本发明涉及一种功率模块及其制备方法，属于电子器件封装技术领域。
背景技术：
功率模块是功率转换电路中较为常见的模块，用于实现直流/直流或交流/直流之间的转换等。功率模块中通常包括一个或者多个功率开关器件芯片(也称为开关管)，在功率模块内部或者外部还集成有用于控制该功率开关器件芯片的开通与关断来实现电源转换的控制器。
请参照图1，其提供了一种现有的功率模块的剖面示意图。功率模块包括：功率芯片1、连接基板5、以及金属基板9，其中，连接基板5可选地包括有绝缘主体部52、位于绝缘主体部52上表面的上连接部51和位于绝缘主体部52下表面的下连接部53。具体来说，功率芯片1的下表面和连接基板5的上连接部51通过第一焊料层3连接，连接基板5的下连接部53和金属基板9的上表面通过第二焊料层7连接。在模块制作过程中，将功率芯片1、第一焊料3、连接基板5、第二焊料7、金属基板9依次叠置在一起；然后将叠置好的模块加热到180摄氏度以上、以使第一焊料3和第二焊料7熔融，从而将功率芯片1、连接基板5和金属基板9连接在一起；最后将焊接好的功率模块冷却到室温即可得到成品。
然而，在将温度由高温冷却到室温的过程中，由于连接基板5的热膨胀系数(cte)通常小于10ppm/k，而常用的金属基板9(如铜板)的cte在17ppm/k左右，在热膨胀系数不一致的影响下，功率模块的背面会发生翘曲，金属基板9的下平面会向连接基板5方向凸起，从而会对功率模块的散热产生不利影响。因此，业界往往会对金属基板9进行如图1所示的反变形，亦即事先将金属基板9朝向散热器(图中未示出，位于金属基板9的下方)一侧的表面制作成为微凸状态，以期望使金属基板9的上表面在由高温冷却到室温的过程中能够变形为如图1所示的平面或者微向散热器方向凸起的状态，以提高功率模块的散热效果。
上述功率模块，由于金属基板9采用了反变形技术，即初始态为向散热器侧凸出，而连接基板5却为一近似平面，因此，二者之间的第二焊料7的厚度分布由金属基板9的初始曲面以及连接基板5的平面所限定，也即，现有技术中，第二焊料7会出现中间厚，边缘薄的状态，虽然金属基板9在从高温冷却到低温的过程中会发生一定的弯曲变形，但是这种弯曲变形的程度从工艺上难以控制，使得焊接完成的功率模块的金属基板9和连接基板5之间的第二焊料层受限于反变形技术的加工工艺，依然存在中间厚，边缘薄的现象。由于模块在温度循环时，焊料边沿承受热应力比较大，往往是容易最早发生裂痕的位置。考虑到焊料发生裂痕时对芯片传热路径的影响，一般会将功率芯片1设置在连接基板5偏中间的位置，而连接基板5中间位置的对应的焊料厚度又比较大，这会增加芯片至模块表面的传热热阻，影响芯片散热性能。由此可见，现有技术中焊料呈现的“中间厚，边缘薄”的状态，难以同时兼顾温度循环可靠性以及芯片散热的要求。而且，这种提前对金属基板9进行预弯的方式，无法准确控制功率模块在从高温冷却到室温的过程中的变形量，会导致如图2中金属基板9下表面凹凸不平的现象。因此，现有技术中，往往都会增加金属基板9和散热器之间的导热硅脂厚度以填充凹凸不平的表面，从而增大二者之间的热阻，影响散热效果。
技术实现要素：
本发明提供一种功率模块及其制备方法，以解决上述或者其他潜在问题。
根据本发明一实施例，提供一种功率模块的制作方法，包括：提供功率芯片、第一焊料、连接基板、第二焊料、以及金属基板，其中，所述金属基板的上表面和下表面为平面；将所述功率芯片、所述第一焊料、所述连接基板、所述第二焊料和所述金属基板依次叠置在一起并加热到180～350℃，其中，所述第二焊料与所述金属基板的上表面接触；冷却至-10～40℃，以使所述第一焊料和所述第二焊料分别形成第一焊料层和第二焊料层，所述连接基板的热膨胀系数小于所述金属基板的热膨胀系数且所述金属基板的上表面和下表面在冷却过程中朝向所述连接基板的方向弯曲变形分别形成向所述连接基板方向凸出的曲面；将所述金属基板形成曲面的下表面加工成平面。
根据本发明一实施例，提供一种功率模块的制作方法，包括：提供功率芯片、第一焊料、连接基板、第二焊料、以及金属基板，其中，所述金属基板的上表面和下表面为平面；将所述功率芯片、所述第一焊料和所述连接基板依次叠置在一起并加热到180～350℃，以得到焊接有功率芯片的连接基板；然后将所述焊接有功率芯片的连接基板、所述第二焊料和所述金属基板依次叠置在一起并加热到180～350℃，其中，所述第二焊料与所述金属基板的上表面接触；冷却至-10～40℃，以使所述第一焊料和第二焊料分别形成第一焊料层和第二焊料层，所述连接基板的热膨胀系数小于所述金属基板的热膨胀系数且所述金属基板的上表面和下表面在冷却过程中朝向所述连接基板的方向弯曲变形分别形成向所述连接基板方向凸出的曲面；将所述金属基板形成曲面的下表面加工成平面。
根据本发明一实施例，提供一种功率模块的制作方法，包括：提供功率芯片、第一焊料、连接基板、第二焊料、以及金属基板，其中，所述金属基板的上表面和下表面为平面；将所述连接基板、所述第二焊料和所述金属基板依次叠置在一起并加热到180～350℃，以得到焊接有金属基板的连接基板，其中，所述第二焊料与所述金属基板的上表面接触；然后将功率芯片、所述第一焊料和所述焊接有金属基板的连接基板依次叠置在一起并加热到180～350℃；冷却至-10～40℃，以使所述第一焊料和第二焊料分别形成第一焊料层和第二焊料层，所述连接基板的热膨胀系数小于所述金属基板的热膨胀系数且所述金属基板的上表面和下表面在冷却过程中朝向所述连接基板的方向弯曲变形分别形成向所述连接基板方向凸出的曲面；将所述金属基板形成曲面的下表面加工成平面。
根据本发明一实施例，提供一种功率模块的制作方法，包括：提供功率芯片、第一焊料、连接基板、第二焊料、以及金属基板，其中，所述金属基板的上表面和下表面为平面；将所述连接基板、所述第二焊料和所述金属基板依次叠置在一起并加热到180～350℃，以得到焊接有金属基板的连接基板，其中，所述第二焊料与所述金属基板的上表面接触；冷却至-10～40℃，以使所述第二焊料形成第二焊料层，所述连接基板的热膨胀系数小于所述金属基板的热膨胀系数且使所述金属基板的上表面和下表面在冷却过程中朝向所述连接基板的方向弯曲变形分别形成向所述连接基板方向凸出的曲面；将所述金属基板形成曲面的下表面加工成平面；然后将功率芯片、所述第一焊料和所述焊接有金属基板的连接基板依次叠置在一起并加热到180～350℃；冷却至-10～40℃，以使所述第一焊料形成第一焊料层。
如上所述的制作方法，其中，冷却至-10～40℃后，所述第二焊料层的平均边缘厚度大于或者等于所述第二焊料层的中心厚度的0.8倍。
如上所述的制作方法，其中，冷却至-10～40℃后，所述第二焊料层的平均边缘厚度大于或者等于所述第二焊料层的中心厚度。
如上所述的制作方法，其中，提供的所述连接基板包括：绝缘主体部，以及位于所述绝缘主体部上表面的上连接部和位于所述绝缘主体部下表面的下连接部。
如上所述的制作方法，其中，提供的所述连接基板的下连接部的下表面为平面或为向所述金属基板方向凸出的曲面。
如上所述的制作方法，其中，提供的所述连接基板的下连接部的边缘还被部分去除，以使所述下连接部的边缘厚度小于所述下连接部的中心厚度。
如上所述的制作方法，其中，提供的所述功率芯片、所述第一焊料、所述连接基板和所述第二焊料的数量为多个，提供的所述金属基板的数量为一个；所述多个功率芯片、所述多个第一焊料对应叠置在所述多个连接基板上；所述多个连接基板、搜书多个第二焊料对应叠置在所述一个金属基板上。
如上所述的制作方法，其中，所述第一焊料被加热到180～350℃内的第一温度，所述第二焊料被加热到180～350℃内的第二温度，其中，所述第一温度大于所述第二温度，所述第一焊料的熔点大于所述第二焊料的熔点。
如上所述的制作方法，其中，所述第一焊料被加热到180～350℃内的第一温度，所述第二焊料被加热到180～350℃内的第二温度，其中，所述第二温度大于所述第一温度，所述第二焊料的熔点大于所述第一焊料的熔点。
如上所述的制作方法，其中，提供的所述功率芯片、第一焊料的数量为多个，提供的所述连接基板、所述第二焊料和所述金属基板的数量为一个；所述多个功率芯片和所述多个第一焊料叠置在所述一个连接基板上；所述一个连接基板、所述一个第二焊料叠置在所述一个金属基板上。
如上所述的制作方法，其中，所述金属基板为陶瓷-金属复合材料基板。
根据本发明的一些实施例，提供一种功率模块，包括：功率芯片、连接基板、以及金属基板；所述功率芯片的下表面和所述连接基板的上表面通过第一焊料连接；所述连接基板的下表面和所述金属基板的上表面通过第二焊料连接，且所述第二焊料层的平均边缘厚度大于或者等于所述第二焊料层的中心厚度的0.8倍；所述金属基板的上表面为向所述连接基板方向凸出的曲面，所述金属基板的下表面为平面，其中，所述连接基板的热膨胀系数小于所述金属基板的热膨胀系数。
如上所述的功率模块，其中，所述第二焊料层的平均边缘厚度大于或者等于所述第二焊料层的中心厚度。
如上所述的功率模块，其中，所述连接基板包括：绝缘主体部，以及位于所述绝缘主体部上表面的上连接部和位于所述绝缘主体部下表面的下连接部，所述上连接部和所述第一焊料接触，所述下连接部和所述第二焊料接触。
如上所述的功率模块，其中，所述下连接部的下表面为平面或为向所述金属基板方向凸出的曲面。
如上所述的功率模块，其中，所述下连接部的边缘还被部分去除，以使所述下连接部的边缘厚度小于所述下连接部的中心厚度。
如上所述的功率模块，其中，所述连接基板为dbc基板、dba基板、ltcc基板、ims基板、或者pcb电路板。
如上所述的功率模块，其中，所述功率芯片、所述第一焊料、所述连接基板和所述第二焊料的数量为多个，所述金属基板的数量为一个；所述多个功率芯片、所述多个第一焊料对应叠置在所述多个连接基板上；所述多个连接基板、所述多个第二焊料对应叠置在所述一个金属基板上。
如上所述的功率模块，其中，所述功率芯片、第一焊料的数量为多个，所述连接基板、所述第二焊料和所述金属基板的数量为一个；所述多个功率芯片和所述多个第一焊料叠置在所述一个连接基板上；所述一个连接基板、所述一个第二焊料叠置在所述一个金属基板上。
如上所述的功率模块，其中，所述第一焊料和所述第二焊料为钎料，烧结材料，粘结材料中的一种。
如上所述的功率模块，其中，所述第一焊料和第二焊料的熔点不同。
如上所述的功率模块，其中，所述金属基板为陶瓷-金属复合材料基板。
本发明提供的功率模块及其制作方法，通过将功率模块的金属基板设置成为上表面和下表面均为平面，从而可以在高温焊接之后再进行冷却的过程中，使得金属基板的上表面形成往连接基板方向凸出的曲面，相对于现有技术中首先对金属基板进行预弯操作所造成的第二焊料层中心厚边缘薄的弊端，本发明使得位于金属基板和连接基板之间的第二焊料层相比于使用现有技术所制造的功率模块而言具有更大的边缘厚度，从而降低了第二焊料层边缘所承受的热应力大小，继而提高功率模块的可靠性，并且功率模块还具有良好的散热性能。
本发明的附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
通过参照附图的以下详细描述，本发明实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本发明的多个实施例进行说明，其中：
图1为现有技术中功率模块在冷却前的结构示意图；
图2为图1中的功率模块在冷却后的结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的功率模块的制作方法的流程示意图；
图4为本发明实施例一至实施例四提供的第一种功率模块在冷却前的结构示意图；
图5为图4中的功率模块在冷却后的结构示意图；
图6为将图5中功率模块的金属基板的下表面加工为平面后的结构示意图；
图7至图11为本发明实施例一至实施例四提供的几个功率芯片具有不同布局的功率模块的俯视图；
图12为本发明实施例一至实施例四提供的第二种功率模块在冷却前的结构示意图；
图13为本发明实施例一至实施例四提供的第三种功率模块在冷却前的结构示意图；
图14为图13中a处的局部放大图；
图15为本发明实施例一至实施例四提供的第四种功率模块在冷却前的结构示意图；
图16为图15中f处的局部放大图；
图17为本发明实施例二提供的功率模块的制作方法的流程示意图；
图18为本发明实施例三提供的功率模块的制作方法的流程示意图；
图19为本发明实施例四提供的功率模块的制作方法的流程示意图。
图中：
1、功率芯片；3、第一焊料；
5、连接基板；51、上连接部；
52、绝缘主体部；53、下连接部；
7、第二焊料；9、金属基板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
实施例一
图3为本实施例提供的功率模块的制作方法流程示意图；图4为本实施例提供的功率模块在冷却前的结构示意图。请参照图3和图4，本实施例的功率模块的制作方法包括：
s101、提供功率芯片、第一焊料、连接基板、第二焊料、以及金属基板，其中，所述金属基板的上表面和下表面为平面。
具体的，功率芯片1可以是现有技术中使用的任意功率芯片，例如mosfet、igbt、sicmosfet、ganhemt等。功率芯片1通常为三端口，如mosfet具有两个功率电极(漏极和源极)和一个控制极(栅极)，igbt具有两个功率电极(集电极和发射极)和一个控制极(栅极)，但本发明并不以此为限。该功率芯片1可以为垂直或者水平结构，如采用垂直结构时，其芯片正面和背面各集成一个功率电极，控制电极一般设置于芯片正面，以mosfet为例，常见源极和栅极设置于芯片正面，其焊盘通常为铝或铝合金材质的金属化层；漏极设置在芯片背面，通常处理成可焊接的金属化表面。该功率芯片1的背面可以通过第一焊料3与连接基板5连接，其正面电极通常通过引线键合工艺与连接基板5的布线层连接。
第一焊料3可以是能够实现功率芯片1和连接基板5机械连接与热连接的任意现有技术中使用的钎料(solder)、或者是烧结材料(例如烧结银或者烧结铜等)。
连接基板5可以是dbc基板(覆铜陶瓷基板，directbondingcopper)、dba基板(覆铝陶瓷基板，directbondingaluminum)、amb基板(活性钎焊陶瓷覆铜板，activemetalbonding)、厚膜金属化陶瓷板、ltcc基板(低温共烧陶瓷基板，lowtemperatureco-firedceramic)、ims基板(绝缘金属基板，insulatedmetalsubstrate)、pcb电路板(印制电路板，printedcircuitboard)等。
第二焊料7能够实现连接基板5和金属基板9的连接。当然，在实际使用中，本领域技术人员可以根据预期加热温度选择合适的焊接材料，或者也可以根据选择好的焊接材料确定合适的加热温度，并且在本实施例中，第二焊料7和第一焊料3可以采用相同或者不同的材料，例如，第一焊料3和第二焊料7可以为钎料，烧结材料，粘结材料中的任意一种。
金属基板9可以是铜基板或者是由铜合金制成的基板，上述两种材料的金属基板9加工性能较好，但本实施例也不排除使用其他材料制成的金属基板9。需要强调的是，本实施例中的金属基板9并不进行预弯操作，也即，本实施例中使用的金属基板9是平板状的金属基板，其上表面和下表面均为平面，如图4所示。
金属基板9可以由陶瓷-金属复合材料制备而成，如铝-碳化硅复合材料等。换句话说，就是使用陶瓷-金属复合材料制作而成的陶瓷-金属复合材料基板作为金属基板9使用。以铝-碳化硅复合材料为例：由于铝碳化硅材料和连接基板5的热膨胀系数差异相对较小(金属基板9的cte仍大于连接基板5的cte)，因此，可以进一步提高模块的温度循环可靠性，但是铝碳化硅材料的机械加工性能极差，此时，可以在铝碳化硅基板需要机械加工的表面复合一定厚度的铝，从而形成铝-碳化硅复合材料基板来满足机械加工性。
s102、将所述功率芯片、所述第一焊料、所述连接基板、所述第二焊料和所述金属基板依次叠置在一起并加热到180～350℃，其中，所述第二焊料与所述金属基板的上表面接触。
具体的，在一些实施方式中，当第一焊料3和第二焊料7被加热到180～350℃后，这二者会熔融成为液体状态，从而将功率芯片1、连接基板5和金属基板9机械连接在一起。例如，当第一焊料3和第二焊料7均为钎料时，这二者在180～350℃的温度下熔融成液态以实现功率芯片1、连接基板5和金属基板9的连接。
在另一些实施方式中，当第一焊料3和第二焊料7被加热到180～350℃后，这二者并不会熔融成为液体状态，而是在固相状态下就将功率芯片1、连接基板5和金属基板9连接在一起。例如，当第一焊料3和第二焊料7均使用烧结银时，其可以在不熔融成液态的情况下将功率芯片1、连接基板5和金属基板9机械连接。
可以理解的，在其他一些实施方式中，第一焊料3和第二焊料7被加热到180～350℃的温度后可以是一者熔融成为液态，而另一者依然为固态。
s103、冷却至-10～40℃，以使所述第一焊料和所述第二焊料分别形成第一焊料层和第二焊料层，所述连接基板的热膨胀系数小于所述金属基板的热膨胀系数且所述金属基板的上表面和下表面在冷却过程中朝向所述连接基板的方向弯曲变形分别形成向所述连接基板方向凸出的曲面。
第二焊料7的形态被高温状态下金属基板9上表面和连接基板5下表面之间位置关系决定，在后续的降温过程中第二焊料层的厚度分布基本不发生变化。因此，当这两个平面均为平面时，模块从高温冷却后，第二焊料层的平均边缘厚度大于或者等于所述第二焊料层的中心厚度的0.8倍。
具体的，当第一焊料3和第二焊料7被冷却到-10～40℃的过程中，第一焊料3和第二焊料7分别形成为将功率芯片1和连接基板5机械连接的第一焊料层、以及将连接基板5和金属基板9机械连接的第二焊料层。冷却过程例如可以是自然冷却，但也可以采用其他方式加快或减少冷却速度，还可以是多次加热多次冷却，本发明并不以此为限。
同时，冷却过程中，由于连接基板5的热膨胀系数(cte)较小，例如通常小于10ppm/k，而金属基板9的cte较大，例如在17ppm/k左右，因此，当功率模块从180～350℃的高温冷却到-10～40℃的低温时，金属基板9的变形幅度会大于连接基板5的变形幅度，从而功率模块在温度降到-10～40℃时会形成如图5所示的形状，图5为本实施例提供的功率模块在冷却后的结构示意图。可选的，冷却至-10～40℃后，第二焊料层的平均边缘厚度大于或者等于第二焊料层的中心厚度的0.8倍，而现有技术中，边缘厚度往往远远小于中心厚度；优选的，第二焊料层的平均边缘厚度大于或者等于第二焊料层的中心厚度。边沿较厚的焊料对改善温度循环的可靠性有很好的效果。
s104、将所述金属基板形成曲面的下表面加工成平面。
具体的，将金属基板9形成曲面的下表面加工成平面的方法可以采用现有技术中的任意加工方法，例如可以通过机床铣加工或者磨床磨削加工或者增补加工等，将金属基板9曲面的下表面加工成如图6所示的平面，图6为将图5中功率模块的下表面加工成平面以后的结构示意图。由于金属基板9的下表面被加工成了平面，因此，其被装配到散热器上时就可以减少金属基板9和散热器之间所使用的导热硅脂的厚度，从而减小二者之间的热阻，提高散热效率。
进一步，在本发明各实施例中，功率芯片1的数量可以是一个或者多个。例如，图7示出的功率模块的俯视图中，其连接基板5上只布置有一个功率芯片1。又如，图8示出的功率模块的俯视图中，在连接基板5上沿横向布置有两个功率芯片1。再如，图9示出的功率模块的俯视图中，在连接基板5上沿横向和纵向排列有四个功率芯片1。
可以理解，当功率芯片1的数量为多个时，第一焊料3的数量也为多个，而连接基板5和第二焊料7的数量则可以是一个或者多个。例如，当连接基板5、第二焊料7和金属基板9的数量为一个时，则多个功率芯片1分别对应多个第一焊料3，并与一个连接基板5、一个第二焊料7和一个金属基板9依次叠置在一起，如图10所示。又如，当金属基板9的数量为一个时，连接基板5、第二焊料7、功率芯片1和第一焊料3的数量均为多个时，则多个功率芯片1和多个第一焊料3对应叠置在多个连接基板5上，多个连接基板5、多个第二焊料7则对应叠置在一个金属基板9上，如图8、图9和图11所示。具体来说，可以是在其中一个连接基板5上对应叠置多个功率芯片1及其对应的第一焊料3，其中每个连接基板5上都叠置有功率芯片1，或者也可以是其中一个或者一些连接基板5上没有叠置功率芯片1，如图11所示。此外，当功率芯片1、第一焊料3、连接基板5和第二焊料7的数量相同时，则一个功率芯片1对应一个第一焊料3、一个连接基板5和一个第二焊料7并依次叠置在一起，然后叠置在一个金属基板9上，参见图8和图9。连接基板5的排布可以为一字型、矩阵型等多种方式，本发明并不以此为限。
继续参阅图4，连接基板5可选地包括有绝缘主体部52、位于绝缘主体部52上表面的上连接部51和位于绝缘主体部52下表面的下连接部53。其中，在加热步骤前，下连接部53的下表面可以是如图4所示的平面或者如图12所示的朝向金属基板9方向凸出的曲面，也即是，下连接部53可以是等厚的，也可以不是等厚的，并且本发明并不以此为限。为了提高第二焊料层边缘的厚度，还可以将下连接部53的边缘去除掉部分，如图13至图16所示，从而使得下连接部53的边缘厚度进一步小于下连接部53中心的厚度，以便使下连接部53的边缘部分能够容纳更多的第二焊料7，继而使冷却到-10～40℃后形成的第二焊料层的边缘厚度相对变大，进而提高功率模块的稳定性，此时，下连接部53通常不等厚。图13示出了将图4中下连接部的边缘去除部分以后的功率模块的结构示意图，图14为图中a处的局部放大图；图15示出了将图12中下连接部的边缘去除部分以后的功率模块的结构示意图；图16为图15中f处的局部放大图。
本实施例提供的功率模块及其制作方法，通过使用上表面和下表面均为平面的金属基板9，在高温焊接完成并冷却到低温后，可以提高第二焊料层的平均边缘厚度，相对于现有技术将金属基板9进行预弯的方式降低了第二焊料层所承受的热应力大小，进而提高功率模块在温度循环时的可靠性。当然，如果将连接基板5的下连接部53的下表面设置为向金属基板9方向凸出的曲面和/或将下连接部53的边缘去除部分时，可以继续增大第二焊料层的平均边缘厚度，以提高功率模块的可靠性。
本实施例的功率模块及其制作方法，还通过将形成为曲面的金属基板9的下表面加工成平面，可以减少功率模块安装到散热器上时需要在金属基板9的下表面和散热器之间填充的导热硅脂的厚度，从而减小了功率模块和散热器之间的热阻，提高了功率模块的散热效率。
此外，由于本实施例的功率模块及其制作方法无需对金属基板9进行预弯操作，工艺精度的可控性更强，可以降低功率模块的制作成本，以及减少制作时间、从而提高制作效率。
实施例二
图17为本实施例提供的功率模块的制作方法的流程示意图。如图17所示，本实施例的功率模块的制作方法包括：
s201、提供功率芯片、第一焊料、连接基板、第二焊料、以及金属基板，其中，所述金属基板的上表面和下表面为平面。
本步骤与实施例一中的步骤s101相同，请参见实施例一中的描述。
s202、将所述功率芯片、所述第一焊料和所述连接基板依次叠置在一起并加热到180～350℃，以得到焊接有功率芯片的连接基板。
具体的，在一些实施方式中，当第一焊料3被加热到180～350℃后，其会熔融成为液体状态，从而将功率芯片1和连接基板5连接在一起。例如，当第一焊料3为钎料时，其在180～350℃的温度下熔融成液态以实现功率芯片1和连接基板5的连接。
在另一些实施方式中，当第一焊料3被加热到180～350℃后，其并不会熔融成为液体状态，而是在固相状态下就将功率芯片1和连接基板5连接在一起。例如，当第一焊料3使用烧结银时，其可以在不熔融成液态的情况下将功率芯片1和连接基板5连接。
s203、然后将所述焊接有功率芯片的连接基板、所述第二焊料和所述金属基板依次叠置在一起并加热到180～350℃，其中，所述第二焊料与所述金属基板的上表面接触。
具体的，当第一焊料3将功率芯片1和连接基板5连接在一起以后，此时就可以将焊接有功率芯片1的连接基板5、第二焊料7和金属基板9依次叠置在一起，以便进行后续操作。在实际操作时，可以先将焊接有功率芯片1的连接基板5冷却到一定温度(例如-10～40℃)，以方便将该焊接有功率芯片1的连接基板5与第二焊料7和金属基板9叠置在一起，但也可以在不冷却的情况下直接将该焊接有功率芯片1的连接基板5与第二焊料7和金属基板9叠置在一起。
同第一焊料3相似，在一些实施方式中，当第二焊料7被加热到180～350℃后，其也会熔融成为液体状态，从而将焊接有功率芯片1的连接基板5和金属基板9连接在一起。例如，当第二焊料7均为钎料时，其在180～350℃的温度下熔融成液态以实现焊接有功率芯片1的连接基板5和金属基板9的连接。
在另一些实施方式中，当第二焊料7被加热到180～350℃后，其并不会熔融成为液体状态，而是在固相状态下就将焊接有功率芯片1的连接基板5和金属基板9连接在一起。例如，当第二焊料7使用烧结银时，其可以在不熔融成液态的情况下将焊接有功率芯片1的连接基板5和金属基板9连接。
需要说明的是，在本实施例中，第一焊料3和第二焊料7被加热到180～350℃的温度后可以是一者熔融成为液态，而另一者依然为固态。并且当第一焊料3和第二焊料7在焊接温度时都会熔融成液态时，则优选第一焊料3的熔点高于第二焊料7的熔点，以避免第一焊料3发生重熔，本步骤的加热温度低于步骤s202的加热温度。具体的，当第一焊料3和第二焊料7的材料不同时，加热第一焊料3时可以采用180～350℃内的一较高温度，例如300℃，而加热第二焊料7时可以采用180～350℃内的一较低温度，例如200℃，则在将焊接有功率芯片1的连接基板5和金属基板9连接在一起时，第一焊料3可以不重复熔融，但本发明并不以此为限。
s204、冷却至-10～40℃，以使所述第一焊料和第二焊料分别形成第一焊料层和第二焊料层，所述连接基板的热膨胀系数小于所述金属基板的热膨胀系数且所述金属基板的上表面和下表面在冷却过程中朝向所述连接基板的方向弯曲变形分别形成向所述连接基板方向凸出的曲面。
本步骤与实施例一中的步骤s103相同，请参见实施例一中的描述。
s205，将金属基板形成曲面的下表面加工成平面。
本步骤与实施例一中的步骤s104相同，请参见实施例一中的描述。
进一步，在本实施例中，功率芯片1的数量可以是一个或者多个，其结构与实施例一可以相同，具体请参见实施例一中的描述。
进一步，在本实施例中，连接基板5也可以包括绝缘主体部52、位于绝缘主体部52上表面的上连接部51和位于绝缘主体部52下表面的下连接部53。该连接基板5的其他结构与实施例一相同，具体请参见实施例一中的描述。
本实施例提供的功率模块及其制作方法，通过使用上表面和下表面均为平面的金属基板9，相对于通过现有技术制作的功率模块，位于连接基板5和金属基板9之间的第二焊料层具有更大的平均边缘厚度，从而降低第二焊料层的边缘所承受的热应力大小，进而提高功率模块在温度循环时的可靠性。当然，如果将连接基板5的下连接部53的下表面设置为向金属基板9方向凸出的曲面和/或将下连接部53的边缘去除部分时，可以继续增大第二焊料层边缘的平均厚度，以提高功率模块的可靠性。
本实施例的功率模块及其制作方法，还通过将形成为曲面的金属基板9的下表面加工成平面，可以减少功率模块安装到散热器上时需要在金属基板9的下表面和散热器之间填充的导热硅脂的厚度，从而减小了功率模块和散热器之间的热阻，提高了功率模块的散热效率。
此外，由于本实施例的功率模块及其制作方法无需对金属基板9进行预弯操作，工艺精度的可控性更强，可以降低功率模块的制作成本，以及减少制作时间、从而提高制作效率。
实施例三
图18为本实施例提供的功率模块的制作方法的流程示意图。如图18所示，本实施例的功率模块的制作方法包括：
s301、提供功率芯片、第一焊料、连接基板、第二焊料、以及金属基板，其中，所述金属基板的上表面和下表面为平面。
本步骤与实施例一中的步骤s101相同，请参见实施例一中的描述。
s302、将所述连接基板、所述第二焊料和所述金属基板依次叠置在一起并加热到180～350℃，以得到焊接有金属基板的连接基板，其中，所述第二焊料与所述金属基板的上表面接触。
具体的，在一些实施方式中，当第二焊料7被加热到180～350℃后，其会熔融成为液体状态，从而将焊接有功率芯片1的连接基板5和金属基板9连接在一起。例如，当第二焊料7均为钎料时，其在180～350℃的温度下熔融成液态以实现焊接有功率芯片1的连接基板5和金属基板9的连接。
在另一些实施方式中，当第二焊料7被加热到180～350℃后，其并不会熔融成为液体状态，而是在固相状态下就将焊接有功率芯片1的连接基板5和金属基板9连接在一起。例如，当第二焊料7使用烧结银时，其可以在不熔融成液态的情况下将焊接有功率芯片1的连接基板5和金属基板9连接。
s303、然后将功率芯片、所述第一焊料和所述焊接有金属基板的连接基板依次叠置在一起并加热到180～350℃。
具体的，当第二焊料7将连接基板5和金属基板9连接在一起以后，此时就可以将功率芯片1、第一焊料3和焊接有金属基板9的连接基板5依次叠置在一起，以便进行后续操作。在实际操作时，可以先将焊接有金属基板9的连接基板5冷却到一定温度(例如-10～40℃)，以方便将功率芯片1、第一焊料3和该焊接有金属基板9的连接基板5叠置在一起，但也可以在不冷却的情况下直接将功率芯片1、第一焊料3和该焊接有金属基板9的连接基板5叠置在一起。
同第二焊料7相似，在一些实施方式中，当第一焊料3被加热到180～350℃后，其也会熔融成为液体状态，从而将功率芯片1和焊接有金属基板9的连接基板5连接在一起。例如，当第一焊料3为钎料时，其在180～350℃的温度下熔融成液态以实现功率芯片1和焊接有金属基板9的连接基板5的连接。
在另一些实施方式中，当第一焊料3被加热到180～350℃后，其并不会熔融成为液体状态，而是在固相状态下就将功率芯片1和焊接有金属基板9的连接基板5连接在一起。例如，当第一焊料3使用烧结银时，其可以在不熔融成液态的情况下将功率芯片1和焊接有金属基板9的连接基板5连接。
需要说明的是，在本实施例中，第一焊料3和第二焊料7被加热到180～350℃的温度后可以是一者熔融成为液态，而另一者依然为固态。当第一焊料3和第二焊料7在焊接温度时都会熔融成液态时，则优选第二焊料7的熔点高于第一焊料3的熔点，以避免第二焊料7发生重熔，本步骤的加热温度低于步骤s302的加热温度。具体的，当第一焊料3和第二焊料7的材料不同时，加热第二焊料7时可以采用180～350℃内的一较高温度，例如300℃，而加热第一焊料3时可以采用180～350℃内的一较低温度，例如200℃，则在将焊接有金属基板9的连接基板5和功率芯片1连接在一起时，第二焊料7可以不重复熔融，但本发明并不以此为限。
s304、冷却至-10～40℃，以使所述第一焊料和第二焊料分别形成第一焊料层和第二焊料层，所述连接基板的热膨胀系数小于所述金属基板的热膨胀系数且所述金属基板的上表面和下表面在冷却过程中朝向所述连接基板的方向弯曲变形分别形成向所述连接基板方向凸出的曲面。
本步骤与实施例一中的步骤s103相同，请参见实施例一中的描述。
s305、将金属基板形成曲面的下表面加工成平面。
本步骤与实施例一中的步骤s104相同，请参见实施例一中的描述。
进一步，在本实施例中，功率芯片1的数量可以是一个或者多个，其结构与实施例一相同，具体请参见实施例一中的描述。
进一步，在本实施例中，连接基板5也可以包括绝缘主体部52、位于绝缘主体部52上表面的上连接部51和位于绝缘主体部52下表面的下连接部53。该连接基板5的其他结构与实施例一相同，具体请参见实施例一中的描述。
本实施例提供的功率模块及其制作方法，通过使用上表面和下表面均为平面的金属基板9，相对于通过现有技术制作的功率模块，位于连接基板5和金属基板9之间的第二焊料层具有更大的平均边缘厚度，从而降低第二焊料层的边缘所承受的热应力大小，进而提高功率模块在温度循环时的可靠性。当然，如果将连接基板5的下连接部53的下表面设置为向金属基板9方向凸出的曲面和/或将下连接部53的边缘去除部分时，可以继续增大第二焊料层的平均边缘厚度，以提高功率模块的可靠性。
本实施例的功率模块及其制作方法，还通过将形成为曲面的金属基板9的下表面加工成平面，可以减少功率模块安装到散热器上时需要在金属基板9的下表面和散热器之间填充的导热硅脂的厚度，从而减小了功率模块和散热器之间的热阻，提高了功率模块的散热效率。
此外，由于本实施例的功率模块及其制作方法无需对金属基板9进行预弯操作，工艺精度的可控性更强，可以降低功率模块的制作成本，以及减少制作时间、从而提高制作效率。
实施例四
图19为本实施例提供的功率模块的制作方法的流程示意图。如图19所示，本实施例的功率模块的制作方法包括：
s401、提供功率芯片、第一焊料、连接基板、第二焊料、以及金属基板，其中，所述金属基板的上表面和下表面为平面。
本步骤与实施例一中的步骤s101相同，请参见实施例一中的描述。
s402、将所述连接基板、所述第二焊料和所述金属基板依次叠置在一起并加热到180～350℃，以得到焊接有金属基板的连接基板，其中，所述第二焊料与所述金属基板的上表面接触。
本步骤与实施例三中的步骤s302相同，请参见实施例三中的描述。
s403、冷却至-10～40℃，以使所述第二焊料形成第二焊料层，所述连接基板的热膨胀系数小于所述金属基板的热膨胀系数且所述金属基板的上表面和下表面在冷却过程中朝向所述连接基板的方向弯曲变形分别形成向所述连接基板方向凸出的曲面。
具体的，当第二焊料7被冷却到-10～40℃的过程中，该第二焊料7形成为将连接基板5和金属基板9机械连接的第二焊料层。
同时，由于连接基板5的热膨胀系数(cte)小于金属基板9的cte，因此，当功率模块从180～350℃的高温冷却到-10～40℃的低温时，金属基板9的变形幅度会大于连接基板5的变形幅度，从而功率模块在温度降到-10～40℃时会形成如图5所示的形状，并且在金属基板9和连接基板5弯曲变形的过程中，第二焊料层虽然也在弯曲变形，但其厚度基本不发生变化。相对于通过现有技术方法制作的功率模块而言，第二焊料层具有更大的平均边缘厚度，从而可以减小边缘部分所承受的热应力，避免其在温度循环时发生开裂，提高了功率模块在承受温度循环时的可靠性。
可选的，冷却至-10～40℃后，第二焊料层的平均边缘厚度大于或者等于第二焊料层中心厚度的0.8倍，优选为，第二焊料层的平均边缘厚度大于或者等于第二焊料层中心厚度。
s404、将所述金属基板形成曲面的下表面加工成平面。
本步骤与实施例一中的步骤s104相同，请参见实施例一中的描述。
s405、然后将功率芯片、所述第一焊料和所述焊接有金属基板的连接基板依次叠置在一起并加热到180～350℃。
同第二焊料7相似，在一些实施方式中，当第一焊料3被加热到180～350℃后，其也会熔融成为液体状态，从而将功率芯片1和焊接有金属基板9的连接基板5连接在一起。例如，当第一焊料3为钎料时，其在180～350℃的温度下熔融成液态以实现功率芯片1和焊接有金属基板9的连接基板5的机械连接。
在另一些实施方式中，当第一焊料3被加热到180～350℃后，其并不会熔融成为液体状态，而是在固相状态下就将功率芯片1和焊接有金属基板9的连接基板5机械连接在一起。例如，当第一焊料3使用烧结银时，其可以在不熔融成液态的情况下将功率芯片1和焊接有金属基板9的连接基板5机械连接。
需要说明的是，在本实施例中，第一焊料3和第二焊料7被加热到180～350℃的温度后可以是一者熔融成为液态，而另一者依然为固态。并且当第一焊料3和第二焊料7在焊接温度时都会熔融成液态时，则优选第二焊料7的熔点高于第一焊料3的熔点，以避免第二焊料7发生重熔，本步骤的加热温度低于步骤s402的加热温度。
s406、冷却至-10～40℃，以使所述第一焊料形成第一焊料层。
具体的，当第一焊料3被冷却到-10～40℃的过程中，该第一焊料3形成为将功率芯片1和焊接有金属基板9的连接基板5机械连接的第一焊料层。可以理解，当第二焊料7在步骤s405中发生重熔时，则在本步骤中，其将再次形成为将金属基板9和连接基板5机械连接的第二焊料层，且该第二焊料层的平均边缘厚度大于或者等于该第二焊料层中心厚度的0.8倍，优选为，第二焊料层的平均边缘厚度大于或者等于第二焊料层中心厚度。
进一步，在本实施例中，功率芯片1的数量可以是一个或者多个，其结构与实施例一相同，具体请参见实施例一中的描述。
进一步，在本实施例中，连接基板5也可以包括绝缘主体部52、位于绝缘主体部52上表面的上连接部51和位于绝缘主体部52下表面的下连接部53。该连接基板5的其他结构与实施例一相同，具体请参见实施例一中的描述。
本实施例提供的功率模块及其制作方法，通过使用上表面和下表面均为平面的金属基板9，相对于通过现有技术制作的功率模块，位于连接基板5和金属基板9之间的第二焊料层具有更大的平均边缘厚度，从而降低第二焊料层的边缘所承受的热应力大小，进而提高功率模块在温度循环时的可靠性。当然，如果将连接基板5的下连接部53的下表面设置为向金属基板9方向凸出的曲面和/或将下连接部53的边缘去除部分时，可以继续增大第二焊料层边缘的平均厚度，以提高功率模块的可靠性。
本实施例的功率模块及其制作方法，还通过将形成为曲面的金属基板9的下表面加工成平面，可以减少功率模块安装到散热器上时需要在金属基板9的下表面和散热器之间填充的导热硅脂的厚度，从而减小了功率模块和散热器之间的热阻，提高了功率模块的散热效率。
此外，由于本实施例的功率模块及其制作方法无需对金属基板9进行预弯操作，工艺精度的可控性更强，可以降低功率模块的制作成本，以及减少制作时间、从而提高制作效率。
最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本发明已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式技术方案的范围。