CN117099200A - 制造电源模块的方法 - Google Patents
制造电源模块的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117099200A CN117099200A CN202280024550.XA CN202280024550A CN117099200A CN 117099200 A CN117099200 A CN 117099200A CN 202280024550 A CN202280024550 A CN 202280024550A CN 117099200 A CN117099200 A CN 117099200A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- jig
- ceramic substrate
- lower jig
- upper jig
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 218
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 118
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 40
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 11
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 11
- 229910016525 CuMo Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 229910017693 AgCuTi Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 102200082816 rs34868397 Human genes 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 abstract description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 48
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 23
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 5
- 229910000962 AlSiC Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
- B23K1/0016—Brazing of electronic components
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
- H01L21/4814—Conductive parts
- H01L21/4846—Leads on or in insulating or insulated substrates, e.g. metallisation
- H01L21/4853—Connection or disconnection of other leads to or from a metallisation, e.g. pins, wires, bumps
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
- H01L21/4814—Conductive parts
- H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
- H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种制造电源模块的方法。该方法包括在用上夹具和下夹具对基板和陶瓷衬底按压的同时，通过钎焊来接合基板和陶瓷衬底，从而可以抑制弯曲，提高接合可靠性，并增加散热。
Description
技术领域
本公开涉及一种制造电源模块的方法，更具体地，涉及一种制造具有基板和陶瓷衬底的接合结构的电源模块的方法。
背景技术
通常，在电源模块中，基板形成为矩形板形状，并且由铝或铜材料形成。这样的基板可以接合到陶瓷衬底的下表面上，并且可以用作散热器。基板可以通过焊接被接合到陶瓷衬底的下表面上，以便有益于散热。
然而，由于现有技术中的基板具有17ppm/K的热膨胀系数，所以在与陶瓷衬底接合过程中，由于基板和陶瓷衬底的热膨胀系数之间的差异可能发生挠曲。此外，焊膏可能在高温下熔化以引起基板的挠曲或缺陷。
作为对此的解决方案，陶瓷衬底和基板在等于或低于250℃的温度下与AlSiC或类似材料接合。然而，在这种方法中，不仅由于在接合过程中使用焊膏、焊料预制件和真空接合设备而增加了工艺成本，而且由于陶瓷衬底和基板的热膨胀系数之间的差异还发生了挠曲问题，因此导致了接合可靠性和产量的问题。
发明内容
[技术问题]
本发明的目的在于提供一种电源模块的制造方法，其能够提高基板与陶瓷衬底的接合可靠性，能够对于各种基板实现高可靠性接合，能够实现工艺简化和工艺成本的节约。
[解决技术问题的方案]
为了实现上述目的，根据本公开的实施方式的制造电源模块的方法可以包括：制备基板；在所述基板的上表面上设置钎焊填料层；在所述基板上层叠陶瓷衬底，并将层叠在所述基板上的所述陶瓷衬底设置在上夹具和下夹具之间；通过调整所述上夹具和所述下夹具之间的间隙距离来对所述基板和所述陶瓷衬底进行按压；通过熔化来钎焊所述钎焊填料层。
在设置在所述上夹具和所述下夹具之间的步骤中，可以在所述上夹具和所述下夹具的边缘处形成多个紧固孔，并且形成在所述基板的边缘处的多个插入孔可以被设置成面对所述多个紧固孔。
在对所述基板和所述陶瓷衬底进行按压的步骤中，螺栓可以穿过所述上夹具的所述紧固孔、所述基板的所述插入孔和所述下夹具的所述紧固孔被螺纹紧固，并且可以通过旋转所述螺栓来调整所述上夹具和所述下夹具之间的所述间隙距离。
在设置在所述上夹具和所述下夹具之间的步骤中，所述上夹具可以设置有作为平面与所述陶瓷衬底接触的一个表面，并且所述下夹具可以设置有作为平面与所述基板接触的一个表面。
在设置在所述上夹具和所述下夹具之间的步骤中，所述上夹具可以设置有与所述陶瓷衬底接触并且朝向所述陶瓷衬底凸出的一个表面，并且所述下夹具可以设置有作为平面与所述基板接触的一个表面。
在设置在所述上夹具和所述下夹具之间的步骤中，所述上夹具可以具有形成在其一个表面上的第一凹槽，并且可以设置成围绕所述陶瓷衬底的外表面，并且所述下夹具可以具有形成在其一个表面上的第二凹槽，并且可以设置成围绕所述基板的外表面。
在设置所述钎焊填料层的步骤中，具有等于或大于5μm且等于或小于100μm的厚度的所述钎焊填料层通过膏涂敷(Paste Application)、箔附接(Foil Attachment)和P填充(P-filler)中的任一种方法被设置在所述基板的所述上表面上。
在设置所述钎焊填料层的步骤中，所述钎焊填料层可以由包括Ag、Cu、AgCu和AgCuTi中的至少一种的材料制成。
所述钎焊的步骤可以在780℃至900℃下进行。
在制备所述基板的步骤中，所述基板由Cu、Al、AlSiC、CuMo、CuW、Cu/CuMo/Cu、Cu/Mo/Cu和Cu/W/Cu中的至少一种或其复合材料形成。
在设置在所述上夹具和所述下夹具之间的步骤中，所述上夹具和所述下夹具可以由S45C、SKD11和SUS中的至少一种材料制成。
[发明的有益效果]
根据本公开，通过将基板钎焊到陶瓷衬底上来提高接合强度，并且由于不需要真空接合设备(例如焊料预制件的使用)，所以可以简化工艺。
此外，根据本公开，由于在由上夹具和下夹具对基板和陶瓷衬底进行按压的状态下钎焊基板和陶瓷衬底，所以上夹具和下夹具限制基板和陶瓷衬底的变形，从而可以抑制挠曲。
此外，根据本公开，由于可以抑制基板和陶瓷衬底的挠曲，所以可以通过优异的热传递效果来改善散热特性，并且在进行诸如尺寸调整等的后处理时可以提高尺寸精度。
此外，根据本公开，由于钎焊填料层能促进热传递，由此陶瓷衬底的热量可以快速传递到基板，所以可以实现散热效果最大化。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施方式的用于电源模块的基板和陶瓷衬底的接合结构的爆炸立体图。
图2是示出根据本公开的实施方式的用于电源模块的基板和陶瓷衬底的接合结构的主视图。
图3是示出根据本公开的实施方式的制造电源模块的方法的流程图。
图4是示出在根据本公开的实施方式的制造电源模块的方法中陶瓷衬底层叠在基板上并且设置在上夹具和下夹具之间的状态的主视图。
图5是示出图4的上夹具和下夹具的俯视图。
图6是示出在根据本公开的实施方式的制造电源模块的方法中调整上夹具和下夹具之间的间隙距离的状态的主视图。
图7是示出基板和陶瓷衬底在没有上夹具和下夹具的情况下被钎焊的比较例的照片。
图8是示出陶瓷衬底和基板在由上夹具和下夹具按压状态下被钎焊的实施方式的照片。
图9是示出根据本公开的另一实施方式的基板和陶瓷衬底设置在上夹具和下夹具之间的状态的主视图。
图10是示出调整图9的上夹具和下夹具之间的间隙距离的状态的主视图。
图11是示出根据本公开的又一实施方式的基板和陶瓷衬底设置在上夹具和下夹具之间的状态的主视图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细说明本公开的实施方式。
附图仅用于理解本公开的主题，不应被解释为用于限制本公开的范围。此外，在附图中，为了解释的方便和清晰，可以扩大相对厚度、长度或尺寸。
本发明是关于电源模块所包括的构造中的基板和陶瓷衬底的接合结构，并且将围绕此进行说明。
图1是示出根据本公开的实施方式的用于电源模块的基板和陶瓷衬底的接合结构的爆炸立体图，图2是示出根据本公开的实施方式的用于电源模块的基板和陶瓷衬底的接合结构的剖视图。
如图1和2所示，根据本公开的实施方式的电源模块可以包括基板100、设置在基板100的上表面上的钎焊填料层200、以及通过钎焊填料层200被钎焊到基板100的上表面上的陶瓷衬底300。
在电源模块中，半导体芯片(未示出)可以安装在陶瓷衬底300的上表面上。半导体芯片可以是诸如Si、SiC和GaN等的半导体芯片。
陶瓷衬底300可以是活性金属钎焊(AMB：Active Metal Brazing)衬底、直接键合铜(DBC：Direct Bonded Copper)衬底和厚印刷铜(TPC：Thick Printing Copper)衬底中的任一种。这里，为了提高半导体芯片所产生的热量的散热效率，陶瓷衬底300可以设置为由陶瓷基材310和形成在陶瓷基材310的上表面和下表面上的金属层320和330形成的陶瓷衬底。
作为示例，陶瓷基材310可以是氧化铝(Al2O3)、AIN、SiN和Si3N4中的任一种。
金属层320和330可以通过将金属箔钎焊到陶瓷基材310上来形成为用于安装半导体芯片的电极图案和用于来安装驱动元件的电极图案。例如，金属层320和330可以在要安装半导体芯片或外围部件的区域中形成为电极图案。作为示例，金属箔是铝箔或铜箔。作为示例，金属箔被钎焊到陶瓷基材310上。这种衬底称为活性金属钎焊(AMB)衬底。在实施方式中，虽然例示了AMB衬底，但是也可以应用直接键合铜(DBC)衬底、厚印刷铜(TPC)衬底或直接钎焊铝(DBA：Direct Brazed Aluminum)衬底。这里，AMB衬底就耐久性和散热效率而言最适合。
基板100被接合到陶瓷衬底300的下表面上，并且被用作散热器，用于消散半导体芯片产生的热量。
基板100可以形成为具有预定厚度的矩形板形状。基板100由能够提高散热效率的材料形成。作为示例，基板100可以由Cu、Al、AlSiC、CuMo、CuW、Cu/CuMo/Cu、Cu/Mo/Cu和Cu/W/Cu中的至少一种或其复合材料形成。Cu、Al、AlSiC、CuMo、CuW、Cu/CuMo/Cu、Cu/Mo/Cu和Cu/W/Cu材料具有显著的热导率，并且AlSiC、CuMo、CuW、Cu/CuMo/Cu、Cu/Mo/Cu和Cu/W/Cu材料具有低的热膨胀系数，从而可以在被接合到陶瓷衬底300上时将挠曲发生最小化。
基板100可以具有在其边缘处形成的多个插入孔110。作为示例，基板可以具有在邻近四个角落的边缘处形成的四个插入孔110。插入孔110可以设置成面对后述的上夹具10和下夹具20的多个紧固孔11和21。
钎焊填料层200可以设置在基板100的上表面上。钎焊填料层200确保基板100和陶瓷衬底300之间的接合特性。基板100和陶瓷衬底300可以被焊料接合，但是焊料接合由于在高温下发生挠曲而导致出现间隙，具有低接合可靠性。
钎焊填料层200具有等于或大于5μm且等于或小于100μm的厚度。钎焊填料层200可以形成为多层结构的薄膜。多层结构的薄膜通过对不良性能的补足来提高接合力。钎焊填料层200可以由包括Ag、Cu、AgCu和AgCuTi中的至少一种的材料形成。Ag和Cu具有高导热性，因此在提高接合力的同时通过促进陶瓷衬底300和基板100之间的热传递来提高散热效率。Ti具有良好的润湿性，因此有助于Ag和Cu附接在基板100上。
作为示例，钎焊填料层200可以由包括Ag层和形成在Ag层上的Cu层的两层结构形成。此外，钎焊填料层200可以由包括Ti层200a、形成在Ti层200a上的Ag层200b和形成在Ag层200b上的Cu层200c的三层结构形成。钎焊填料层200可以用于基板100和陶瓷衬底300的接合，并且在钎焊之后，多层结构的边界可能变得模糊。
优选的是，与设置在陶瓷衬底300的下部上的金属层330的体积相比，钎焊填料层200的体积为85％～115％。钎焊填料层200的体积是指接合面积×高度。如果钎焊填料层和陶瓷衬底300的金属层330的体积之间存在较大差异，则存在挠曲度变大的问题。因此，考虑到基板100的接合面积和体积，优选将钎焊填料层200设计成其体积与陶瓷衬底300的金属层330的体积相比为85％至115％。
图3是示出根据本公开的实施方式的制造电源模块的方法的流程图。
如图3所示，根据本发明的实施方式的制造电源模块的方法可以包括：制备基板100(步骤10)；在基板100的上表面上设置钎焊填料层200(步骤20)；在基板100上层叠陶瓷衬底300，并将层叠在基板上的陶瓷衬底设置在上夹具10与下夹具20之间(步骤30)；通过调整上夹具10与下夹具20之间的间隙距离，对基板100和陶瓷衬底300进行按压(步骤40)；以及通过熔化来钎焊该钎焊填料层200。
在制备基板100的步骤(步骤10)中，基板100可以由Cu、Al、AlSiC、CuMo、CuW、Cu/CuMo/Cu、Cu/Mo/Cu和Cu/W/Cu中的至少一种或其复合材料形成。优选地，基板100可以由AlSiC、CuMo、CuW、Cu/CuMo/Cu、Cu/Mo/Cu和Cu/W/Cu中的至少一种或其复合材料形成。与Cu和Al相比，AlSiC、CuMo、CuW、Cu/CuMo/Cu、Cu/Mo/Cu和Cu/W/Cu材料具有低热膨胀系数，因此可以将其在高温下由于热膨胀系数之间的差异而发生的挠曲现象最小化。
基板100可以由具有低热膨胀系数(低CTE)的多层结构形成。具体地，基板100可以由多层结构形成，其中具有优异导热性的Cu金属片材接合到具有低CTE的Mo、W、CuMo和CuW中的一种的金属片材的上表面和下表面上。在基板100形成为Cu/CuMo/Cu的三层结构的情况下，CuMo具有低的热膨胀系数，用于防止挠曲，并且Cu用于确保用于散热的导热性。即，即使在Cu金属片材中发生挠曲，CuMo金属片材也能够吸收和抑制挠曲。
基板100的厚度可以在1.0mm至3.0mm的范围内。优选地，基板100的厚度变成等于或大于2.0mm，由此有利于散热以将挠曲发生最小化。
在将钎焊填料层200设置在基板100的上表面上的步骤(步骤20)中，具有等于或大于5μm并且等于或小于100μm的厚度的钎焊填料层200可以通过膏涂敷、箔附接和P填充中的任一种方法被设置在基板100的上表面上。钎焊填料层200可以由包括Ag、Cu、AgCu和AgCuTi中的至少一种的材料制成。
在基板100上层叠陶瓷衬底300并将层叠在基板100上的陶瓷衬底300设置在上夹具10与下夹具20之间的步骤(步骤30)中，可以将陶瓷衬底300设置为包括陶瓷基材310和在陶瓷基材310的上表面和下表面上钎焊的金属层320和330的陶瓷衬底300。作为示例，陶瓷衬底可以设置为AMB衬底、DBC衬底、TPC衬底和DBA衬底中的任何一种。
在陶瓷衬底300层叠在基板100上的情况下，设置在陶瓷衬底300的下表面上的金属层330和基板100可以设置在它们可以通过钎焊填料层200接合在一起的位置。因此，在半导体芯片安装在设置在陶瓷衬底300的上表面上的金属层320上的情况下，从半导体芯片产生的热量可以容易地通过接合到陶瓷衬底300的下部的基板100而消散。
图4是示出在根据本公开的实施方式的制造电源模块的方法中陶瓷衬底层叠在基板上、并且设置在上夹具和下夹具之间的状态的主视图，并且图5是示出图4的上夹具和下夹具的俯视图。
如图4和图5所示，在设置在上夹具10和下夹具20之间的步骤(步骤30)中，上夹具10和下夹具20可以是矩形金属板。这里，上夹具10可以被设置有作为平面与陶瓷衬底300接触的一个表面12，下夹具20可以被设置有作为平面与基板100接触的一个表面22。
上夹具10和下夹具20可以由S45C、SKD11和不锈钢(SUS)中的至少一种材料制成，以限制基板100和陶瓷衬底300的变形。这样的模具钢材料或工具钢材料具有高刚度，因此能够有效地抑制基板100和陶瓷衬底300的挠曲。作为示例，上夹具10和下夹具20的厚度为10T。
多个紧固孔11和21可以形成在上夹具10和下夹具20的边缘处。作为示例，可以在与上夹具10和下夹具20的四个角部相邻的边缘处形成四个紧固孔11和21，并且可以将上夹具10的紧固孔11和下夹具20的紧固孔21形成为彼此面对。
多个插入孔110可以形成在基板100的边缘处。当陶瓷衬底300层叠在基板100上并且设置在上夹具10和下夹具20之间时，基板100的多个插入孔110可以设置成面对多个紧固孔11、21。
图6是示出根据本公开的实施方式的制造电源模块的方法中调整上夹具和下夹具之间的间隙距离的状态的主视图。
如图6所示，在通过调整上夹具10与下夹具20之间的间隙距离对基板100和陶瓷衬底300进行按压的步骤(步骤40)中，多个螺栓30可以穿过多个插入孔110和多个紧固孔11、21而被紧固，以使上夹具10、基板100和下夹具20形成一体。
这里，螺栓30可以穿过上夹具10的紧固孔11、基板的插入孔110和下夹具20的紧固孔21，并且可以与在上夹具10和下夹具20的紧固孔11和21的内表面上形成的螺纹拧紧接合。在这种情况下，通过旋转螺栓30以被紧固或松开，可以调整上夹具10和下夹具20之间的间隙距离。
可以调整上夹具和下夹具之间的间隙距离，使得能够施加足以固定基板100和陶瓷衬底300的位置的约束力。即，优选的是，上夹具10与下夹具20之间的间隙距离仅被调整到在不损伤基板100和陶瓷衬底300的情况下能够抑制挠曲的程度。
如上所述，本发明是关于在通过熔化钎焊钎焊填料层的步骤(步骤50)之前，通过用上夹具10和下夹具20对基板100和陶瓷衬底300进行按压，来最大限度地抑制钎焊过程中的挠曲。
陶瓷衬底300的热膨胀系数约为6.8ppm/K，并且陶瓷衬底300和基板100的热膨胀系数之间存在大的差异，其中基板100的热膨胀系数为17ppm/K。因此，在高温钎焊过程中，由于基板100和陶瓷衬底300的热膨胀系数之间的差异而发生挠曲。如果热膨胀系数之间的差异大，则挠曲度大，因此即使进行诸如尺寸调整等成形工艺，在去除挠曲方面也存在限度。
图7是示出在没有上夹具10和下夹具20的情况下钎焊基板100和陶瓷衬底300的比较例的照片，图8是示出通过使用上夹具10和下夹具20在按压状态下钎焊陶瓷衬底300和基板100的实施方式的照片。
如图7所示，挠曲以基板100和陶瓷衬底300向上凸出的形式出现，并且挠曲度约为0.832mm。
相比之下，如图8所示，挠曲被抑制，基板100和陶瓷衬底300的挠曲度约为0.124mm。如上所述，根据本公开，基板100和陶瓷衬底300在通过使用上夹具10和下夹具20进行按压的状态下被钎焊，从而可以最大限度地抑制挠曲。由于上夹具10和下夹具20由诸如S45C、SKD11和SUS之类的具有高刚度的材料形成，因此即使在高温下也能够最大限度地抑制基板100和陶瓷衬底300的变形。
由于基板100和陶瓷衬底300的挠曲被抑制，因此热传递效果变得优异以改善散热特性，并且在进行诸如尺寸调整等的后处理时可以提高尺寸精度。
在通过熔化来钎焊钎焊填料层200的步骤(步骤50)中，可以通过在钎焊炉(未示出)中设置由上夹具10和下夹具20进行按压的基板100和陶瓷衬底300来熔化钎焊填料层200。
在钎焊炉中，通过将加热温度控制为等于或高于450℃，优选地，在780℃至900℃的范围内，进行有效的钎焊工艺。作为示例，优选的钎焊温度为870℃。
由于通过熔化钎焊填料层200来钎焊基板100和陶瓷衬底300不像使用焊料预制件那样需要真空接合设备，所以可以简化工艺，并且通过高接合强度提高接合可靠性。
通过钎焊步骤(步骤50)，基板100可以与陶瓷衬底300形成一体。
图9是示出根据本公开的另一实施方式的基板和陶瓷衬底设置在上夹具和下夹具之间的状态的主视图，图10是示出调整图9的上夹具和下夹具之间的间隙距离的状态的主视图。
如图9和图10所示，在设置在上夹具10'和下夹具20'之间的步骤(步骤30)中，根据另一实施方式的上夹具10'可设置与螺栓30'紧固的紧固孔11'，并且与陶瓷衬底300接触的一个表面12'可设置成朝向陶瓷衬底300凸出。下夹具20'可以设置有与螺栓30'紧固的紧固孔21'，并且与基板100接触的一个表面22'可以设置为平面。
参考图7，挠曲以基板100和陶瓷衬底300的中心部分向上凸出的形式发生。
因此，在将与陶瓷衬底300接触的上夹具10'的一个表面12'设置为朝向陶瓷衬底300凸出的情况下，能够对挠曲度大的陶瓷衬底300的中心部分稍强地进行按压。
图11是示出根据本公开的又一实施方式的基板和陶瓷衬底设置在上夹具和下夹具之间的状态的主视图。
如图11所示，在设置在上夹具10"和下夹具20"之间的步骤(步骤30)中，根据又一实施方式的上夹具10"可以设置有与螺栓紧固的紧固孔11"，并且用于容纳陶瓷衬底300的第一凹槽13"可以形成在其一个表面12"上以围绕陶瓷衬底300的外表面。作为示例，上夹具10"的第一凹槽13"可以形成为具有足以围绕陶瓷衬底300的金属层320和陶瓷基材310的一部分的尺寸，但是第一凹槽13"的尺寸不限于此，可以适当地改变。
此外，下夹具20"可以设置有与螺栓紧固的紧固孔21"，并且用于容纳基板100的第二凹槽23"可以形成在其一个表面22"上以围绕基板100的外表面。作为示例，下夹具20"的第二凹槽23"可以形成为具有足以围绕基板100的一部分的尺寸，但是第二凹槽23"的尺寸不限于此，可以适当地改变。
如上所述，在第一凹槽13"和第二凹槽23"形成在上夹具10"和下夹具20"上的情况下，陶瓷衬底300和基板100可以被插入以与第一凹槽13"和第二凹槽23"的内表面接触。在这种情况下，由于第一凹槽13"，上夹具10"可以与陶瓷衬底300具有扩大了的接触面积，并且由于第二凹槽23"，下夹具20"可以与基板100具有扩大了的接触面积。如上所述，由于上夹具10"和下夹具20"的接触面积被扩大了，所以陶瓷衬底300和基板100的挠曲可以被稍强地抑制。此外，通过使用第一凹槽13"和第二凹槽23"，可以容易地对陶瓷衬底300和基板100进行精确的相互对准，并且由于在钎焊过程中在高温环境下不存在脱离其位置的问题，所以可以提高接合精度。
同时，在本公开中，虽然示例性地示出了基板100接合到陶瓷衬底300的金属层330上，但是基板100的接合不限于此，基板100甚至可以通过钎焊填料层200接合到陶瓷衬底300上的未形成有金属层330的区域上。
根据如上所述的本公开，由于基板和陶瓷衬底在它们被上夹具和下夹具按压的状态下被钎焊，所以上夹具和下夹具限制基板和陶瓷衬底的变形以抑制其挠曲，由此实现高散热效果。
此外，由于钎焊不像在现有技术中预制焊料的使用那样真空接合设备，因此可以简化工艺以有助于节省工艺成本，并且可以提高结合强度，由此提高接合可靠性。
虽然示例性地说明了基板和陶瓷衬底的上述接合结构被应用于电源模块，但是其可以被应用于需要高可靠性接合的各种接合结构。
此外，虽然已经通过分成实施方式、另一实施方式和又一个实施方式来描述本公开，但是可以混合实施这些实施方式。
在附图和说明书中已经公开了本公开的优选实施方式。这里，虽然已经使用了特定术语，但这仅仅是为了解释本公开，而不是为了限制权利要求书中记载的本公开的含义或范围。因此，本公开所属领域的技术人员能理解的是，由此可以进行各种变形或其它等效实施方式。因此，本公开的真正技术范围应当由所附权利要求的技术思想确定。
Claims (11)
1.一种制造电源模块的方法，其特征在于，所述方法包括：
制备基板；
在所述基板的上表面上设置钎焊填料层；
在所述基板上层叠陶瓷衬底，并将层叠在所述基板上的所述陶瓷衬底设置在上夹具和下夹具之间；
通过调整所述上夹具和所述下夹具之间的间隙距离来对所述基板和所述陶瓷衬底进行按压；以及
通过熔化来钎焊所述钎焊填料层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在设置在所述上夹具和所述下夹具之间的步骤中，在所述上夹具和所述下夹具的边缘处形成多个紧固孔，
形成在所述基板的边缘处的多个插入孔被设置成面对所述多个紧固孔。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在对所述基板和所述陶瓷衬底进行按压的步骤中，螺栓穿过所述上夹具的所述紧固孔、所述基板的所述插入孔和所述下夹具的所述紧固孔被螺纹紧固，
通过旋转所述螺栓来调整所述上夹具和所述下夹具之间的所述间隙距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在设置在所述上夹具和所述下夹具之间的步骤中，所述上夹具设置有作为平面与所述陶瓷衬底接触的一个表面，并且所述下夹具设置有作为平面与所述基板接触的一个表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在设置在所述上夹具和所述下夹具之间的步骤中，所述上夹具设置有与所述陶瓷衬底接触并且朝向所述陶瓷衬底凸出的一个表面，
所述下夹具设置有作为平面与所述基板接触的一个平面。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在设置在所述上夹具和所述下夹具之间的步骤中，所述上夹具具有形成在其一个表面上的第一凹槽，并且设置成围绕所述陶瓷衬底的外表面，
所述下夹具具有形成在其一个表面上的第二凹槽，并且设置成围绕所述基板的外表面。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在设置所述钎焊填料层的步骤中，具有等于或大于5μm且等于或小于100μm的厚度的所述钎焊填料层通过膏涂敷、箔附接和P填充中的任一种方法被设置在所述基板的所述上表面上。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在设置所述钎焊填料层的步骤中，所述钎焊填料层由包括Ag、Cu、AgCu和AgCuTi中的至少一种的材料制成。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钎焊的步骤在780℃至900℃下进行。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在制备所述基板的步骤中，所述基板由Cu、Al、AlSiC、CuMo、CuW、Cu/CuMo/Cu、Cu/Mo/Cu和Cu/W/Cu中的至少一种或其复合材料形成。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在设置在所述上夹具和所述下夹具之间的步骤中，所述上夹具和所述下夹具由S45C、SKD11和SUS中的至少一种材料制成。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210041702A KR102611698B1 (ko) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | 파워모듈의 제조방법 |
| KR10-2021-0041702 | 2021-03-31 | ||
| PCT/KR2022/003797 WO2022211329A1 (ko) | 2021-03-31 | 2022-03-18 | 파워모듈의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117099200A true CN117099200A (zh) | 2023-11-21 |
Family
ID=83459253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202280024550.XA Pending CN117099200A (zh) | 2021-03-31 | 2022-03-18 | 制造电源模块的方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240181548A1 (zh) |
| KR (1) | KR102611698B1 (zh) |
| CN (1) | CN117099200A (zh) |
| WO (1) | WO2022211329A1 (zh) |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3171023B2 (ja) * | 1994-10-11 | 2001-05-28 | 日立電線株式会社 | 導波路型光モジュール |
| WO2007105361A1 (ja) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 電子部品モジュール |
| KR20100043478A (ko) * | 2008-10-20 | 2010-04-29 | 삼성전기주식회사 | 정전 척 및 이를 구비한 기판 접합 장치 |
| JP3171023U (ja) * | 2011-07-20 | 2011-10-13 | 有限会社ディアックス | 加圧接合治具 |
| JP6201827B2 (ja) * | 2014-03-10 | 2017-09-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 放熱板付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| KR102300970B1 (ko) * | 2014-07-02 | 2021-09-09 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 접합체의 제조 방법, 다층 접합체의 제조 방법, 파워 모듈용 기판의 제조 방법, 히트 싱크가 부착된 파워 모듈용 기판의 제조 방법 및 적층체의 제조 장치 |
| KR20170073618A (ko) * | 2014-10-16 | 2017-06-28 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 냉각기가 장착된 파워 모듈용 기판 및 그 제조 방법 |
| JP6361532B2 (ja) * | 2015-03-10 | 2018-07-25 | 三菱マテリアル株式会社 | 放熱板付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| KR101836658B1 (ko) | 2016-06-29 | 2018-03-09 | 현대자동차주식회사 | 파워 모듈 및 그 제조 방법 |
-
2021
- 2021-03-31 KR KR1020210041702A patent/KR102611698B1/ko active IP Right Grant
-
2022
- 2022-03-18 US US18/284,970 patent/US20240181548A1/en active Pending
- 2022-03-18 WO PCT/KR2022/003797 patent/WO2022211329A1/ko active Application Filing
- 2022-03-18 CN CN202280024550.XA patent/CN117099200A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102611698B1 (ko) | 2023-12-08 |
| WO2022211329A1 (ko) | 2022-10-06 |
| US20240181548A1 (en) | 2024-06-06 |
| KR20220135685A (ko) | 2022-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102300972B1 (ko) | 파워 모듈용 기판 유닛 및 파워 모듈 | |
| EP2259308A1 (en) | Substrate for power module with heat sink and method for producing the same, power module with heat sink, and substrate for power module | |
| EP2892074B1 (en) | Power module substrate and power module | |
| EP3166140B1 (en) | Substrate unit for power modules, and power module | |
| JP5759902B2 (ja) | 積層材およびその製造方法 | |
| JP6601512B2 (ja) | ヒートシンク付きパワーモジュール用基板及びパワーモジュール | |
| JP6020256B2 (ja) | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 | |
| US20240321676A1 (en) | Method of manufacturing power semiconductor module, and power semiconductor module manufactured thereby | |
| CN117099200A (zh) | 制造电源模块的方法 | |
| KR102645303B1 (ko) | 세라믹 기판 및 그 제조방법 | |
| JPH0496355A (ja) | 半導体デバイスの製造方法 | |
| CN113140465A (zh) | 使用银烧结制造的直接接合铜衬底 | |
| CN113906553A (zh) | 金属基座板的翘曲控制构造、半导体模块及逆变器装置 | |
| JP5131205B2 (ja) | パワーモジュール用基板の製造方法 | |
| KR102564818B1 (ko) | 파워모듈 및 그 제조방법 | |
| KR20230095907A (ko) | 파워모듈 및 그 제조방법 | |
| KR102720892B1 (ko) | 히트싱크 일체형 세라믹 기판 및 그 제조방법 | |
| KR20220023023A (ko) | 파워모듈 및 그 제조방법 | |
| WO2024132156A1 (en) | A design for enhancing the long term reliability of a large joining area in a power semiconductor module | |
| KR20230126876A (ko) | 세라믹 기판 유닛 및 그 제조방법 | |
| KR20240043915A (ko) | 파워모듈 및 이의 제조방법 | |
| KR20230119336A (ko) | 세라믹 기판 유닛 및 그 제조방법 | |
| KR20230126878A (ko) | 세라믹 기판 유닛 및 그 제조방법 | |
| CN111819681A (zh) | 带散热器的绝缘电路基板 | |
| JP2024025271A (ja) | 半導体モジュールの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |