CN204834594U - 一种功率半导体器件 - Google Patents

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    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Abstract

本实用新型公开了一种功率半导体器件，包括底板、基板和功率芯片，功率芯片焊接安装在所述基板的上表面并且功率芯片与基板形成电气连接，基板通过焊料层焊接安装在所述底板的上表面，在焊料层中若干位置设置有高熔点焊片，所述的高熔点焊片支承起基板，其结构简单，有效减少由于焊料层厚度不均匀而造成功率半导体器件过早失效的问题。

Description

一种功率半导体器件
技术领域：
本实用新型涉及一种功率半导体器件。
背景技术：
如图1所示，现有功率半导体器件(如IGBT、MOS等)的内部基本结构由底板、绝缘覆铜基板(DBC)、功率芯片、铝线、灌封胶、外壳等组成，而功率芯片与绝缘覆铜基板以及绝缘覆铜基板与底板之间的连接主要通过装配焊片或印刷焊膏，再经过焊接来实现。图1中，1表示底板，2表示绝缘覆铜基板，3表示功率芯片，4表示底板与绝缘覆铜基板之间的焊料层，6表示功率芯片与绝缘覆铜基板这间的焊点。
由于功率半导体器件工作时发热量较大，而且各部件之间的热膨胀系统不匹配，造成工作时产生较大的热应力。随着功率半导体器件服役过程的不断进行，在焊料层热应力集中的地方会产生裂纹，裂纹的逐渐扩展会导致功率半导体器件失效。
目前功率半导体器件的底板焊接表面一般为球形弧面，而绝缘覆铜基板也有少许翘曲，再加上工装夹具及人为操作的影响，当所述绝缘覆铜基板与底板通过焊片或焊膏焊接在一起后，往往会出现焊料层厚度不均匀，焊料层太厚会增加功率半导体器件的热阻，而焊料层太薄会减弱焊料层对热应力的吸收，两者都会造成功率半导体器件的过早失效。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种功率半导体器件，其结构简单，有效减少由于焊料层厚度不均匀而造成功率半导体器件过早失效的问题。
本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种功率半导体器件，包括底板、基板和功率芯片，功率芯片焊接安装在所述基板的上表面并且功率芯片与基板形成电气连接，基板通过焊料层焊接安装在所述底板的上表面，在焊料层中若干位置设置有高熔点焊片，所述的高熔点焊片支承起基板。
上述高熔点焊片是一种熔点高于焊料层的熔点的焊片。
上述高熔点焊片的数量为3－4片，3片高熔点焊片呈三角形分布或者4片高熔点焊片呈方形分布。
上述高熔点焊片截面为圆形或者方形。
上述焊料层为低熔点焊片或者焊膏。
上述低熔点焊片是一种熔点低于高熔点焊片的熔点的焊片。
上述基板为绝缘覆铜基板。
上述芯片为IGBT芯片或者MOS芯片。
本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：
1)在焊接过程中，焊料层会熔化，但高熔点焊片不会熔化，此时高熔点焊片起到支承绝缘覆铜基板的作用，可以有效保证底板与绝缘覆铜基板之间焊料层的厚度均匀性，从而达到减少由于焊料层厚度不均匀而造成功率半导体器件过早失效的问题，同时熔融的焊料层也会与高熔点焊片形成较好的合金连接，保证绝缘覆铜基板与底板之间连接的可靠性。
2)高熔点焊片的数量为3－4片，3片高熔点焊片呈三角形分布或者4片高熔点焊片呈方形分布，高熔点焊片为圆形或者方形，均可以进一步保证底板与绝缘覆铜基板之间焊料层的厚度均匀性。
附图说明：
图1是现有功率半导体器件的结构示意图；
图2是实施例中功率半导体器件的结构示意图；
图3是实施例中功率半导体器件的立体图；
图4是实施例中功率半导体器件的分解图；
图5是实施例中高熔点焊片的一种分布示意图；
图6是实施例中高熔点焊片的另一种分布示意图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
图2至图6中，1表示底板，2表示绝缘覆铜基板，3表示功率芯片，4表示底板与绝缘覆铜基板之间的焊料层，5表示预置的高熔点焊片，6表示功率芯片与绝缘覆铜基板这间的焊点。
实施例一：如图2、图3和图4所示，本实施例是一种功率半导体器件，底板1与绝缘覆铜基板2之间的焊料层4采用低熔点焊片时，每块绝缘覆铜基板2通过相应的低熔点焊片焊接安装在底板1的上表面。在每片低熔点焊片的表面预置3块或者4块小型高熔点焊片5。如图5所示，3片高熔点焊片5呈三角形分布，或者如图6所示，4片高熔点焊片5呈方形分布。所述小型高熔点焊片5的截面为圆形或方形，或者在功率半导体器件焊接之前的装配过程中，在低熔点焊片的表面放置多块小型高熔点焊片5，其中高熔点焊片5的熔点比低熔点焊片的熔点高25℃以上，所述高熔点焊片5的厚度小于低熔点焊片的厚度。在工艺焊接过程中，低熔点焊片会熔化，但高熔点焊片5不会熔化，此时高熔点焊片5起到支承绝缘覆铜基板2的作用，可以有效保证底板1与绝缘覆铜基板2之间焊料层4的厚度均匀性，同时熔融的低熔点焊片也会与高熔点焊片5形成较好的合金连接。焊接工艺完成后，高熔点焊片5会留在焊料层4内部，且所述高熔点焊片5的厚度一般为焊料层的厚度。优选的，底板1采用铜底板。
实施例二：如图2、图3和图4所示，本实施例是一种功率半导体器件，底板1与绝缘覆铜基板2之间的焊料层4采用焊膏时，印刷完焊膏后在所述焊膏上表面贴放3块或者4块小型高熔点焊片5，如图5所示，3片高熔点焊片5呈三角形分布，或者如图6所示，4片高熔点焊片5呈方形分布。其中高熔点焊片5的熔点要比焊膏的熔点高25℃以上。在工艺焊接过程中，焊膏会熔化，但高熔点焊片5不会熔化，此时高熔点焊片5起到支承绝缘覆铜基板2的作用，可以有效保证底板1与绝缘覆铜基板2之间焊料层4的厚度均匀性，同时熔融的焊膏也会与高熔点焊片5形成较好的合金连接。焊接工艺完成后，高熔点焊片5会留在焊料层4内部，且所述高熔点焊片5的厚度一般为焊料层的厚度。
以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种功率半导体器件，包括底板(1)、基板(2)和功率芯片(3)，功率芯片(3)焊接安装在所述基板(2)的上表面并且功率芯片(3)与基板(2)形成电气连接，基板(2)通过焊料层(4)焊接安装在所述底板(1)的上表面，其特征在于：在焊料层(4)中若干位置设置有高熔点焊片(5)，所述的高熔点焊片(5)支承起基板(2)。
2.根据权利要求1所述的一种功率半导体器件，其特征在于：所述高熔点焊片(5)是一种熔点高于焊料层(4)的熔点的焊片。
3.根据权利要求1所述的一种功率半导体器件，其特征在于：高熔点焊片(5)的数量为3－4片，3片高熔点焊片呈三角形分布或者4片高熔点焊片呈方形分布。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种功率半导体器件，其特征在于：高熔点焊片(5)截面为圆形或者方形。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种功率半导体器件，其特征在于：所述的焊料层(4)为低熔点焊片或者焊膏。
6.根据权利要求5所述的一种功率半导体器件，其特征在于：所述低熔点焊片是一种熔点低于高熔点焊片(5)的熔点的焊片。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种功率半导体器件，其特征在于：所述的基板(2)为绝缘覆铜基板。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种功率半导体器件，其特征在于：所述的芯片(3)为IGBT芯片或者MOS芯片或者FRD芯片。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108971804A (zh) * 2017-06-02 2018-12-11 株洲中车时代电气股份有限公司 焊层厚度控制方法及由该方法制作的功率半导体器件
CN109599334A (zh) * 2017-09-30 2019-04-09 株洲中车时代电气股份有限公司 用于绝缘栅双极晶体管的制造方法
CN110756943A (zh) * 2019-09-20 2020-02-07 西安中车永电电气有限公司 一种提高焊接质量的底板结构及其焊接方法
CN111725082A (zh) * 2020-06-10 2020-09-29 西安中车永电电气有限公司 一种igbt芯片的焊接方法

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