CN220312206U - 一种用于功率模块系统焊接层焊接的压力装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于功率模块系统焊接层焊接的压力装置，包括底板，所述底板用于承载功率模块系统焊接层的陶瓷基板和散热基板，所述底板上方设置固定板；所述固定板上设置有多个压力机构，压力机构用于向置于底板上的陶瓷基板施加压力；所述压力机构包括压杆，所述压杆上端穿出固定板并设置限位机构，所述压杆的下端设置压头；所述压力机构还包括给压头施加压力的部件。本实用新型通过多个压力机构对陶瓷基板的不同位置施压，确保了陶瓷基板各个位置与散热基板间焊接厚度的均匀性；陶瓷基板收到压力机构施加的压力，可以减少焊接空洞的发生，提高了焊接层导热效率；焊接层厚度均匀，可以提高功率模块的寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及功率模块制造技术领域，具体是一种用于功率模块系统焊接层焊接的压力装置。
背景技术
对于功率模块系统焊接层，现有焊接技术是散热基板、焊料、陶瓷基板三者按照自重叠加组合，在回流焊接的冷却过程中，由于散热基板与陶瓷基板两者CET差异大，将使产品发生弯曲，同时造成焊接层厚度不均匀(中央厚度大，边缘厚度小)，导致产品散热时导热不均匀以及边缘焊料厚度过薄造成的可靠性降低的问题。具体而言，若焊接层厚度不均匀，在功率模块使用过程中，由于大功率长时间的运行，模块内部将产生热应力，在特殊工况下还将承受大幅度温度变化，引起焊接层薄弱区域发生蠕变，导致分层，从而引起散热能力下降，并形成恶性循环，加快模块的失效。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种用于功率模块系统焊接层焊接的压力装置，以解决现有技术在功率模块的系统焊接层焊接时出现的焊接层厚度不均匀的问题。
技术方案：本实用新型的一种用于功率模块系统焊接层焊接的压力装置，包括底板，所述底板用于承载功率模块系统焊接层的陶瓷基板和散热基板，所述底板上方设置固定板；所述固定板上设置有多个压力机构，压力机构用于向置于底板上的陶瓷基板施加压力；所述压力机构包括压杆，所述压杆上端穿出固定板并设置限位机构，所述压杆的下端设置压头；所述压力机构还包括给压头施加压力的部件。
其中，所述压头上设置有凸起，所述给压头施加压力的部件为套装在压杆上的弹簧，所述弹簧上端与下端分别被固定板和凸起限位。
其中，所述给压头施加压力的部件为设置在压头或者压杆上的配重。
其中，所述限位机构包括设置于压头上端的卡槽，所述卡槽内设置卡环。
其中，所述底板与固定板通过紧固件连接，紧固件可为螺栓。
有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、通过多个压力机构对陶瓷基板的不同位置施压，确保了陶瓷基板各个位置与散热基板间焊接厚度的均匀性；
2、陶瓷基板受到压力机构施加的压力，可以减少焊接空洞的发生，提高焊接层导热效率；
3、能够使功率模块系统焊接层焊接层厚度均匀，可以提高功率模块的寿命。
附图说明
图1为本实用新型的剖视结构示意图；
图2为压力机构的结构示意图；
图3为单个压力机构与功率模块系统焊接层组合的剖视图。
图中：1-底板；2-固定板；3-陶瓷基板；4-散热基板；5-焊料；6-压力机构；61-压杆；62-压头；63-凸起；64-弹簧；65-卡槽；66-卡环。
具体实施方式
术语说明：
1、回流焊接：重新熔化预先分配到半导体材料焊盘上的软钎焊料,实现表面组装元器件焊端或引脚与半导体材料焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。
2、陶瓷基板：绝缘覆铜陶瓷基板的简称，分三层结构，上下层为无氧铜或Al，中间层通常为Al2O3/AlN/Si3N4中的一种，称为DBC/DCB、DBA或AMB。
3、CTE：线性热膨胀系数。
4、散热基板：半导体产品中作为热载体的材料，通常为铜、Al等，形态为实心板材、中空板材或有特殊流道的异型材料，其表面一般有Ni、Cu、Ag、Au等镀层。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型包括底板1，底板1用于承载功率模块系统焊接层的陶瓷基板3和散热基板4，所述底板1上方设置固定板2；所述固定板2上设置有多个压力机构6，压力机构6用于向置于底板1上的陶瓷基板3施加压力。底板1和固定板2通过可拆卸的紧固件连接，如螺栓。
如图2所示，压力机构6包括压杆61，压杆61的上端穿出固定板2并设置限位机构，压杆61的下端设置压头62；压力机构6还包括给压头6施加压力的部件，具体而言，压头62上设置有凸起63，凸起63可为T型构造，给压头施加压力的部件为套装在压杆61上的弹簧64，弹簧64上端与下端分别被固定板2和凸起63限位。
作为另一种实施方式，给压头施加压力的部件可为设置在压头62或者压杆63上的配重。
其中，限位机构包括设置于压头62上端的卡槽65，卡槽65内设置卡环66。经过卡槽65和卡环66的配合，限制了压杆61向下的运动范围。
如图1所示，在功率模块系统焊接层焊接前，将散热基板4、焊料、陶瓷基板3依次组装，然后将组合体置于底板1上，将设置有压力机构6的固定板2与底板1相连接，此时，压力机构6上的弹簧被压缩，或者配重的自重向陶瓷基板3施加压力，然后焊接。
其中，压力机构6的压头62行程，可通过测量陶瓷基板3形变量及计算后加工，具体计算方式如下：
1、根据陶瓷基板3抗弯系数，计算得出压头压力：F1＝K陶瓷基板*X陶瓷基板形变量； (1)
2、根据弹簧形变公式计算出压头62的行程及弹簧弹性系数选择：
F2＝K弹簧*X弹簧形变量 (2)
X弹簧形变量＝X弹簧已压缩量+X压头压缩量 (3)
其中，K陶瓷基板为陶瓷基板3的抗弯系数，K弹簧为弹簧的弹性系数，F2为弹簧的弹力，X弹簧已压缩量为弹簧的已被压缩量。弹簧的弹力F2等于压头所需的压力F1，由此可根据弹簧的弹性系数K弹簧计算出弹簧形变量X弹簧形变量(式2)，进而可计算出压头的行程(即X压头压缩量)。不同弹性系数K的选择，会使弹簧形变量有所不同，进而得到不同的压头行程。
由计算得到的压头行程，能够保证焊接的质量，且不会因压缩行程过大导致焊接层的焊料5溢出。在以上计算方式的基础上，压头的压力可以通过配重施加，配重的重量也可计算得出，从而替代弹簧结构。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于功率模块系统焊接层焊接的压力装置，其特征在于：包括底板，所述底板用于承载功率模块系统焊接层的陶瓷基板和散热基板，所述底板上方设置固定板；所述固定板上设置有多个压力机构，压力机构用于向置于底板上的陶瓷基板施加压力；所述压力机构包括压杆，所述压杆上端穿出固定板并设置限位机构，所述压杆的下端设置压头；所述压力机构还包括给压头施加压力的部件。
2.根据权利要求1所述的一种用于功率模块系统焊接层焊接的压力装置，其特征在于：所述压头上设置有凸起，所述给压头施加压力的部件为套装在压杆上的弹簧，所述弹簧上端与下端分别被固定板和凸起限位。
3.根据权利要求1所述的一种用于功率模块系统焊接层焊接的压力装置，其特征在于：所述给压头施加压力的部件为设置在压头或者压杆上的配重。
4.根据权利要求2所述的一种用于功率模块系统焊接层焊接的压力装置，其特征在于：所述限位机构包括设置于压头上端的卡槽，所述卡槽内设置卡环。
5.根据权利要求1所述的一种用于功率模块系统焊接层焊接的压力装置，其特征在于：所述底板与固定板通过紧固件连接。
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