一种功率模块焊接结构的制作方法
【专利摘要】一种功率模块焊接结构，它包括有一块通过紧固件安装在一散热器上的散热基板，该散热基板上面焊接有一块带有芯片的覆铜陶瓷衬底，所述散热基板在与覆铜陶瓷衬底焊接成一体之前的正常态是：中间为向下呈一定外凸的弯曲变形，且所述散热基板的热膨胀系数大于其上焊连的覆铜陶瓷衬底2的热膨胀系数，并使所述散热基板在与覆铜陶瓷衬底焊接成一体后，散热基板下面与散热器接触的散热面为平整面；所述的覆铜陶瓷衬底通过焊料焊接于散热基板上面的焊接面；所述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；功率模块在焊接后，其散热基板能够同散热器有良好接触，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。
【专利说明】一种功率模块焊接结构【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种安装有变形补偿的可焊接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】。
技术背景
[0002]半导体功率模块是芯片、覆铜陶瓷衬底(Direct Bonded Copper，DBC)、散热基板通过钎焊接组装到一起。半导体功率模块在工作时，芯片会产生热量，大部分热量需要通过焊料一DBC —焊料一散热基板一导热脂一散热器的传递散发。
[0003]半导体功率模块在安装前先在散热基板表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0.08mnT0.15mm之间，而导热硅脂的导热系数比铜制的散热基板导热系数大，所以要求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。 [0004]而一般情况下，DBC与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，散热基板受力，会发生弯曲变形。所以为了保证功率模块的散热基板与散热器之间在使用时具有很好的接触，达到较好的散热效果，在焊接前，使散热基板具有一个与焊接冷却时弯曲变形相反的预变形。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种功率模块在焊接后，其散热基板能够同散热器有良好接触，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功率模块焊接结构。
[0006]本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的功率模块焊接结构，它包括有一块通过紧固件安装在一散热器上的散热基板，该散热基板上面焊接有一块带有芯片的覆铜陶瓷衬底，所述散热基板在与覆铜陶瓷衬底焊接成一体之前的正常态是:中间为向下呈一定外凸的弯曲变形，且所述散热基板的热膨胀系数大于其上焊连的覆铜陶瓷衬底2的热膨胀系数，并使所述散热基板在与覆铜陶瓷衬底焊接成一体后，散热基板下面与散热器接触的散热面为平整面。
[0007]所述的覆铜陶瓷衬底通过焊料焊接于散热基板上面的焊接面；所述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。
[0008]所述的散热基板主要用紫铜制成，厚度在3-5mm之间，表面电镀有Cu，Ni ,Au，Sn金属，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。
[0009]本发明主要是利用具有变形补偿的散热基板用于半导体功率模块上，即散热基板的散热面在焊接前是具有一定弧度的曲面，在散热基板的焊接面焊接覆铜陶瓷衬底(Direct Bonded Copper, DBC)后,散热基板的散热面与散热器组装具有很好的接触。
[0010]本发明所述的功率模块在焊接后，其散热基板能够同散热器有良好接触，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。【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是所述芯片、DBC、焊接面为曲面的散热基板焊接前断面图。
[0012]图2是芯片、DBC、焊接面为曲面的散热基板焊接后断面图。
[0013]图3是功率模块安装在散热器上的断面图。
【具体实施方式】
[0014]下面将结合附图对本发明作详细的介绍:功率模块在工作时能有效散发热量，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，散热基板与散热器之间产生空洞，不能有效散热。
[0015]所以用一种具有变形补偿的散热基板替代一般的散热基板，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；这种变形补偿是散热基板的散热面向外有一定的外凸弯曲变形。
[0016]图1-3所示，本发明所述的功率模块焊接结构，它包括有一块通过紧固件安装在一散热器4上的散热基板3，该散热基板3上面焊接有一块带有芯片I的覆铜陶瓷衬底2，所述散热基板3在与覆铜陶瓷衬底2焊接成一体之前的正常态是:中间为向下呈一定外凸的弯曲变形，且所述散热基板3的热膨胀系数大于其上焊连的覆铜陶瓷衬底2的热膨胀系数，并使所述散热基板3在与覆铜陶瓷衬底2焊接成一体后，散热基板3下面与散热器4接触的散热面31为平整面。
[0017]所述的覆铜陶瓷衬底2通过焊料21焊接于散热基板3上面的焊接面32 ;所述散热基板3下面的散热面31上涂覆一定厚度的导热脂41，并通过紧固件5安装在散热器4上。
实施例
[0018]如图1所示，散热基板3的散热面31向外具有一定外凸弯曲变形，芯片覆铜陶瓷衬底(Direct Bonded Copper, DBC) 2通过焊料焊接于散热基板3的焊接面32。
[0019]如图2所示，DBC2焊接在散热基板3上，由于两者的热膨胀系数不同，DBC热膨胀系数 <铜材热膨胀系数，所以在焊接后的冷却过程中，散热基板焊接面受拉应力，焊接面凸起，即散热面31内凹变形，但仍旧有一定的向外凸起或平整。
[0020]如图3所示，功率模块的散热基板散热面上涂覆一定厚度的导热脂41，使用紧固件5安装在散热器4上，有一定凸起或者平整的散热面能够更好地与散热器接触。
【权利要求】
1.一种功率模块焊接结构，它包括有一块通过紧固件安装在一散热器(4)上的散热基板(3 )，该散热基板(3 )上面焊接有一块带有芯片(I)的覆铜陶瓷衬底(2 )，其特征在于所述散热基板(3)在与覆铜陶瓷衬底(2)焊接成一体之前的正常态是:中间为向下呈一定外凸的弯曲变形，且所述散热基板3的热膨胀系数大于其上焊连的覆铜陶瓷衬底2的热膨胀系数，并使所述散热基板3在与覆铜陶瓷衬底2焊接成一体后，散热基板3下面与散热器4接触的散热面(31)为平整面。
2.根据权利要求1所述的功率模块焊接结构，其特征在于所述的覆铜陶瓷衬底(2)通过焊料(21)焊接于散热基板(3)上面的焊接面(32);所述散热基板(3)下面的散热面(31)上涂覆一定厚度的导热脂(41)，并通过紧固件(5)安装在散热器(4)上。
3.根据权利要求1或2所述的功率模块焊接结构，其特征在于所述的散热基板(3)主要用紫铜制成，厚度在3-5mm之间，表面电镀有Cu，Ni，Au，Sn金属。
【文档编号】H01L23/373GK103779316SQ201410034552
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月25日 优先权日:2014年1月25日
【发明者】李君
申请人:嘉兴斯达半导体股份有限公司