CN218957706U - 一种基板、功率块、封装结构、车载逆变器、电源及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电子器件技术领域，尤其涉及一种基板、功率块、封装结构、车载逆变器、电源及车辆；通过在基板本体两个金属层制备对称或错位的特征图形，改善了现有技术方案存在的翘曲问题；此外，采用特定形状或构造的金属层组合还可获得较强的机械结构刚性，确保相关产品对机械性能的要求；通过实施例除了公开上述基板，还进一步公开了包含上述基板的功率块、封装结构、车载逆变器、电源及车辆；相关产品将在防翘曲、热稳定性、机械强度等方面取得与基板特性相应或相同的有益效果。

Description

一种基板、功率块、封装结构、车载逆变器、电源及车辆

技术领域

本实用新型属于电子器件技术领域，尤其涉及一种基板、功率块、封装结构、车载逆变器、电源及车辆。

背景技术

陶瓷基板金属化是功率器件的关键工艺过程之一；其中，活性金属（钎焊）贴覆（铜）AMB（Active Metal Bonding）技术依靠金属钎料实现了陶瓷基材（例如，氮化铝）与无氧金属（例如，无氧铜）的高温冶金结合；在半导体功率器件中与直接覆铜（陶瓷）基板DBC（Direct Bonded Copper）均得到的较广泛的应用。

现有的Si功率模块封装采用了银烧结工艺，其焊接过程对产品的翘曲度提出了更高的要求；现有的器件结构，如图1、图2所示，在生产及使用过程中翘曲较大，难以满足SiC功率模块封装的要求。

发明内容

本实用新型实施例公开了一种基板、功率块、封装结构、车载逆变器、电源及车辆。其中，本实用新型实施例公开的基板包括第一金属层、第二金属层、第一基板本体。

具体地，第一金属层包括第一层第一面、第一层第二面，第二金属层包括第二层第一面、第二层第二面，第一基板本体包括第一基板第一面、第一基板第二面。

进一步地，第一基板第一面与第一层第二面采用已知工艺的第一固定连接方式相接，第一基板第二面与第二层第二面采用已知工艺的第二固定连接方式相接。

具体地，第一层第一面制备有芯片布置结构，该芯片布置结构被第一特征图形分割为不小于2块的芯片布放区块；第二层第一面制备有防翘曲结构，该防翘曲结构被第二特征图形分割为不小于2块的防翘区块。

其中，第一固定连接方式和/或第二固定连接方式可以是钎焊、压焊、胶粘、施压直接贴敷中的至少一种。

进一步地，第一金属层与第二金属层可采用预设的厚度比例；第一金属层与第二金属层可采用已知热膨胀系数的材料。

进一步地，第一金属层与第二金属层可采用不同类型的已知固态金属、复合材料或其它已知的刚性导电材料。

进一步地，第一金属层与第二金属层采用已知组分的铜或铜合金作为加工材料。

进一步地，第一特征图形与第二特征图形的拓扑结构符合预设位置关系；该位置关系包括第一错位方式和第二对称方式。

其中，第一特征图形与第二特征图形正投影或预设投影方式下叠放后形成第三复合图形。

当采用第一错位方式时，其第三复合图形中第一特征图形与第二特征图形重叠部分面积占第二特征图形面积的百分比小于预设的第一叠放阈值。

当采用第二对称方式时，去第一特征图形与第二特征图形对称或同形态部分面积占第二特征图形面积的百分比大于预设的第二同形阈值；可选取所述第一叠放阈值与所述第二同形阈值均为50%。

具体地，第一基板本体采用活性金属钎焊覆铜工艺AMB或采用直接覆铜工艺DBC完成所述第一固定连接方式和/或所述第二固定连接方式；

其中，第一基板本体采用陶瓷基材料；其陶瓷基材料包括AL2O3、ALN、Si3N4、SiO2、K2O；其第一特征图形（111）和/或第二特征图形（222）可采用蚀刻或非蚀刻方法得到。

以上述基板为核心，还可制备功率块、功率模块封装结构、车载逆变器、电源及车辆；其中，该功率块包括大功率半导体模块。

其功率块，包括功率半导体和如上所述的任意一种基板结构；该基板结构封装与封装结构或壳体内部。

其中，基板采用已知工艺的第三固定连接方式和/或柔性连接方式与封装结构或壳体相接。

进一步地，功率块可以是基于Si或SiC功率半导体的芯片，其基板可以采用单管封装结构。

进一步地，该功率块还可以包含多块基板，即包括第二基板本体直至第N基板本体，N大于或等于2；其中，第二基板本体直至第N基板本体均与第一基板本体具备同类或相同的结构和/或形状。

具体地，封装结构可包括封装结构或壳体；该封装结构或壳体固定连接有上述的功率块；该封装结构或壳体可采用已知组份的热塑性材料；该热塑性材料可以是有机合成塑料。

进一步公开的车载逆变器，包括至少一块如上的基板；和/或如上的功率块；亦或采用上述的封装结构。

进一步地，本实用新型实施例公开的电源，包括上述任一种基板；和/或功率块；和/或封装结构；和/或上述车载逆变器。

进一步地，本实用新型实施例公开的车辆，包括上述任一种基板；和/或功率块；和/或封装结构；和/或上述车载逆变器；和/或上述的电源。

本实用新型实施例公开的基板结构有效降低了AMB在各工艺环节的翘曲量，可减小生产过程中的报废，提高模块封装可靠性。

其中，上述第一错位方式可以减小双面蚀刻对AMB强度的影响；其第二对称方式可以更有效地控制AMB翘曲。

此外，其第一特征图形和/或第二特征图形可采用蚀刻或非蚀刻方法得到，已知的的机械或化学制备方法均可用于其构造过程。

需要说明的是，在本文中采用的“第一”、“第二”等类似的语汇，仅仅是为了描述技术方案中的各组成要素，并不构成对技术方案的限定，也不能理解为对相应要素重要性的指示或暗示；带有“第一”、“第二”等类似语汇的要素，表示在对应技术方案中，该要素至少包含一个。

附图说明

为了更加清晰地说明本实用新型的技术方案，利于对本实用新型的技术效果、技术特征和目的进一步理解，下面结合附图对本实用新型进行详细的描述，附图构成说明书的必要组成部分，与本实用新型的实施例一并用于说明本实用新型的技术方案，但并不构成对本实用新型的限制。

附图中的同一标号代表相同的部件，具体地：

图1为本实用新型基板实施例组成结构示意图；

图2为本实用新型基板实施例各构件炸开示意图；

图3为本实用新型基板实施例形状、构造类型一示意图；

图4为本实用新型基板实施例形状、构造类型一叠放示意图；

图5为本实用新型基板实施例形状、构造类型二示意图；

图6为本实用新型基板实施例形状、构造类型二叠放示意图；

图7为现有技术产品形状、结构示意图；

图8为本实用新型产品实施例组成结构示意图。

其中：

001-基板，

003-芯片，

005-壳体，

007-功率块，

009-电源，

011-车载逆变器，

013-车辆；

100-第一金属层，

101-第一层第一面，

103-第一层第二面，

111-第一特征图形；

200-第二金属层，

201-第二层第一面，

203-第二层第二面，

222-第二特征图形；

300-第一基板本体，

301-第一基板第一面，

302-第一基板第二面，

333-第三复合图形；

999-未添加第二特征图形的第二层第一面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。当然，下列描述的具体实施例只是为了解释本实用新型的技术方案，而不是对本实用新型的限定。此外，实施例或附图中表述的部分，也仅仅是本实用新型相关部分的举例说明，而不是本实用新型的全部。

如图1所示，本实用新型基板实施例包括第一金属层100、第二金属层200、第一基板本体300。

具体地，如图2所示，第一金属层100包括第一层第一面101、第一层第二面103，第二金属层200包括第二层第一面201、第二层第二面203，第一基板本体300包括第一基板第一面301、第一基板第二面302。

其中，第一基板第一面301与第一层第二面103采用已知工艺的第一固定连接方式相接，第一基板第二面302与第二层第二面203采用已知工艺的第二固定连接方式相接，第一层第一面101制备有芯片布置结构，该芯片布置结构被第一特征图形111分割为不小于2块的芯片布放区块；第二层第一面201制备有防翘曲结构，该防翘曲结构被第二特征图形222分割为不小于2块的防翘区块。

进一步地，第一固定连接方式和/或第二固定连接方式可以是钎焊、压焊、胶粘、施压直接贴敷中的至少一种。

进一步地，第一金属层100与第二金属层200可采用预设的厚度比例；第一金属层100与第二金属层200可采用已知热膨胀系数的材料。

进一步地，第一金属层100与第二金属层200可采用不同类型的已知固态金属、复合材料或其它已知的刚性导电材料。

具体地，第一金属层100与第二金属层200可采用铜或已知组分的铜合金作为加工材料。

进一步地，第一特征图形111与第二特征图形222的拓扑结构符合预设的位置关系；该位置关系包括第一错位方式和第二对称方式；此外，第一特征图形111与第二特征图形222正投影或预设同一投影方式下的投影图像叠放后形成第三复合图形333。

当采用第一错位方式时，第三复合图形333中第一特征图形111与第二特征图形222重叠部分面积占第二特征图形222面积的百分比小于预设的第一叠放阈值。

当采用第二对称方式时，第一特征图形111与第二特征图形222对称或同形态部分面积占第三复合图形333面积的百分比大于预设的第二同形阈值。

具体地，对称方式可选取：正反面蚀刻沟槽投影重叠面积/反面蚀刻沟槽面积>=50%；错位方式可选取：正反面蚀刻沟槽投影重叠面积/反面蚀刻沟槽面积<50%；其中，50%即为相应的第一叠放阈值或第二同形阈值。

进一步地，第一基板本体300可采用活性金属钎焊覆铜工艺AMB（Active MetalBonding）或采用直接覆铜工艺DBC（Direct Bonded Copper）完成第一固定连接方式和/或第二固定连接方式。

具体地，第一基板本体可采用陶瓷基材料；其陶瓷基材料可以是AL2O3、ALN、Si3N4、SiO2、K2O。

此外，第一特征图形111和/或第二特征图形222可采用蚀刻或非蚀刻方法得到。

本实用新型实施例进一步公开了一种功率块，包括功率半导体、至少一块如上的基板；还包括封装结构或壳体005。

其中，基板001采用已知工艺的第三固定连接方式和/或柔性连接方式与封装结构或壳体005相接。

进一步地，该功率块可包括Si或SiC功率半导体芯片，其基板001采用单管封装结构。

进一步地，可构造第二基板本体直至第N基板本体，N大于或等于2；其中，第二基板本体直至第N基板本体均与第一基板本体300具备同类或相同的结构和/或形状。

进一步地，本实用新型实施例还公开了一种封装结构，包括封装结构或壳体005；其封装结构或壳体005固定连接有上述功率块。

进一步地，上述封装结构或壳体005可采用已知组份的热塑性材料；其热塑性材料包括有机合成塑料。

进一步地，本实用新型实施例还公开了一种车载逆变器，包括至少一块如上的任意一基板001。

进一步地，该逆变器还可包括功率块007和/或封装结构005。

进一步地，本实用新型实施例还公开了一种电源，包括至少一块如上的任意一基板001；和/或功率块007；和/或采用封装结构005；和/或车载逆变器011。

进一步地，本实用新型实施例还公开了一种车辆，包括：包括至少一块如上的任意一基板001；和/或功率块007；和/或采用封装结构005；和/或车载逆变器011；和/或电源009。

具体地，其AMB背面采用与正面蚀刻区域错位或对称的方式设计蚀刻图案，进行双面蚀刻，将背面的一整块铜分割成若干块分立的铜。

其中，AMB背面（非芯片布置面）有蚀刻图样；且蚀刻图样与正面蚀刻图样对称或错开某一固定距离。

其错位蚀刻之背面蚀刻沟槽沿与正面蚀刻沟槽相似的方式设计，但尽量与正面蚀刻沟槽错开一定距离。

其对称蚀刻之背面蚀刻沟槽沿与正面蚀刻沟槽对称的方式设计。

具体地，常规Si功率模块封装，以及Si/SiC功率半导体单管封装中陶瓷基基板摒弃了如图6所示的技术方案；其基板的第二金属层200不蚀刻的方案。

对于SiC功率模块的封装，为达到更高温度下使用的可靠性，焊接工艺大量被银烧结工艺取代，银烧结工艺对产品的翘曲度有更高的要求，在采用如图3或图5所示的上面蚀刻或特征图形构造后，确保了相关产品对翘曲度和刚性的特性。

采用本实用新型公开的结构可使得陶瓷材质的基板本体两侧铜质量和图案趋于对称，进而在温升过程中避免了翘曲生成，满足了SiC等类似功率模块对封装技术指标的要求；其中，蚀刻制程/过程将金属层穿透，使得金属层切分为若干不想接的区块，使得器件在刚性和防翘曲特性间进行了优化或折中。

需要说明的是，上述实施例仅是为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，本领域技术人员可以理解，本实用新型的实施方式不限于以上内容，基于上述内容所进行的明显变化、替换或替代，均不超出本实用新型技术方案涵盖的范围；在不脱离本实用新型构思的情况下，其它实施方式也将落入本实用新型的范围。

Claims (15)

1.一种基板，包括：

第一金属层（100）、第二金属层（200）、第一基板本体（300）；

所述第一金属层（100）包括第一层第一面（101）、第一层第二面（103），所述第二金属层（200）包括第二层第一面（201）、第二层第二面（203），所述第一基板本体（300）包括第一基板第一面（301）、第一基板第二面（302）；

其中，所述第一基板第一面（301）与所述第一层第二面（103）采用已知工艺的第一固定连接方式相接，所述第一基板第二面（302）与所述第二层第二面（203）采用已知工艺的第二固定连接方式相接，所述第一层第一面（101）制备有芯片布置结构，所述芯片布置结构被第一特征图形（111）分割为不小于2 块的芯片布放区块；所述第二层第一面（201）制备有防翘曲结构，所述防翘曲结构被第二特征图形（222）分割为不小于2 块的防翘区块。

2.如权利要求1 所述的基板，其中：

所述第一固定连接方式和/或所述第二固定连接方式为钎焊、压焊、胶粘、施压直接贴敷中的至少一种。

3.如权利要求1 或2 所述的基板，其中：

所述第一金属层（100）与所述第二金属层（200）采用预设的厚度比例；所述第一金属层（100）与所述第二金属层（200）采用已知热膨胀系数的材料。

4.如权利要求1 或2 所述的基板，其中：

所述第一金属层（100）与所述第二金属层（200）采用不同类型的已知固态金属、复合材料或其它已知的刚性导电材料。

5.如权利要求3 所述的基板，其中：

所述第一金属层（100）与所述第二金属层（200）采用已知组分的铜或铜合金作为加工材料。

6.如权利要求5 所述的基板，其中：

所述第一特征图形（111）与所述第二特征图形（222）的拓扑结构符合预设位置关系；所述位置关系包括第一错位方式和第二对称方式；所述第一特征图形（111）与所述第二特征图形（222）正投影或预设投影方式下叠放后形成第三复合图形（333）；

当采用所述第一错位方式时，所述第三复合图形（333）中所述第一特征图形（111）与所述第二特征图形（222）重叠部分面积占所述第二特征图形（222）面积的百分比小于预设的第一叠放阈值；

当采用所述第二对称方式时，所述第一特征图形（111）与所述第二特征图形（222）对称或同形态部分面积占所述第二特征图形（222）面积的百分比大于预设的第二同形阈值。

7.如权利要求1、2、5、6 所述的任一基板，其中：

所述第一基板本体（300）采用活性金属钎焊覆铜工艺AMB 或采用直接覆铜工艺DBC完成所述第一固定连接方式和/或所述第二固定连接方式；

所述第一基板本体采用陶瓷基材料。

8.如权利要求6 所述的基板，其中：

所述第一特征图形（111）和/或所述第二特征图形（222）采用蚀刻或非蚀刻方法得到；

所述第一叠放阈值与所述第二同形阈值均为50%。

9.一种功率块，包括：

功率半导体、至少一块如权利要求1、2、5 或6 所述的任一基板（001），还包括封装结构/壳体（005）；

其中，所述基板（001）采用已知工艺的第三固定连接方式和/或柔性连接方式与所述封装结构/壳体（005）相接。

10.如权利要求9 所述的功率块，其中：

所述功率半导体为Si 或SiC 半导体芯片，所述基板（001）采用单管封装结构。

11.如权利要求9 或10 所述的功率块，除了所述第一基板本体（300），还包括：

第二基板本体直至第N基板本体，N 大于或等于2；

其中，所述第二基板本体直至所述第N基板本体，均与所述第一基板本体（300）具备同类或相同的结构和/或形状。

12.一种封装结构，包括：

封装壳体（005）；

所述封装壳体（005）固定连接有如权利要求9 、10或11 的任一所述功率块（007）；

所述封装壳体（005）采用已知组份的热塑性材料；

所述热塑性材料包括有机合成塑料。

13.车载逆变器，包括：

至少一块如权利要求1、2、5 或6 的任一所述基板（001）；

和/或如权利要求9 、10或11 的任一所述功率块（007）；

和/或采用如权利要求12 的所述封装结构。

14.一种电源，包括：

至少一块如权利要求1、2、5 或6 的任一所述基板（001）；

和/或如权利要求9 、10或11 的任一所述功率块（007）；

和/或采用如权利要求12 的所述封装结构；

和/或如权利要求13的所述车载逆变器（011）。

15.一种车辆，包括：

至少一块如权利要求1、2、5 或6 的任一所述基板（001）；

和/或如权利要求9 、10或11 的任一所述功率块（007）；

和/或采用如权利要求12 的所述封装结构；

和/或如权利要求13的所述车载逆变器（011）；

和/或如权利要求14 的所述电源。

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