焊接结构及功率器件的制作方法

1.本技术涉及半导体技术领域，特别涉及一种焊接结构及功率器件。


背景技术：

2.功率器件是由相关功率电子元件按一定的功能组合再进行封装组成的。功率器件具有高电流密度、耐高压、高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点，可用于变频、放大或稳压等功能。
3.现有的功率器件一般主要由底板、电路基板、散热器和功率元件等构成，电路基板通过焊接固定在底板上，功率元件通过焊接固定在电路基板上。其中，底板用于支撑电路基板并通过散热器对电路基板进行散热。
4.然而，现有的功率器件的电路基板在焊接过程中可能会产生倾斜，使得电路基板与底板之间的焊接层厚度不均匀，进而导致电路基板与底板的热分布发生变化，功率器件容易产生因结温过高而导致功能失效的现象。有鉴于此，亟需对功率器件进行改进。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本技术提供了一种焊接结构及功率器件，能够提高底板和电路基板之间焊接层的均匀性和可靠性，进而能够减少功率器件因结温过高及热循环疲劳而导致功能失效的现象出现。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种焊接结构，用于功率器件，焊接结构包括底板和电路基板，底板包括焊接区，焊接区设置有多个支撑件，支撑件沿第一方向凸出于底板的表面，至少部分支撑件沿焊接区的周侧排布设置；电路基板设置于底板具有支撑件的一侧并与支撑件抵接，电路基板焊接于焊接区以形成焊接层，沿第一方向上，焊接层具有尺寸h1，支撑件具有尺寸h2，h1≥h2。
7.在第一方面的一些实施方式中，支撑件的数量密度沿焊接区的中心至边缘的方向呈逐渐增大趋势。
8.在第一方面的一些实施方式中，沿第一方向上，多个支撑件在底板上的正投影面积之和为s1，电路基板在底板上的正投影面积为s2，1/2≥s1/s2≥1/4。
9.在第一方面的一些实施方式中，支撑件沿第一方向的截面形状为梯形或类梯形。
10.在第一方面的一些实施方式中，底板还包括凹槽结构，凹槽结构由底板具有支撑件的一侧表面沿第一方向凹陷形成，支撑件位于凹槽结构内。
11.在第一方面的一些实施方式中，沿第一方向上，凹槽结构具有尺寸h3，h3≥h2。
12.在第一方面的一些实施方式中，多个支撑件呈阵列分布。
13.在第一方面的一些实施方式中，电路基板靠近底板的一侧表面设置有与多个支撑件对应的多个限位部，限位部与支撑件的形状尺寸相匹配。
14.在第一方面的一些实施方式中，支撑件与底板为一体成型结构。
15.第二方面，本技术实施例提供了一种功率器件，功率器件包括第一方面任一实施
方式提供的焊接结构。
16.本技术提供的焊接结构及功率器件，通过在底板上设置支撑件，在底板与电路基板的焊接过程中，支撑件支撑于底板与电路基板之间。一方面，电路基板在焊接过程中不易发生倾斜，能够提高底板和电路基板之间焊接层厚度的均匀性；另一方面，电路基板在焊接的过程中即使产生倾斜，焊接层的最薄位置处的厚度即为支撑件的高度，支撑件的高度可以设置为焊接层符合要求的厚度值，使得焊接层的最薄位置处的厚度满足要求。如此，能够有效减少功率器件因结温过高及热循环疲劳而导致功能失效的现象出现。同时，在底板上设置支撑件，不仅能够增大底板与电路基板之间的焊接面积，还能够使得底板和电路基板之间的焊接层具有凹凸结构，凹凸结构能够提高焊接层的结构强度，增加焊接层裂纹扩展路径长度及阻碍裂纹向内扩展趋势以使焊接层的可靠性得到提高，进而能够有效地提高底板与电路基板之间的连接牢固度。
17.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
18.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
19.图1为本技术一些实施例所提供的一种焊接结构的底板和电路基板的结构示意图；
20.图2为本技术一些实施例所提供的一种焊接结构的底板的结构示意图；
21.图3为本技术一些实施例所提供的另一种焊接结构的底板的结构示意图；
22.图4为本技术一些实施例所提供的一种焊接结构的结构示意图；
23.图5为本技术一些实施例所提供的另一种焊接结构的结构示意图；
24.图6为本技术一些实施例所提供的又一种焊接结构的底板的结构示意图；
25.图7为本技术一些实施例所提供的又一种焊接结构的底板的结构示意图；
26.图8为本技术一些实施例所提供的又一种焊接结构的底板的结构示意图；
27.图9为本技术一些实施例所提供的又一种焊接结构的底板和电路基板的结构示意图。
28.具体实施方式中的附图标号如下：
29.10、底板；11、焊接区；12、支撑件；13、凹槽结构；20、电路基板；21、限位部；30、焊接层；x、第一方向。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
31.需要注意的是，除非另有说明，本技术实施例使用的技术术语或者科学术语应当
为本技术实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。
32.在本技术实施例的描述中，技术术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”[0033]“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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技术实施例和简化描述，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技术实施例的限制。
[0034]
此外，技术术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0035]
在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
[0036]
在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0037]
功率器件是由相关功率电子元件按一定的功能组合再进行封装组成的。功率器件具有高电流密度、耐高压、高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点，可用于变频、放大或稳压等功能。
[0038]
现有的功率器件一般主要由电路基板、底板、散热器和功率元件等构成，电路基板通过焊接固定在底板上，功率元件通过焊接固定在电路基板上。其中，底板用于支撑电路基板并通过散热器对电路基板进行散热。本技术的申请人注意到，现有的功率器件的电路基板在焊接过程中会产生倾斜，使得电路基板与底板之间的焊接层厚度不均匀，进而导致电路基板与底板的热分布发生变化，功率器件容易产生因结温过高而导致功能失效的现象。
[0039]
本技术的申请人研究发现，可以在底板靠近电路基板的一侧表面设置支撑件，支撑件沿底板的厚度方向凸出于底板靠近电路基板的一侧表面，电路基板与支撑件抵接并焊接于底板时，焊料填充于电路基板、支撑件和底板之间形成的间隙以形成焊接层。一方面，在焊接过程中，支撑件支撑于电路基板和底板之间以减小电路基板产生倾斜的现象发生，因此能够提高底板与电路基板之间的焊接层厚度的均匀性。另一方面，在焊接过程中，电路基板即使发生了倾斜，由于支撑件的存在，焊接层的最小厚度不会小于支撑件的高度。因此通过设置支撑件合适的高度，电路基板在焊接过程中即使发生了倾斜，也能够避免因电路基板在焊接的过程中因产生倾斜而造成极小的焊接层厚度导致功率器件的结温过高的现象出现。同时，在底板上设置支撑件，不仅能够增大底板与电路基板之间的焊接面积，还能够使得底板和电路基板之间的焊接层具有凹凸结构，凹凸结构能够提高焊接层的结构强
度，增加焊接层裂纹扩展路径长度及阻碍裂纹向内扩展趋势以使焊接层的可靠性得到提高，进而能够有效地提高底板与电路基板之间的连接牢固度。
[0040]
为了解决现有技术问题，本技术实施例提供了一种焊接结构及功率器件。下面首先对本技术实施例所提供的焊接结构进行介绍。
[0041]
图1为本技术一些实施例所提供的一种焊接结构的底板和电路基板的结构示意图。图2为本技术一些实施例所提供的一种焊接结构的底板的结构示意图。图3为本技术一些实施例所提供的另一种焊接结构的底板的结构示意图。图4为本技术一些实施例所提供的一种焊接结构的结构示意图。图5为本技术一些实施例所提供的另一种焊接结构的结构示意图。
[0042]
如图1和图5所示，本技术实施例提供了一种焊接结构，用于功率器件，焊接结构包括底板10和电路基板20，底板10包括焊接区11，焊接区11设置有多个支撑件12，支撑件12沿第一方向x凸出于底板10的表面，至少部分支撑件12沿焊接区11的周侧排布设置；电路基板20设置于底板10具有支撑件12的一侧并与支撑件12抵接，电路基板20焊接于焊接区11以形成焊接层30，沿第一方向x上，焊接层30具有尺寸h1，支撑件12具有尺寸h2，h1≥h2。
[0043]
功率器件中的底板10用于支撑电路基板20，并对电路基板20进行散热。底板10可以是但不局限于由良好导热性能的金属及金属基复合材料制成的，例如铝、硅或者铝碳化硅等。
[0044]
可选地，底板10上的焊接区11用于与电路基板20进行焊接。焊接区11中设置有多个支撑件12，支撑件12沿第一方向x凸出于底板10的表面。第一方向x为底板10的厚度方向。多个支撑件12在焊接区11中的排列分布方式有多种，例如呈圆形分布、呈矩形分布或者呈菱形分布等。沿第一方向x上，支撑件12在底板10上的正投影形的状可以是但不局限于圆形、矩形或者三角形等。
[0045]
在一些可选的实施例中，多个支撑件12中的至少部分支撑件12沿焊接区11的周侧排布设置，焊接区11的尺寸形状与电路基板20的尺寸形状相匹配。可以理解的是，电路基板20设置于底板10具有支撑件12的一侧并与支撑件12抵接时，多个支撑件12中的至少部分支撑件12支撑于电路基板20的周侧边缘区域，能够减小电路基板20在焊接过程中产生倾斜的现象发生。
[0046]
在本技术实施例中，在底板10上设置支撑件12的工艺可以是但不限于冲压工艺、键合工艺或者电阻焊工艺，支撑件12可以是但不局限于由金属及金属基复合材料制成的，例如铝、铜或者铝碳化硅等。
[0047]
功率器件中的电路基板20用于承载电子元件，并使电子元件之间相互电连接。在本技术实施例中，电路基板20可以是覆铜陶瓷基板。覆铜陶瓷基板具有优良的导热性，高绝缘性，大电流承载能力及高附着强度，并且能刻蚀出各种线路图形。
[0048]
电路基板20通过焊料焊接于底板10上的焊接区11，焊料填充于底板10、电路基板20和支撑件12之间的间隙以形成焊接层30。在本技术实施例中，焊料的主要成分可以是但不局限于锡、铅或者银等具有熔点低，浸润性能、导电性能和加工性能好的材料，焊料可是但不局限于膏状或片状。
[0049]
沿第一方向x上，焊接层30具有尺寸h1，支撑件12具有尺寸h2，h1≥h2。焊接层30沿第一方向x上的尺寸h1可以理解为焊接层30的厚度，支撑件12沿第一方向x上的尺寸h2可以
理解为支撑件12的高度。
[0050]
焊接层30的尺寸h1和支撑件12的尺寸h2满足关系：h1≥h2。可以理解的是，一方面，在底板10与电路基板20的焊接过程中，焊料在焊接过程中熔化并填充于底板10、电路基板20和支撑件12之间的间隙以形成焊接层30，由于支撑件12支撑于底板10与电路基板20之间，电路基板20在焊接过程中不易发生倾斜，由此能够保证焊层厚度的均匀性，焊接层30的厚度可以等于支撑件12的高度，也可以大于支撑件12的厚度。
[0051]
另一方面，在底板10与电路基板20的焊接过程中，电路基板20即使产生倾斜，焊接层30的厚度沿电路基板20倾斜的方向存在薄厚不匀，由于支撑件12支撑于底板10与电路基板20之间，焊接层30的最薄位置处的厚度即为支撑件12的高度，而其他位置处的厚度均大于支撑件12的高度。如此，将支撑件12的高度设置在合适范围内，例如支撑件12的高度设置为焊接层30符合要求的厚度值，由此能够使电路基板20在焊接的过程中即使产生倾斜，焊接层30的最薄位置处的厚度也会满足要求，能够避免因电路基板20在焊接的过程中因产生倾斜而造成极小的焊接层30厚度导致功率器件的结温过高的现象出现。
[0052]
上述技术方案中，通过在底板10上设置支撑件12，在底板10与电路基板20的焊接过程中，支撑件12支撑于底板10与电路基板20之间。一方面，电路基板20在焊接过程中不易发生倾斜，能够提高底板10和电路基板20之间焊接层30厚度的均匀性；另一方面，电路基板20在焊接的过程中即使产生倾斜，焊接层30的最薄位置处的厚度即为支撑件12的高度，支撑件12的高度可以设置为焊接层30符合要求的厚度值，使得焊接层30的最薄位置处的厚度满足要求。如此，能够有效减少功率器件因结温过高及热循环疲劳而导致功能失效的现象出现。同时，在底板10上设置支撑件12，不仅能够增大底板10与电路基板20之间的焊接面积，还能够使得底板10和电路基板20之间的焊接层30具有凹凸结构，凹凸结构能够提高焊接层30的结构强度，增加焊接层30裂纹扩展路径长度及阻碍裂纹向内扩展趋势以使焊接层30的可靠性得到提高，进而能够有效地提高底板10与电路基板20之间的连接牢固度。
[0053]
图6为本技术一些实施例所提供的又一种焊接结构的底板的结构示意图。
[0054]
继续参考图6，在一些实施例中，支撑件12的数量密度沿焊接区11的中心至边缘的方向呈逐渐增大趋势。
[0055]
如上所述，支撑件12的数量为多个，焊接区11的尺寸形状与电路基板20的尺寸形状相匹配。支撑件12的数量密度沿焊接区11的中心至边缘的方向呈逐渐增大趋势，可以理解为，支撑于电路基板20的周侧边缘区域支撑件12的数量密度大于支撑于电路基板20中心区域的支撑件12的数量密度。
[0056]
上述技术方案中，通过将支撑件12的数量密度设置为沿焊接区11的中心至边缘的方向呈逐渐增大趋势，能够使电路基板20的周侧边缘区域得到更加稳固的支撑，能够进一步减小电路基板20在焊接过程中产生倾斜的现象发生，进一步提高了底板10和电路基板20之间焊接层30厚度的均匀性。
[0057]
在一些实施例中，沿第一方向x上，多个支撑件12在底板10上的正投影面积之和为s1，电路基板20在底板10上的正投影面积为s2，1/2≥s1/s2≥1/4。
[0058]
如上，第一方向x为底板10的厚度方向。可以理解的是，一方面，多个支撑件12在底板10上的正投影面积之和s1越大，支撑件12与电路基板20的接触面积也越大，进而对电路基板20的支撑效果也就越好。
[0059]
另一方面，多个支撑件12在底板10上的正投影面积之和s1越大，对应的支撑件12的体积也就越大，进而在底板10与电路基板20焊接时所需的焊料相应的便会减少，因此，支撑件12的体积设置较大时可以节省相对昂贵的焊料，降低成本。但支撑件12的体积也不能过大，支撑件12的体积过大而焊料过少容易造成焊接不牢固。如此，将多个支撑件12在底板10上的正投影面积之和s1和电路基板20在底板10上的正投影面积s2设置在上述范围内，能够在满足焊接牢固度要求的同时降低焊接成本。
[0060]
上述技术方案中，通过将多个支撑件12在底板10上的正投影面积之和s1和电路基板20在底板10上的正投影面积s2设置为满足关系：1/2≥s1/s2≥1/4，能够在满足焊接牢固度要求的同时降低焊接成本。
[0061]
图7为本技术一些实施例所提供的又一种焊接结构的底板的结构示意图。
[0062]
继续参考图7，在一些实施例中，支撑件12沿第一方向x的截面形状为梯形或类梯形。
[0063]
如上，第一方向x为底板10的厚度方向。当支撑件12沿第一方向x的截面形状为梯形或类梯形时，可以理解的是，支撑件12的内径沿电路基板20朝向底板10的方向上呈逐渐减小的趋势。如此，在底板10与电路基板20焊接的过程中，支撑件12的外表面能够引导熔化后呈流体状的焊料先流向底板10的表面，然后沿底板10至电路基板20的方向逐渐填充满底板10、电路基板20和支撑件12之间的间隙，以减小焊接层30空洞的出现。
[0064]
上述技术方案中，通过将支撑件12设置为沿第一方向x的截面形状为梯形或类梯形，能够使焊料更加均匀的填充于底板10、电路基板20和支撑件12之间的间隙，进而能够有效地降低焊接层30的空洞率。
[0065]
在一些实施例中，多个支撑件12呈阵列分布，并且等间距分布于焊接区11中，在底板10与电路基板20的焊接过程中，能够给电路基板20提供更加均匀的支撑，能够进一步减小电路基板20在焊接过程中产生倾斜的现象发生，进一步提高了底板10和电路基板20之间焊接层30厚度的均匀性。
[0066]
图8为本技术一些实施例所提供的又一种焊接结构的底板的结构示意图。
[0067]
继续参考图8，在一些实施例中，底板10还包括凹槽结构13，凹槽结构13由底板10具有支撑件12的一侧表面凹陷形成，支撑件12位于凹槽结构13内。
[0068]
如上，第一方向x为底板10的厚度方向。凹槽结构13可以理解为由底板10具有支撑件12的一侧表面凹陷形成的凹陷区域。凹陷结构沿第一方向x具有尺寸h3，凹陷结构沿第一方向x的尺寸可以理解为其凹陷的深度。由于支撑件12沿第一方向x具有尺寸h2，因此，电路基板20与底板10焊接后，支撑件12位于电路基板20与底板10之间会增加焊接结构整体的厚度。
[0069]
沿第一方向x上，凹槽结构13在底板10上的正投影面积比电路基板20在底板10上的正投影面积略大，支撑件12设置于凹陷结构中，如此，电路基板20在与底板10焊接后其整体的厚度会变小。
[0070]
上述技术方案中，通过在底板10上设置凹槽结构13，并将支撑件12设置于凹槽结构13中，能够有效减小底板10与电路基板20焊接后的整体厚度，进而减小了焊接结构的体积，有利于提高功率组件的空间利用率。
[0071]
在一些可选地实施例中，沿第一方向x上，凹槽结构13的尺寸h3满足关系：h3≥h2，
即凹槽结构13的深度大于或者等于支撑件12的高度，以使支撑件12在第一方向x上能够嵌入进凹槽结构13中，进而能够进一步减小底板10与电路基板20焊接后的整体厚度。
[0072]
图9为本技术一些实施例所提供的又一种焊接结构的底板和电路基板的结构示意图。
[0073]
继续参考图9，在一些实施例中，电路基板20靠近底板10的一侧表面设置有与多个支撑件12对应的多个限位部21，限位部21与支撑件12的形状尺寸相匹配。
[0074]
可选地，限位部21能够与支撑件12配合以限制电路基板20沿垂直于第一方向x上的位移。限位部21可以是由电路基板20靠近底板10一侧表面沿第一方向x凹陷形成的，并且限位部21与支撑件12的形状尺寸相匹配。
[0075]
上述技术方案中，通过在电路基板20靠近底板10的一侧表面设置限位部21，一方面，在底板10与电路基板20的焊接过程中，限位部21能够限制电路基板20沿垂直于第一方向x上的位移，以防止电路基板20在焊接过程中产生错位，进而能够提高底板10与电路基板20的焊接质量。另一方面，限位部21还能够起到定位作用，在底板10与电路基板20焊接之前，能够提高电路基板20与底板10之间的对位精准度。
[0076]
在一些实施例中，支撑件12与底板10为一体成型结构。
[0077]
底板10通过冲压工艺一体成型支撑件12，使得支撑件12与底板10之间呈一体式结构。一方面，无需通过其他额外的连接工艺将支撑件12与底板10进行连接，简化了制作工艺流程。同时，相比于通过其他额外的连接工艺将支撑件12与底板10进行连接，呈一体式结构的支撑件12与底板10之间具有更高的连接牢固度。
[0078]
上述技术方案中，通过将支撑件12与底板10一体成型，不仅能够简化制作工艺流程，还能够提升支撑件12与底板10之间的连接牢固度，能够有效地防止支撑件12在底板10与电路基板20的焊接过程中产生断裂或者脱落。
[0079]
基于上述本技术实施例提供的焊接结构，本技术实施例还提供一种功率器件，功率器件包括上述任一项实施例提供的焊接结构。
[0080]
可以理解的是，功率器件包括本技术实施例提供的焊接结构，功率器件的具体细节可以参见上述本技术实施例描述的焊接结构中的相应部分的描述，为了简洁，在此不再赘述。
[0081]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0082]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例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技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。