CN208848885U - 一种新型igbt模块铜底板结构 - Google Patents

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张琼
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Abstract

本实用新型涉及一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于：其结构包括铜底板本体、焊接区域和安装孔，所述铜底板本体具有一定的弧度，所述的焊接区域为铜底板内表面上的凹槽；将用于连接铜底板和DBC基板的焊接材料铺设在所述焊接区域凹槽内，加热使焊接材料融化，实现DBC基板和铜底板的固定连接。本实用新型有利于提高焊接质量，能够有效避免焊接空洞导致的热阻增加问题，提高散热量，保证IGBT模块的工作可靠性。

Description

一种新型IGBT模块铜底板结构
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种新型IGBT模块铜底板结构。
背景技术
IGBT是大功率半导体器件，工作过程中流过的电流较大，开关贫频率较高，损耗功率高，也会产生非常多的热量；而IGBT的结温要求不能超过125℃，因此需要通过有效的散热设计将这些热量散发出去，避免IGBT模块长期处于高温环境中，否则会影响到整个机组的正常运转。通常，焊接型IGBT封装工艺中，芯片、陶瓷覆铜板(DBC)、铜底板、散热器以及它们两两之间的连接层能够形成一个完整的散热通道，芯片工作过程中产生的热量通过该散热通道、以热传导为主要方式，传递到铜底板外表面上，并以热对流和热辐射为主要方式最终散发到周围介质中。其中，芯片到铜底板这部分的散热通道的散热效率，不仅与芯片、DBC基板和铜底板的材料有直接联系，也与它们之间的连接方式息息相关。
DBC基板通常采用焊接方式连接在铜底板上，焊接质量会显著影响热量传递的效率。由于焊接时产生热量，在焊接应力作用下铜底板会发生一定的变形，影响铜底板与散热器的接触面平整度。因此，传统技术中通常会对IGBT模块铜底板进行预弯使其具有一定的弧度，以抵消铜底板在焊接时的变形，保证铜底板与散热器之间的接触面平面度，进而保证散热量。然而，由于铜底板表面预弯了一定的弧度，而DBC基板为平面结构，铜底板与DBC基板焊接时，焊料层厚度不均匀，焊接引力较大，焊接质量控制难度加大，极有可能会出现局部焊接空洞的现象。由于真空或空气中的热传导系数远远低于金属焊料中的热传导系数，因此热阻反而会增加，不利于散热。
目前国内IGBT技术仍局限于中低电压范围，与国外高电压IGBT模块的发展水平还有一定差距。而良好的散热性能，不仅能提高IGBT模块工作的可靠性，也是追求更高电压的前提。因此，提供一种性能更加优良、工作更加可靠的IGBT模块散热方案尤为重要。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种便于焊接的、利于散热的IGBT模块铜底板结构，解决铜底板焊接区域不平整导致的焊接质量问题。
本实用新型涉及解决上述问题所采用的技术方案为：一种新型IGBT模块铜底板结构，其结构包括铜底板本体、焊接区域和安装孔。所述铜底板本体具有一定的弧度；所述的焊接区域为铜底板内表面上的凹槽；将用于连接铜底板和DBC基板的焊接材料铺设在所述焊接区域凹槽内，加热使焊接材料融化，实现DBC基板和铜底板的固定连接。
所述焊接区域为铜底板内表面上的凹槽，由侧面和底面组成。
所述焊接区域凹槽可以是铜底板内表面上的矩形凹槽，由径向侧面、垂向侧面和底面组成；其径向侧面指向铜底板内外表面的中心线。其垂向侧面垂直于铜底板的内表面；其底面为平面，且所有焊接区域底面的顶点均位于同一个圆弧上，其底面与垂向侧面的交线为该圆弧上等长、等间距分布的弦。
所述焊接区域可以是铜底板内表面上的圆形凹槽，由侧面和底面组成；所述侧面为与铜底板内表面垂直的圆柱面，所述底面为圆平面。
优选地，所述焊接区域深度取值范围为0.5～1mm。
优选地，所述焊接区域尺寸与DBC基板尺寸之差优选范围为0.5～1mm。一般地，焊接材料热膨胀系数大于铜材料的热膨胀系数，铜底板凹槽与DBC基板之间的缝隙方便焊接材料的膨胀和流动，避免焊料溢出铜底板表面，减少焊接空洞。
用于连接铜底板和DBC基板的焊接材料铺设厚度小于焊接区域深度，优选地，其取值范围为0.2～0.5mm。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
1.本实用新型中铜底板与DBC基板的焊接面为平整的平面结构，厚度均匀，有利于提高焊接质量。
2.本实用新型中铜底板上设置凹槽，能够有效的平衡焊接过程中产生的应力，有利于焊接完成后的平整度控制。
3.本实用新型中铜底板上设置凹槽，同时也方便铺设焊料，便于定位，而凹槽与DBC基板之间的缝隙能够有效必秒焊料溢出和焊接空洞。
附图说明
图1是本实用新型铜底板结构示意图，其中1.1为铜底板本体、1.2为焊接区域、1.3为安装孔；
图2是本实用新型IGBT模块封装示意图，其中1为本实用新型所述铜底板、1.1.1为铜底板外表面、1.1.2为铜底板内表面、2为加热装置、3为第一焊料层、4为DBC基板、5为第二焊料层、6为芯片；
图3是本实用新型铜底板焊接区域尺寸示意图，其中1.2.1为径向侧面、1.2.2为垂向侧面、1.2.3为底面；
图4是本实用新型DBC基板尺寸示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1-4所示，本实施例中的一种新型的IGBT模块铜底板结构，所采取的具体技术方案为：
其结构包括铜底板本体1.1、焊接区域1.2和安装孔1.3，如图1-2所示。芯片6通过第二焊料层5固定在DBC基板4的绝缘层上，DBC基板4的非绝缘层通过第一焊料层3与所述的铜底板1的焊接区域1.2相连，铜底板1的外表面与散热器表面接触，由此构成了IGBT模块的散热通道。
所述的铜底板本体1.1具有一定的弧度，其外表面1.1.1和内表面1.1.2为具有相同圆心的同心圆弧。封装时，所述铜底板外表面1.1.1与加热装置2接触，热量从加热装置传递到第一焊料层3；工作时，外表面1.1.1与散热器表面接触，热量从芯片传递到散热器。所述的焊接区域1.2为上述铜底板本体1.1内表面1.1.2上的矩形凹槽，封装时，将第一焊料层3铺设在该凹槽内，DBC基板放置在第一焊料层3上，加热使第一焊料层3融化，将DBC基板固定在铜底板上。所述铜底板1通过安装孔1.3和螺栓连接固定在散热器上。
取铜底板1长度方向上的具有凹槽的任一横截面B-B，如图3所示。所述的铜底板焊接区域1.2横截面由径向侧面1.2.1、垂向侧面1.2.2和底面1.2.3组成。所述径向侧面1.2.1在该横截面上的投影线段的延长线均指向铜底板内外表面1.1.1和1.1.2的圆心。所述垂向侧面1.2.2均垂直于铜底板内表面1.1.2向内。所述底面1.2.3为平面，设同一横截面上具有n个上述的焊接区域1.2，则该横截面上底面1.2.3投影线段的端点A1、A2…A2n-1和A2n均位于同一圆弧上，线段A1A2、A3A4…A2n-1A2n为该圆弧上等长、等间距分布的弦。
设铜底板内表面圆弧半径为r，A1、A2…A2n-1和A2n点所在圆弧半径为R，则上述焊接区域1.2的深度H＝R-r＝0.5mm。第一焊料层3的铺设厚度h应小于焊接区域1.2的深度H，h＝0.2mm。
焊接区域1.2宽度C与DBC基板宽度c之差Δc＝0.5mm。焊接区域1.2宽度D与DBC基板宽度d之差Δd＝0.5mm。
铜底板1上的焊接区域1.2全部采用数控加工得到。
除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于：其结构包括铜底板本体、焊接区域和安装孔，所述铜底板本体具有弧度，所述的焊接区域为铜底板内表面上的凹槽；将用于连接铜底板和DBC基板的焊接材料铺设在所述焊接区域凹槽内，加热使焊接材料融化，实现DBC基板和铜底板的固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于:所述焊接区域为铜底板内表面上的凹槽，由侧面和底面组成。
3.根据权利要求1所述的一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于:所述焊接区域可以是铜底板内表面上的矩形凹槽，由径向侧面、垂向侧面和底面组成。
4.根据权利要求2所述的一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于:其焊接区域径向侧面指向铜底板内外表面的中心线。
5.根据权利要求2所述的一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于:其焊接区域垂向侧面垂直于铜底板的内表面。
6.根据权利要求2所述的一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于:其焊接区域底面为平面，且所有焊接区域底面的顶点均位于同一个圆弧上，其底面与垂向侧面的交线为该圆弧上等长、等间距分布的弦。
7.根据权利要求1所述的一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于:所述焊接区域可以是铜底板内表面上的圆形凹槽，由侧面和底面组成；所述侧面为与铜底板内表面垂直的圆柱面，所述底面为圆平面。
8.根据权利要求1所述的一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于:所述焊接区域深度范围为0.5~1mm。
9.根据权利要求1所述的一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于:所述焊接区域尺寸与DBC基板尺寸之差范围为0.5~1mm。
10.根据权利要求1所述的一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于: 用于连接铜底板和DBC基板的焊接材料铺设厚度小于焊接区域深度，其范围为0.2~0.5mm。
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CN108550560A (zh) * 2018-05-30 2018-09-18 江阴市赛英电子股份有限公司 一种新型igbt模块铜底板结构
CN112331622A (zh) * 2019-08-05 2021-02-05 珠海格力电器股份有限公司 一种绝缘栅双极晶体管模块的封装方法及模块
CN112992691A (zh) * 2021-04-23 2021-06-18 度亘激光技术（苏州）有限公司 半导体器件的焊接方法及半导体器件

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