。

3.根据权利要求1所述的一种有利于改善热阻的底板结构，其特征在于，所述芯片(7)的截面宽度为L1，所述第一凸台(3)的截面宽度为L2，所述第二凸台(4)的厚度为H1，所述第一凸台(3)的厚度为H2，所述第二焊料(6)的厚度为H3，所述DBC(5)的厚度为H4，所述第一焊料(2)的厚度为H5；

0.6H1≤H2≤0.9H1，L2≥L1+H3+H4+H5，0.2mm≤H5≤0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种有利于改善热阻的底板结构，其特征在于，所述第二凸台(4)阵列分布在DBC(5)的四角，且第二凸台(4)的结构为直径1～2mm的圆形或者面积1～4mm²的方形。

5.根据权利要求4所述的一种有利于改善热阻的底板结构，其特征在于，所述第二凸台(4)中心至DBC(5)边界的垂直距离为X和Y，4mm＜X＜8mm，4mm＜Y＜8mm。

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