CN207508486U - 一种功率模块封装用的焊接夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率模块封装用的焊接夹具，属于半导体功率器件封装设备技术领域，功率模块包括基板、设置在基板上的芯片单元，芯片单元包括设置在基板上的绝缘衬板、设置在绝缘衬板上的芯片，夹具包括基板固定板、绝缘衬板定位板，基板借助锁紧件夹紧固定在基板固定板与绝缘衬板定位板之间，绝缘衬板定位板上开设有芯片单元放置孔，在绝缘衬板定位板上方增设芯片定位板，芯片定位板上与芯片相对应的位置开设有压块孔，压块孔内放置有芯片压块。使用这种夹具可以对衬板焊层的均匀性和芯片的定位起到积极效果，能够大幅度提高功率模块的散热能力和良品率，减小后续工艺的难度，给封装功率模块焊接工艺提供了技术支撑。

Description

一种功率模块封装用的焊接夹具

技术领域

本实用新型属于半导体功率器件封装设备技术领域，涉及到一种功率模块封装用的焊接夹具。

背景技术

功率模块封装是采用真空焊接技术将芯片与衬板、衬板与基板通过焊料焊接在一起。如图1所示，每个功率模块由多个芯片单元组成，每个芯片单元都是包括设置在基板a1上的衬板焊层、绝缘衬板a2、芯片焊层和芯片a3。

功率模块主要通过基板a1进行散热，在功率模块实际使用中，将基板a1与散热器相连接。基板a1具有一定的拱度，在使用过程中可以有效的抵消由于高温引起的热应力，同时更好的贴紧散热器，使功率模块与散热器之间的间隙更小，散热效果更好。

在现有的封装工艺条件下，由于基板a1的拱度，会导致功率模块在焊接过程中存在以下问题：

(1)在功率模块的焊接过程中，由于基板a1拱度的存在，使得基板a1中心部位接触加热板，热量从基板a1中心往四周扩散，导致中心位置的焊料先熔化，焊料会向中间聚集，经过真空回流焊接后的中间部分的锡膏厚度较厚，焊层均匀性较差，从而影响功率模块在实际使用中的性能，减少使用寿命；

(2)芯片的位置是在功率模块设计阶段就确定好的，芯片的位置直接影响功率模块电流密度的均匀性以及散热效果，在功率模块使用过程中，芯片上会通过高电流，会产生大量热量，如果芯片的位置出现较大偏差，芯片与芯片之间产生热耦合，会影响功率模块的散热效果，严重的甚至导致功率模块损坏，同时也会影响后续焊线工艺。

发明内容

本实用新型为了克服现有技术的缺陷，设计了一种功率模块封装用的焊接夹具，使用这种夹具可以对衬板焊层的均匀性和芯片的定位起到积极效果，能够大幅度提高功率模块的散热能力和良品率，减小后续工艺的难度，给封装功率模块焊接工艺提供了技术支撑。

本实用新型所采取的具体技术方案是：一种功率模块封装用的焊接夹具，功率模块包括基板、设置在基板上的芯片单元，芯片单元包括设置在基板上的绝缘衬板、设置在绝缘衬板上的芯片，关键是：所述的夹具包括基板固定板、绝缘衬板定位板，基板借助锁紧件夹紧固定在基板固定板与绝缘衬板定位板之间，绝缘衬板定位板上开设有芯片单元放置孔，在绝缘衬板定位板上方增设芯片定位板，芯片定位板上与芯片相对应的位置开设有压块孔，压块孔内放置有芯片压块。

所述的锁紧件为螺栓和螺母，螺栓依次穿过基板固定板、基板、绝缘衬板定位板后与螺母螺纹连接。

所述的绝缘衬板定位板长度边的边缘处向下弯折形成为限位板，基板位于两个限位板之间。

所述的芯片定位板为门形结构，芯片定位板两个竖板的下端面设置有燕尾条，绝缘衬板定位板上端面开设有燕尾槽，芯片定位板借助燕尾条和燕尾槽的配合与绝缘衬板定位板插接锁紧。

所述的压块孔为圆孔，芯片压块为圆柱形结构，芯片压块的直径小于圆孔直径且二者的差值为0.2-0.5mm，芯片压块的上端面设置有向上凸起的抓持部，芯片压块的侧壁上有沿径向对称设置的两个插条，压块孔处开设有与插条形状相匹配的插孔，芯片压块借助插条和插孔的配合与芯片定位板插接。

所述的插条远离芯片压块的一侧为弧形结构。

本实用新型的有益效果是：利用锁紧件将基板夹紧固定在基板固定板和绝缘衬板固定板之间，使基板表面平整，解决了“基板存在拱度的情况下，衬板焊层均匀性较低”的问题，降低了衬板焊层的空洞率和焊层产生裂纹的风险，提高了模块的使用寿命。利用芯片固定板和芯片压块对芯片进行定位，降低了芯片在焊接过程中错位的风险，使芯片焊层更加均匀，空洞率随之减少，提高了模块的良品率，延长了模块的使用寿命。

附图说明

图1为功率模块的结构示意图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为图2的左视图。

图4为本实用新型中芯片压块的结构示意图。

附图中，1代表基板固定板，2代表绝缘衬板定位板，3代表芯片定位板，4代表螺栓，5代表芯片单元放置孔，6代表压块孔，7代表芯片压块，7-1代表插条，7-2代表抓持部，a1代表基板，a2代表绝缘衬板，a3代表芯片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做详细说明：

具体实施例，如图1、图2、图3和图4所示，一种功率模块封装用的焊接夹具，功率模块包括基板a1、设置在基板a1上的芯片单元，芯片单元包括设置在基板a1上的绝缘衬板a2、设置在绝缘衬板a2上的芯片a3，所述的夹具包括基板固定板1、绝缘衬板定位板2，基板a1借助锁紧件夹紧固定在基板固定板1与绝缘衬板定位板2之间，绝缘衬板定位板2上开设有芯片单元放置孔5，在绝缘衬板定位板2上方增设芯片定位板3，芯片定位板3上与芯片a3相对应的位置开设有压块孔6，压块孔6内放置有芯片压块7。

基板a1是用铜或者是铜合金制作而成的板状结构，用铜制成的基板a1具有良好的导热性，有利于模块及时进行散热，可以避免高温导致芯片a3失效，铜还具有很好的机械延展性，有利于加工成型。绝缘衬板a2有三层结构，第一层是刻画电路结构的金属层，第三层是通过焊料与基板a1进行连接的金属层，第二层是隔离第一层和第三层用的绝缘层，这样的绝缘衬板a2工艺简单，而且牢固可靠，金属层优选导热系数较高的铜。芯片压块7可以是由石英制作而成的块状结构，也可以是由陶瓷、石墨等耐高温材料制作而成的块状结构，耐高温效果好，可以反复使用。芯片a3是硅芯片、碳化硅芯片或者氮化镓芯片中的一种或多种。

作为对本实用新型的进一步改进，锁紧件为螺栓4和螺母，螺栓4依次穿过基板固定板1、基板a1、绝缘衬板定位板2后与螺母螺纹连接，结构简单，拆装方便快捷，省时省力。

作为对本实用新型的进一步改进，绝缘衬板定位板2长度边的边缘处向下弯折形成为限位板，基板a1位于两个限位板之间，限位板可以防止基板a1晃动而使芯片单元与基板a1之间出现偏差。

作为对本实用新型的进一步改进，芯片定位板3为门形结构，芯片定位板3两个竖板的下端面设置有燕尾条，绝缘衬板定位板2上端面开设有燕尾槽，芯片定位板3借助燕尾条和燕尾槽的配合与绝缘衬板定位板2插接锁紧。这样可以防止芯片定位板3晃动，使得芯片压块7作用在芯片a3上的压力更加均匀，使芯片焊层的焊料均匀地向四处流动，焊接后芯片a3的倾斜角度极小，芯片a3表面平整，可以提高焊接质量，有利于后续工序的完成。

作为对本实用新型的进一步改进，压块孔6为圆孔，芯片压块7为圆柱形结构，为了使芯片压块7与芯片a3之间具有足够大的接触面积，同时又要避免芯片压块7与芯片定位板3接触，所以使芯片压块7的直径小于圆孔直径且二者的差值为0.2-0.5mm，优选为0.4mm。芯片压块7的上端面设置有向上凸起的抓持部7-2，取放芯片压块7时方便抓握，操作方便。芯片压块7的侧壁上有沿径向对称设置的两个插条7-1，压块孔6处开设有与插条7-1形状相匹配的插孔，芯片压块7借助插条7-1和插孔的配合与芯片定位板3插接。插条7-1的设置，在产生较小摩擦力的前提下，可以防止芯片压块7发生错位而影响焊接质量。插条7-1远离芯片压块7的一侧为弧形结构，与直棱直角相比，弧形结构可以减轻反复取放芯片压块7时对芯片定位板3造成的磨损。

本实用新型在具体使用时：首先将基板a1放置在基板固定板1上，然后盖上绝缘衬板定位板2，利用螺栓4和螺母的配合将基板a1夹紧固定在基板固定板1和绝缘衬板固定板2之间，使基板a1表面平整，然后将绝缘衬板a2放到芯片单元放置孔5内，然后将芯片a3放到绝缘衬板a2上预先印刷锡膏的位置，然后将芯片定位板3插接到绝缘衬板固定板2上，使压块孔6的轴线与芯片a3的轴线重合，插接过程中芯片定位板3不会与芯片a3接触，然后将芯片压块7放置到压块孔6内压紧芯片a3即可，最后将带有功率模块的整个夹具放进真空回流焊接炉的加热板上，通过设置适当的加热曲线，保证焊接效率的同时可以提高良品率，加热板对基板固定板1进行均匀加热，当温度达到焊料的熔点时，继续升温，使温度超过熔点40-50℃，保证助焊剂的充分蒸发，焊接完成后将夹具拆卸下来即可。

这种夹具结构简单，拆装方便快捷，省时省力，解决了“基板存在拱度的情况下，衬板焊层均匀性较低”的问题，降低了衬板焊层的空洞率和焊层产生裂纹的风险，提高了模块的使用寿命。同时也降低了芯片在焊接过程中错位的风险，使芯片焊层更加均匀，空洞率随之减少，提高了模块的良品率，延长了模块的使用寿命。

Claims (6)

1.一种功率模块封装用的焊接夹具，功率模块包括基板(a1)、设置在基板(a1)上的芯片单元，芯片单元包括设置在基板(a1)上的绝缘衬板(a2)、设置在绝缘衬板(a2)上的芯片(a3)，其特征在于：所述的夹具包括基板固定板(1)、绝缘衬板定位板(2)，基板(a1)借助锁紧件夹紧固定在基板固定板(1)与绝缘衬板定位板(2)之间，绝缘衬板定位板(2)上开设有芯片单元放置孔(5)，在绝缘衬板定位板(2)上方增设芯片定位板(3)，芯片定位板(3)上与芯片(a3)相对应的位置开设有压块孔(6)，压块孔(6)内放置有芯片压块(7)。

2.根据权利要求1所述的一种功率模块封装用的焊接夹具，其特征在于：所述的锁紧件为螺栓(4)和螺母，螺栓(4)依次穿过基板固定板(1)、基板(a1)、绝缘衬板定位板(2)后与螺母螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种功率模块封装用的焊接夹具，其特征在于：所述的绝缘衬板定位板(2)长度边的边缘处向下弯折形成为限位板，基板(a1)位于两个限位板之间。

4.根据权利要求1所述的一种功率模块封装用的焊接夹具，其特征在于：所述的芯片定位板(3)为门形结构，芯片定位板(3)两个竖板的下端面设置有燕尾条，绝缘衬板定位板(2)上端面开设有燕尾槽，芯片定位板(3)借助燕尾条和燕尾槽的配合与绝缘衬板定位板(2)插接锁紧。

5.根据权利要求1所述的一种功率模块封装用的焊接夹具，其特征在于：所述的压块孔(6)为圆孔，芯片压块(7)为圆柱形结构，芯片压块(7)的直径小于圆孔直径且二者的差值为0.2-0.5mm，芯片压块(7)的上端面设置有向上凸起的抓持部(7-2)，芯片压块(7)的侧壁上有沿径向对称设置的两个插条(7-1)，压块孔(6)处开设有与插条(7-1)形状相匹配的插孔，芯片压块(7)借助插条(7-1)和插孔的配合与芯片定位板(3)插接。

6.根据权利要求5所述的一种功率模块封装用的焊接夹具，其特征在于：所述的插条(7-1)远离芯片压块(7)的一侧为弧形结构。