CN204303816U - 曲面铝碳化硅基板及具有该基板的igbt模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种曲面铝碳化硅基板及具有该基板的IGBT模块，该曲面铝碳化硅基板，基板为铝碳化硅基板，基板包括：第一面和第二面，第一面和第二面为两相对面；第一面为分散应力面，第二面为装配面；第一面的纵向截面为弧线，第一面的中心区域向外突出；基板周缘设有多个安装用U形卡槽。本实用新型提供的基板面积较大的两相对面中的一面为截面具有弧度的曲面，使得装配后的基板所受应力分布均匀。同时曲面还能降低基板上中心点附近区域的变形量，从而使得采用该基板组装得到的IGBT模块更稳定的物理面，整体可靠性得到加强。

Description

曲面铝碳化硅基板及具有该基板的IGBT模块

技术领域

本实用新型涉及电子电器封装领域，特别地，涉及一种曲面铝碳化硅基板及具有该基板的IGBT模块。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT模块作为电能变换的一种关键器件，目前已经被广泛应用到机车牵引、工业变频、风电和光伏等产业中。

随着IGBT模块电压等级的提升和功率密度的增大，模块内部的发热量也越来越高。研究表明，在正常工作情况下，器件的工作温度每上升10℃，其失效率增加1倍。因此对大功率半导体器件而言，即使结构温度下降1℃，也能在一定程度上发挥降低失效率的作用。

在工作过程中IGBT模块需要不断地开通和关断，在此过程中会产生大量的热；同时由于模块内部各种材料之间热膨胀系数不匹配而产生的周期性应力，更易使模块发生热疲劳而造成失效。

普通结构的基板正反两面都是平面，组装模块时表面的应力在安装孔处达到最大，整个底板应力分布不均匀，焊接在底板上的陶瓷基板很容易因应力影响而损坏，导致IGBT模块失效。传统的铜底板虽然导热性能良好，但其膨胀系数与陶瓷基板及半导体芯片不匹配，影响了组装器件的可靠性。

实用新型内容

本实用新型提供一种曲面铝碳化硅基板及具有该基板的IGBT模块，以解决现有技术中IGBT模块基板在组装过程中应力在基板内分布不均造成模块失稳的技术问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种曲面铝碳化硅基板，基板为铝碳化硅基板，基板包括：第一面和第二面，第一面和第二面为两相对面；第一面为分散应力面，第二面为装配面；第一面的纵向截面为弧线，第一面的中心区域向外突出；基板周缘设有多个安装用U形卡槽。

进一步地，第一面的纵向截面为圆弧。

进一步地，铝碳化硅基板由体积分数为45～75％的铝碳化硅制成。

进一步地，铝碳化硅基板由体积分数为65％的铝碳化硅制成。

进一步地，第一面上至少存在两条均分第一面的对角线，第一面为曲面，曲面的高度从中心沿对角线向周缘降低。

进一步地，对角线包括第一对角线和第二对角线，第一面的高度分别沿第一对角线和第二对角线，从中心向第一面的周缘均匀降低。

进一步地，中心与第一面周缘的高度差为0.2～0.5mm。

进一步地，基板板厚度为3～5.5mm；第一面为散热面，第一面上设置散热构件。

进一步地，基板为通过同步压渗法一次铸造成型。

根据本实用新型的另一方面还提供了一种以上述基板为底板的绝缘栅双极型晶体管模块。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的基板面积较大的两相对面中的一面为截面具有弧度的曲面，使得装配后的基板所受应力分布均匀。同时曲面还能降低基板上中心附近区域的变形量，从而使得采用该基板组装得到的IGBT模块更稳定的物理面，整体可靠性得到加强。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选基板实施例的侧视示意图；

图2是本实用新型优选基板实施例的俯视示意图；以及

图3是本实用新型优选基板实施例的立体示意图。

图例说明：

1、第一面；2、第二面；3、中心；4、第一对角线；5、第二对角线；6、U形卡槽。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

本实用新型提供的基板优选用于IGBT模块中。参见图1和2，基板包括第一面1和第二面2，第一面1和第二面2为两相对面。第一面1和第二面2为基板外表面中最大的两相对面。第一面1能发挥散热和分散安装应力的作用。第二面2为装配面。第二面2用于焊接电子电器元件。第一面1的中心点为中心3。当基板为矩形时，中心3为矩形对角线的交点。当基板为圆形时，中心3为圆心。第一面1的纵向截面为弧形。曲面可以为球面或弧面等多种具有一定弧度的面。第一面1在中心3处达到最高点。第一面1的周缘最低。

在另一实施例中，第一面1上至少存在两条均分第一面1的对角线。第一面1为曲面，曲面的高度从中心3沿对角线向周缘降低。按此形成的第一面1能有效将安装产生的应力沿对角线均匀分布于整个第一面1上，防止应力集中导致基板断裂。

在另一实施例中，参见图2，两条相交对角线包括第一对角线4和第二对角线5。第一面1的高度分别沿第一对角线4和第二对角线5，从中心3向第一面1的周缘均匀降低。第一对角线4和第二对角线5并不是具体的线，而是根据第一面1形状本身具有的。第一面1的中心3处为最高点。第一面1的中心3到周缘的高度，沿对角线向周缘均匀降低，形成截面为弧线的曲面。此时基板为矩形，矩形基板加工方便，成本低，适于绝大部分电子元器件的封装。

在另一实施例中，中心3与基板第一面1最低处的高度差为0.2～0.5mm。此时第一面1形成的曲面能见装配过程中产生的应力在基板内完全分散均匀，应力集中降至最低。

在另一实施例中，第一面1的截面曲面优选为球面，此时基板中心3区域内的变形量达到最低。装配得到的IGBT模块安全性达到最高。

在另一实施例中，参见图2和3，基板表面设置安装孔为U形卡槽6。U形卡槽6存在一定的安装余量，当安装稍微错位时，仍然能保证安装后的IGBT模块的可靠性。而且加工方便，在加工过程中能减少由于冲孔变形导致的废板率。所得基板成型加工成本、外形及安装孔加工成本低。加工一个基板可降低成本15元。

在另一实施例中，基板为体积分数为45～75％的铝碳化硅材料制成。该体积分数的铝碳化硅材料热膨胀系数为(6～10)×10^-6/K，只有铜的一半或更低，与半导体芯片及陶瓷基板匹配良好，电力电子器件可经历十倍于铜底板的热循环次数而不失效，可靠性很高。体积分数不同的铝碳化硅材料仅指代不同的铝碳化硅材料，不同体积分数的铝碳化硅材料可以在市场上直接买到成品。并不是对该材料进行的改进。

以上各实施例中的基板厚度为3～5.5mm。此时基板的成本和安全性平衡达到最优。

以上各实施例中第一面1还可以发挥散热的作用，为增大散热作用，减少对电子元器件散热设备的使用，可以在第一面1上设置多个散热构件，如针状散热器等均可。

以上实施例中，基板通过同步压渗法铸造一次成型。在以往生产该基板时采用近净成型，为保障曲面效果和表面覆铝的均匀性，基板加工成曲面所需时间过长，不利于提高生产效率。采用同步压渗法铸造将基板分为三层，碳化硅层设于中间，两相对面为铝层，在真空条件下将三层叠置的碳化硅放置于曲面的模具中，通过加压使铝渗入中间的碳化硅层中，在制得铝碳化硅的同时获得具有曲面的铝碳化硅基板。缩短了加工时间，还有利于在基板的两面形成良好的补缩层，减少浸渗不良产生缩孔的问题。

本实用新型另一方面还提供了一种以上述任一实施例中的基板为底板，在该基板上岸常规方法涂覆陶瓷涂层后，再按常规方法安装电子元器件后获得的IGBT模块。该模块的可经历十倍于铜底板的热循环次数而不失效，可靠性很高。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种曲面铝碳化硅基板，所述基板为铝碳化硅基板，其特征在于，

所述基板包括：第一面和第二面，所述第一面和所述第二面为两相对面；

所述第一面为分散应力面，所述第二面为装配面；

所述第一面的纵向截面为弧线，所述第一面的中心区域向外突出；

所述基板周缘设有多个安装用U形卡槽。

2.根据权利要求1所述的基板，其特征在于，所述第一面的纵向截面为圆弧。

3.根据权利要求1所述的基板，其特征在于，所述铝碳化硅基板由体积分数为45～75％的铝碳化硅制成。

4.根据权利要求3所述的基板，其特征在于，所述铝碳化硅基板由体积分数为65％的铝碳化硅制成。

5.根据权利要求1所述的基板，其特征在于，所述第一面上至少存在两条均分所述第一面的对角线，所述第一面为曲面，所述曲面的高度从中心沿所述对角线向周缘降低。

6.根据权利要求5所述的基板，其特征在于，所述对角线包括第一对角线和第二对角线，所述第一面的高度分别沿所述第一对角线和所述第二对角线，从所述中心向所述第一面的周缘均匀降低。

7.根据权利要求6所述的基板，其特征在于，所述中心与所述第一面周缘的高度差为0.2～0.5mm。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的基板，其特征在于，所述基板板厚度为3～5.5mm；所述第一面为散热面，所述第一面上设置散热构件。

9.根据权利要求8所述的基板，其特征在于，所述基板为通过同步压渗法一次铸造成型。

10.一种以权利要求1～9中任一项所述基板为底板的绝缘栅双极型晶体管模块。