CN105140193A - 一种覆铜陶瓷散热基板的功率模块焊接结构 - Google Patents

一种覆铜陶瓷散热基板的功率模块焊接结构 Download PDF

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Abstract

一种覆铜陶瓷散热基板的功率模块焊接结构，它包括一块与绝缘外壳装配后，并通过紧固件安装在一散热器上的覆铜陶瓷散热基板，该覆铜陶瓷散热基板上面焊接有一定数量的芯片，所述覆铜陶瓷散热基板在与一定数量芯片焊接成一体之前的状态是：覆铜陶瓷散热基板中间向下呈一定弧度的外凸弯曲变形，且所述铜层的热膨胀系数大于与其烧结于一体的陶瓷热膨胀系数以及大于芯片的热膨胀系数，并使所述的覆铜陶瓷散热基板在与芯片焊接成一体后，覆铜陶瓷散热基板下面与散热器接触的散热面为平整面；所述的芯片通过焊料焊接于覆铜陶瓷散热基板上面的焊接面；功率模块在焊接后，其覆铜陶瓷散热基板能够同散热器有良好接触，有效提高功率模块的稳定性及使用寿命。

Description

一种覆铜陶瓷散热基板的功率模块焊接结构
技术领域
本发明涉及的是一种安装有变形补偿的可焊接覆铜陶瓷散热基板的功率模块焊接结构，属于半导体功率模块的设计和封装技术领域。
背景技术
半导体覆铜陶瓷功率模块是芯片、覆铜陶瓷散热基板（DirectBondedCopper，DBC）通过钎焊接组装到一起。半导体覆铜陶瓷功率模块在工作时，芯片会产生热量，大部分热量需要通过焊料→DBC→导热脂→散热器的传递散发。
半导体覆铜陶瓷功率模块在安装前先在覆铜陶瓷散热基板的散热面涂覆一层导热硅脂，再安装在散热器上；导热硅脂的厚度一般在0.08mm~0.15mm之间，而导热硅脂的导热系数比散热面为铜制的覆铜陶瓷散热基板导热系数大，所以要求覆铜陶瓷散热基板与散热器之间本身就有很好的接触，实现热量的有效传递，从而保证功率模块有较好的电气性能。
而一般情况下，芯片与覆铜陶瓷散热基板是使用热膨胀系数不同的材料制造的，在高温焊接后冷却的过程中，由于热膨胀率不同，覆铜陶瓷散热基板受力，会发生弯曲变形。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构简单，组装方便可靠，能够使半导体覆铜陶瓷功率模块在焊接后，其覆铜陶瓷散热基板与散热器有良好接触，并使功率模块工作时产生的热量能有效的传导、散发，能有效提高功率模块的稳定性及使用寿命的覆铜陶瓷散热基板的功率模块焊接结构。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种覆铜陶瓷散热基板的功率模块焊接结构，它包括一块与绝缘外壳装配后，并通过紧固件安装在一散热器上的覆铜陶瓷散热基板，该覆铜陶瓷散热基板上面焊接有一定数量的芯片，所述覆铜陶瓷散热基板在与一定数量芯片焊接成一体之前的状态是：覆铜陶瓷散热基板中间向下呈一定弧度的外凸弯曲变形，且所述铜层的热膨胀系数大于与其烧结于一体的陶瓷热膨胀系数以及大于芯片的热膨胀系数，并使所述的覆铜陶瓷散热基板在与芯片焊接成一体后，覆铜陶瓷散热基板下面与散热器接触的散热面为平整面。
所述的芯片通过焊料焊接于覆铜陶瓷散热基板上面的焊接面；所述覆铜陶瓷散热基板下面的散热面上涂覆一定厚度的导热脂，并通过紧固件安装在散热器上。
所述的覆铜陶瓷散热基板主要是由陶瓷层两面烧结紫铜制成，紫铜表面镀有Cu、Ni、Au、Sn中的至少一种金属层,保证金属表面有良好的可焊接活性和抗氧化性，以及良好的外观。
本发明主要是利用具有变形补偿的覆铜陶瓷散热基板用于半导体覆铜陶瓷功率模块上，即覆铜陶瓷散热基板的散热面在焊接前是具有一定弧度的曲面，在覆铜陶瓷散热基板的焊接面焊接芯片后，覆铜陶瓷散热基板的散热面与散热器组装具有很好的接触。
本发明具有结构简单，组装方便可靠，能够使半导体覆铜陶瓷功率模块在焊接后，其覆铜陶瓷散热基板与散热器有良好接触，并使功率模块工作时产生的热量能有效的传导、散发，能有效提高功率模块的稳定性及使用寿命等特点。
附图说明
图1是本发明所述芯片、焊接面为曲面的覆铜陶瓷散热基板焊接前断面图。
图2是本发明所述芯片、焊接面为曲面的覆铜陶瓷散热基板焊接后断面图。
图3是本发明所述功率模块安装在散热器上的断面图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1-3所示，本发明所述的一种覆铜陶瓷散热基板的功率模块焊接结构，它包括一块与绝缘外壳4装配后，并通过紧固件安装在一散热器7上的覆铜陶瓷散热基板3，该覆铜陶瓷散热基板3上面焊接有一定数量的芯片1，其特征在于所述覆铜陶瓷散热基板3在与一定数量芯片1焊接成一体之前的状态是：覆铜陶瓷散热基板3中间向下呈一定弧度的外凸弯曲变形，且所述铜层的热膨胀系数大于与其烧结于一体的陶瓷热膨胀系数以及大于芯片的热膨胀系数，并使所述的覆铜陶瓷散热基板3在与芯片1焊接成一体后，覆铜陶瓷散热基板3下面与散热器7接触的散热面331为平整面。
所述的芯片1通过焊料2焊接于覆铜陶瓷散热基板3上面的焊接面311；所述覆铜陶瓷散热基板3下面的散热面331上涂覆一定厚度的导热脂5，并通过紧固件6安装在散热器7上。
所述的覆铜陶瓷散热基板3主要是由陶瓷层32两面烧结紫铜制成，紫铜表面镀有Cu、Ni、Au、Sn中的至少一种金属层。
半导体覆铜陶瓷功率模块在工作时能有效散发热量，覆铜陶瓷散热基板散热面须与散热器具有良好的接触。而由于功率模块在覆铜陶瓷散热基板上焊接功能部件过程中，两者的热膨胀系数不同，散热基板散热面会产生内凹变形。使功率模块在使用时，覆铜陶瓷散热基板与散热器之间产生空洞，不能有效散热。
所以用一种具有变形补偿的覆铜陶瓷散热基板替代一般的覆铜陶瓷散热基板，这种变形补偿可略大于散热基板焊接后的变形量，使功率模块安装后散热面仍能够与散热器良好的接触；这种变形补偿是覆铜陶瓷散热基板的散热面向外有一定的外凸弯曲变形。
实施例：图1所示，覆铜陶瓷散热基板3的散热面331向外具有一定外凸弯曲变形，芯片1通过焊料2焊接于覆铜陶瓷衬底散热基板3的焊接面311。
图2所示，芯片1焊接在覆铜陶瓷散热基板3上，由于两者的热膨胀系数不同，芯片1热膨胀系数＜陶瓷32热膨胀系数＜铜31热膨胀系数，所以在焊接后的冷却过程中，覆铜陶瓷散热基板焊接面331受拉应力，焊接面311凸起，即散热面331内凹变形，但仍旧有一定的向外凸起或平整。
图3所示，半导体覆铜陶瓷功率模块的覆铜陶瓷散热基板散热面331上涂覆一定厚度的导热脂5，使用紧固件6安装在散热器7上，有一定凸起或者平整的散热面331能够更好地与散热器7接触。

Claims (3)

1.一种覆铜陶瓷散热基板的功率模块焊接结构，它包括一块与绝缘外壳（4）装配后，并通过紧固件安装在一散热器（7）上的覆铜陶瓷散热基板（3），该覆铜陶瓷散热基板（3）上面焊接有一定数量的芯片（1），其特征在于所述覆铜陶瓷散热基板（3）在与一定数量芯片（1）焊接成一体之前的状态是：覆铜陶瓷散热基板（3）中间向下呈一定弧度的外凸弯曲变形，且所述铜层的热膨胀系数大于与其烧结于一体的陶瓷热膨胀系数以及大于芯片的热膨胀系数，并使所述的覆铜陶瓷散热基板（3）在与芯片（1）焊接成一体后，覆铜陶瓷散热基板（3）下面与散热器（7）接触的散热面（331）为平整面。
2.根据权利要求1所述的覆铜陶瓷散热基板的功率模块焊接结构，其特征在于所述的芯片（1）通过焊料（2）焊接于覆铜陶瓷散热基板（3）上面的焊接面（311）；所述覆铜陶瓷散热基板（3）下面的散热面（331）上涂覆一定厚度的导热脂（5），并通过紧固件（6）安装在散热器（7）上。
3.根据权利要求1或2所述的覆铜陶瓷散热基板的功率模块焊接结构，其特征在于所述的覆铜陶瓷散热基板（3）主要是由陶瓷层（32）两面烧结紫铜制成，紫铜表面镀有Cu、Ni、Au、Sn中的至少一种金属层。
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