CN201927591U - 陶瓷覆铜基板应力减荷结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种陶瓷覆铜基板应力减荷结构，包括陶瓷基板和键合于该陶瓷基板表面上的覆铜层，其中覆铜层的边缘位置处设置有至少一个长形盲孔，长形盲孔的延伸方向与覆铜层的边缘线延伸方向相一致。采用该种结构的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，其中将覆铜层的边缘区域加上特定形状的减荷盲槽结构，控制孔的相关尺寸和位置，并改变其截面形状，在较大程度上缓和了应力集中的程度，降低了基板的有效应力集中系数，避免温度变化过程中过早出现疲劳失效，而且提高了可靠性和热循环寿命，所通过的热循环次数是相对应图形无缓冲结构基板的5～8倍，从而有效防止了DBC在热循环状态下铜层过早脱落，结构简单实用，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能功率器件领域，特别涉及太阳能器件散热结构技术领域，具体是指一种陶瓷覆铜基板应力减荷结构。
背景技术
在现有技术中，DBC基板是一种在高温下将铜和陶瓷直接键合的散热器件，具有高热导率、优良的电绝缘性、较大电流承载能力、附着强度高、优异的耐焊锡性、高可靠性等特点，且象PCB一样能制出各种线路图形，在太阳能电池板组件、LED、半导体制冷、电子加热器、大功率电力半导体模块、功率控制电路、功率混合电路、智能功率组件、高频开关电源、固态继电器、汽车电子、航天航空及军用电子组件、电讯专用交换机、接受系统、激光等工业电子上得到应用。目前DBC基板根据芯片尺寸和器件的安装需要设计出最大有效面积的光板面图形结构，这种光面结构的器件的缺陷在于：由于铜和陶瓷材料在热物理参数和力学性能上有较大差异，而基板的成型温度较高，使用温度也较高且不断变化，从而在基板的成型和使用过程中，材料性能的不匹配会使基板内部特别是铜和陶瓷的键合面产生较大的循环应力，成为基板中最脆弱的位置，具体请参阅图1所示，其中包括铜11、铜瓷接合面12和陶瓷13。
当温度循环变化时，内部产生交变应力使基板的不利位置即键合面产生“微观裂纹”，长期反复的交变应力使微观裂纹集结沟通形成“宏观裂纹”，且宏观裂纹在交变应力下逐步扩展，使键合层材料逐步被破坏，到一定极限时开裂，导致铜瓷分离，影响器件的可靠工作，不能满足特定产品的寿命需求。
现有技术中，比如美国专利(公告号：US005527620A)中公开了“提高覆金属基板的热冲击能力(METAL COATED SUB STRATE HAVING IMPROVED RESISTIVITY TO CYCLIC TEMPERATURE STRESS)”的技术，其中提出了解决上叙问题的途径和方法，请参阅图2所示，其中包括铜11、陶瓷13、应力缓冲盲孔14。
这种结构虽然可以释放一部分应力，但是由于孔所占的总区域小，释放的应力依然相当有限。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效防止DBC在热循环状态下铜层过早脱落、提高可靠性和热循环寿命、结构简单实用、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的陶瓷覆铜基板应力减荷结构。
为了实现上述的目的，本实用新型的陶瓷覆铜基板应力减荷结构具有如下构成：
该陶瓷覆铜基板应力减荷结构，包括陶瓷基板和键合于该陶瓷基板表面上的覆铜层，其主要特点是，所述的覆铜层的边缘位置处设置有至少一个长形盲孔，且该长形盲孔的延伸方向与所述的覆铜层的边缘线延伸方向相一致。
该陶瓷覆铜基板应力减荷结构中的长形盲孔的深度至少为所述的覆铜层的厚度的一半，且小于该覆铜层的厚度。
该陶瓷覆铜基板应力减荷结构中的各个长形盲孔的排列方向与所述的覆铜层的边缘线的轮廓相一致。
该陶瓷覆铜基板应力减荷结构中的长形盲孔为腰形孔。
该陶瓷覆铜基板应力减荷结构中的腰形孔的宽度和所述的覆铜层的厚度之间满足以下对应关系：
该陶瓷覆铜基板应力减荷结构中的腰形孔的最远离覆铜层边缘的边与对应的覆铜层的边缘线之间的距离与该覆铜层的厚度之间满足以下对应关系：
该陶瓷覆铜基板应力减荷结构中的长形盲孔为哑铃型孔。
该陶瓷覆铜基板应力减荷结构中的哑铃型孔的两端头部的直径和所述的覆铜层的厚度之间满足以下对应关系：
该陶瓷覆铜基板应力减荷结构中的哑铃型孔的中央连接部分的宽度和所述的覆铜层的厚度之间满足以下对应关系：
该陶瓷覆铜基板应力减荷结构中的哑铃型孔的最远离覆铜层边缘的边与对应的覆铜层的边缘线之间的距离与该覆铜层的厚度之间满足以下对应关系：
采用了该实用新型的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，由于其中将覆铜层的边缘区域加上特定形状的减荷盲槽结构，控制孔的相关尺寸和位置，并改变其截面形状，从而在较大程度上缓和了应力集中的程度，降低了基板的有效应力集中系数，避免温度变化过程中过早出现疲劳失效，而且提高了可靠性和热循环寿命，所通过的热循环次数是相对应图形无缓冲结构基板的5～8倍，从而有效防止了DBC在热循环状态下铜层过早脱落，结构简单实用，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。
附图说明
图1为现有技术中的陶瓷覆铜基板散热器件的结构示意图。
图2为现有技术中提高覆金属基板的热冲击能力的解决方案的结构示意图。
图3a为本实用新型的陶瓷覆铜基板应力减荷结构的第一种实施方式立体示意图。
图3b为本实用新型的陶瓷覆铜基板应力减荷结构的第一种实施方式的主视图。
图3c为图3b中A-A方向剖面图。
图4a为图3c中的厚度关系示意图。
图4b为图3b中的尺寸关系示意图。
图5a为本实用新型的陶瓷覆铜基板应力减荷结构的第二种实施方式立体示意图。
图5b为本实用新型的陶瓷覆铜基板应力减荷结构的第二种实施方式的主视图。
图5c为图5b中A-A方向剖面图。
图6a为图5c中的厚度关系示意图。
图6b为图5b中的尺寸关系示意图。
图7为制作本实用新型的陶瓷覆铜基板应力减荷结构的掩模版图形结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图3a、3b、3c和图4a、4b所示，该陶瓷覆铜基板应力减荷结构，包括陶瓷基板1和键合于该陶瓷基板表面上的覆铜层2，其中，所述的覆铜层2的边缘位置处设置有至少一个长形盲孔，且该长形盲孔的延伸方向与所述的覆铜层2的边缘线21的延伸方向相一致，所述的各个长形盲孔的排列方向与所述的覆铜层2的边缘线的轮廓相一致。
作为本实用新型的第一种方式，该陶瓷覆铜基板应力减荷结构中的长形盲孔为腰形孔3，该腰形孔3的深度D4至少为所述的覆铜层2的厚度的一半，且小于该覆铜层2的厚度。
同时，所述的腰形孔3的宽度D3和所述的覆铜层2的厚度T之间满足以下对应关系：
不仅如此，所述的腰形孔3的最远离覆铜层边缘的边与对应的覆铜层2的边缘线之间的距离D1和D2与该覆铜层2的厚度T之间满足以下对应关系：
再请参阅图5a、5b、5c和图6a、6b所示，作为本实用新型的第二种方式，该陶瓷覆铜基板应力减荷结构中的长形盲孔为哑铃型孔4，该哑铃型孔4的深度D6至少为所述的覆铜层2的厚度的一半，且小于该覆铜层2的厚度。
同时，所述的哑铃型孔4的两端头部的直径 
和 
和所述的覆铜层2的厚度之间满足以下对应关系：
不仅如此，所述的哑铃型孔4的中央连接部分的宽度D5和所述的覆铜层2的厚度T之间满足以下对应关系：
而且，所述的哑铃型孔4的最远离覆铜层边缘的边与对应的覆铜层2的边缘线之间的距离D7与该覆铜层2的厚度T之间满足以下对应关系：
在实际应用当中，本实用新型根据产品具体情况，将覆铜图形边缘区域增加各种形状的减荷盲孔，具体实施方案如下：
(1)结构1
请参阅图3a、3b、3c所示，沿覆铜层2的图形的边缘蚀刻一圈腰形孔，使基板截面在靠近铜块边缘的位置，有至少一个应力缓冲孔
再请参阅图4a、4b所示，孔的要求：
A、腰形孔的宽度D3：满足一定宽度要求，具体根据铜层厚度T如下：
铜层厚度T 0.2mm 0.25mm 0.3mm 0.4mm 0.5mm
对应D3 0.18～0.4mm 0.2～0.5mm 0.27～0.6mm 0.35mm～0.8mm 0.45～1.0mm
B、孔深度D4：至少达到铜层一半，且不能达到陶瓷和铜的分界面，即D4＝[0.5T，T)
C、孔的位置区域限制D1和D2：每个孔距离其最近的铜块边线的距离应满足一定要求，具体根据铜层厚度如下：
铜层厚度T 0.2mm 0.25mm 0.3mm 0.4mm 0.5mm
对应D1&D2 0.55mm 0.65mm 0.75mm 0.9mm 1.1mm
(2)结构2
请参阅图5a、5b、5c所示，沿铜块图形的边缘蚀刻一圈哑铃型的孔，使基板截面在靠近铜块边缘的位置，有至少一个应力缓冲孔
再请参阅图6a、6b所示，孔的要求：
A、圆孔直径 
和哑铃型孔的圆头部分直径 根据铜层厚度T要求如下：
铜层厚度T 0.2mm 0.25mm 0.3mm 0.4mm 0.5mm
对应D3 0.18～0.4mm 0.2～0.5mm 0.27～0.6mm 0.35mm～0.8mm 0.45～1.0mm
B、哑铃型孔的连接部分宽度D5，根据铜层厚度T，要求如下：
铜层厚度T 0.2mm 0.25mm 0.3mm 0.4mm 0.5mm
对应D5 0.18～0.22mm 0.2～0.25mm 0.28～0.35mm 0.35～0.4mm 0.35～0.5mm
C、孔深度D6：至少达到铜层一半，且不能达到陶瓷和铜的分界面，即D4＝[0.5T，T)
D、孔的位置区域限制D7：每个孔距离其最近的铜块边线的距离应满足一定要求，具体根据铜层厚度如下：
铜层厚度T 0.2mm 0.25mm 0.3mm 0.4mm 0.5mm
对应D1&D2 0.55mm 0.65mm 0.75mm 0.9mm 1.1mm
再请参阅图7所示，本实用新型的陶瓷覆铜基板“减荷孔”或“减荷槽”的制作过程如下：
(1)表面清洁，使用Na2S2O4等溶液清洁基板表面；
(2)贴膜，基板表面覆上带感光树脂层的显影干膜；
(3)曝光，根据基板线路图形，使用与图形相应的遮光掩模板和紫外贡灯对覆膜的基板进行曝光；
(4)显影，将干膜中没有曝光的部分去除，剩下曝光的部分；
(5)蚀刻，将覆膜显影后的基板用Na2C1O3进行蚀刻，没有干膜的部分被蚀刻液蚀刻掉，留下有干膜保护的部分；
(6)去膜，将基板表面剩下的图形保护干膜去除，剩下带图形的基板，即得所需图形的基板与普通的陶瓷覆铜基板相比，关键需要改变的是根据所需图形改变曝光所用的掩模版图形。
以上的掩模板图形中的相关尺寸根据产品具体图形和制造设备的工艺情况而定。
采用了上述的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，由于其中将覆铜层2的边缘区域加上特定形状的减荷盲槽结构，控制孔的相关尺寸和位置，并改变其截面形状，从而在较大程度上缓和了应力集中的程度，降低了基板的有效应力集中系数，避免温度变化过程中过早出现疲劳失效，而且提高了可靠性和热循环寿命，所通过的热循环次数是相对应图形无缓冲结构基板的5～8倍，从而有效防止了DBC在热循环状态下铜层过早脱落，结构简单实用，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (10)
1.一种陶瓷覆铜基板应力减荷结构，包括陶瓷基板和键合于该陶瓷基板表面上的覆铜层，其特征在于，所述的覆铜层的边缘位置处设置有至少一个长形盲孔，且该长形盲孔的延伸方向与所述的覆铜层的边缘线延伸方向相一致。
2.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，其特征在于，所述的长形盲孔的深度至少为所述的覆铜层的厚度的一半，且小于该覆铜层的厚度。
3.根据权利要求1所述的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，其特征在于，所述的各个长形盲孔的排列方向与所述的覆铜层的边缘线的轮廓相一致。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，其特征在于，所述的长形盲孔为腰形孔。
5.根据权利要求4所述的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，其特征在于，所述的腰形孔的宽度和所述的覆铜层的厚度之间满足以下对应关系：
覆铜层的厚度 腰形孔的宽度
●0.2mm 0.18mm～0.4mm
●0.25mm 0.2mm～0.5mm
●0.3mm 0.27mm～0.6mm
●0.4mm 0.35mm～0.8mm
●0.5mm 0.45mm～1.0mm。
6.根据权利要求4所述的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，其特征在于，所述的腰形孔的最远离覆铜层边缘的边与对应的覆铜层的边缘线之间的距离与该覆铜层的厚度之间满足以下对应关系：
覆铜层的厚度 腰形孔的最远离覆铜层边缘的边
与对应的覆铜层的边缘线之间的距离
●0.2mm 0.55mm
●0.25mm 0.65mm
●0.3mm 0.75mm
●0.4mm 0.9mm
●0.5mm 1.1mm。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，其特征在于，所述的长形盲孔为哑铃型孔。
8.根据权利要求7所述的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，其特征在于，所述的哑铃型孔的两端头部的直径和所述的覆铜层的厚度之间满足以下对应关系：
覆铜层的厚度 哑铃型孔的两端头部的直径
●0.2mm 0.18mm～0.4mm
●0.25mm 0.2mm～0.5mm
●0.3mm 0.27mm～0.6mm
●0.4mm 0.35mm～0.8mm
●0.5mm 0.45mm～1.0mm。
9.根据权利要求7所述的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，其特征在于，所述的哑铃型孔的中央连接部分的宽度和所述的覆铜层的厚度之间满足以下对应关系：
覆铜层的厚度 哑铃型孔的中央连接部分的宽度
●0.2mm 0.18mm～0.22mm
●0.25mm 0.2mm～0.25mm
●0.3mm 0.28mm～0.35mm
●0.4mm 0.35mm～0.4mm
●0.5mm 0.35mm～0.5mm。
10.根据权利要求7所述的陶瓷覆铜基板应力减荷结构，其特征在于，所述的哑铃型孔的最远离覆铜层边缘的边与对应的覆铜层的边缘线之间的距离与该覆铜层的厚度之间满足以下对应关系：
覆铜层的厚度 哑铃型孔的最远离覆铜层边缘的边
与对应的覆铜层的边缘线之间的距离
●0.2mm 0.55mm
●0.25mm 0.65mm
●0.3mm 0.75mm
●0.4mm 0.9mm
●0.5mm 1.1mm。
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|---|---|
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN102582162A (zh) * | 2012-03-04 | 2012-07-18 | 浙江大学 | 电力电子功率模块覆铜结构 |
| WO2016019616A1 (zh) * | 2014-08-04 | 2016-02-11 | 杨文举 | 一种提高散热器热效率的散热片制造方法 |
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2010
- 2010-12-07 CN CN2010206455101U patent/CN201927591U/zh not_active Expired - Lifetime
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| WO2016019616A1 (zh) * | 2014-08-04 | 2016-02-11 | 杨文举 | 一种提高散热器热效率的散热片制造方法 |
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