[發明專利]基板

有效

• 申請號: 201110366211.3
• 申請日: 2011-11-02
• 公開（公告）號: CN102456640A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: L·費勒;S·哈特曼
• 申請（專利權）人: ABB技術有限公司
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張金金;朱海煜

技術領域

本發明涉及基板、特別是用于功率模塊的基板。

背景技術

熱管理是功率模塊封裝或高功率半導體的關鍵問題之一，因為功率半導體的使用導致損耗，其產生熱。在芯片(die)處產生的熱必須通過散熱器排出到環境中。模塊安裝在該散熱器上并且熱流過模塊的內部結構、通過基板到散熱器，在該散熱器中基板是熱阻的主要貢獻之一。因此，基板的熱阻的優化和降低對高功率半導體模塊的熱管理和可靠性以及壽命有重大影響。

從EP?2?012?354?A1獲知用于功率模塊的基板，其包括鋁碳化硅復合物和鋁層，這些鋁層在該鋁碳化硅復合物的相應主平面上形成，這些鋁層由包含鋁作為主要成分的金屬制成。為了減小基板與散熱鰭片或散熱器之間的間隙，基板形成為具有凸起的弓形。

從EP?1?973?157?A1獲知用于功率模塊的基板，包括：鋁碳化硅復合物，其是用包含鋁作為主要成分的金屬浸漬的平板型的碳化硅多孔體；和僅在該鋁碳化硅復合物的主平面中的一個上形成的鋁層，其由包含鋁作為主要成分的金屬制成。再次，基板形成為具有凸起的弓形以便減小基板與散熱鰭片或散熱器之間的間隙。

這些基板具有適應于散熱器表面的形貌或粗糙度的有限能力。這可導致在基板和散熱器的表面之間形成體積大的空穴，由此降低散熱性。此外，這些基板通常固定于功率模塊的內部結構以及固定于具有內張力的散熱器以便獲得足夠的散熱性。因此，可能存在基板開裂的風險。

從PCIM?2009歐洲會議議程Ayumi?Maruta、Mitsuharu?Tabata的2500A/1200V雙IGBT模塊獲知的是功率模塊的布局，該功率模塊包括冷卻鰭片，在其上設置多個分開的基板或基板段。

在基板與散熱器聯接的情況下，通常具有高導熱率的散熱油脂、凝膠或墊施加于要聯接的部分，并且基板由螺釘穿過基板的外圍部分中提供的孔而固定到散熱器或散熱單元。在如上文描述的布局中，有時不能完全避免在相應的基板之間形成間隙。這些間隙的形成從而可導致通過這些間隙的油脂泄露或導致例如凝膠、其他微粒或類似物的低分子量的分子等物質從模塊內部擴散到外部。油脂的損耗可導致從基板到散熱器的散熱效果可能降低的劣勢。

發明內容

因此本發明的目的是提供改進的基板，其將消除本領域中已知的劣勢中的至少一個。

該目的由根據權利要求1的基板實現。本發明的優選實施例在從屬的權利要求中限定。

根據本發明的基板特別適合于功率模塊。該基板包括由金屬(特別是鋁)形成的基體，其中在所述基體中提供互相并列的至少兩個增強物，并且其中這些增強物互相隔開。

因此，根據本發明，基板具有至少兩個獨立的并且分開的增強物，其可充當熱分散器(heat?spreader)的作用以從功率模塊或從功率模塊的內部結構排出熱到散熱器。分開的增強物由此設置在基體中并且從而可形成嵌件，其優選地全部嵌入基體中。

增強物與基體相比由此更堅硬(stiff)，該基體進而與增強物相比更有延展性(ductile)。從而穩定性主要由增強物形成，而基體本身由更柔韌的材料形成。優選地，更有延展性的基體材料完全環繞堅硬的增強物并且使增強物結合在一起。

由于增強物(其具有大的結構強度)的不連續結構，基板在某些限制內整體上是柔韌的，尤其在增強物之間的間隙處。如果基體由例如鋁等延展性金屬形成，則該效果尤其明顯。根據本發明，在這方面，由鋁形成的基體意味著基體由純鋁或具有鋁作為主要構成的金屬形成。

因為增強物本身可互相獨立地做出反應，根據本發明的基板從而可非常好地適應于散熱器表面的幾何形狀和形貌。盡管散熱器可能會有粗糙表面或不期望的不平整，該適用性導致散熱器的表面和基板之間非常緊密的接觸。該非常緊密的接觸導致防止在散熱器的表面和基板之間的許多體積大的絕熱空穴并且從而導致基板之間傳熱改善。包括根據本發明的基板的功率模塊的散熱性因此改善。

另外，由于提供獨立的和分開的增強物，基板中的內應力大大減小，這導致開裂的風險低很多和從而毀壞基板的風險低很多。基板的耐久性或壽命從而提高。接著，功率模塊內部的應力減小。作為示例，在功率模塊的安裝期間提供較小的襯底彎曲。

此外，由于不連續和分開的增強物設置在連續的和更有延展性的基體材料中這一事實，散熱器整體上由基板覆蓋。因此，例如由于溫度升高引起的散熱油脂泄露可安全地避免。如此，泄露將導致散熱性降低，散熱性的耐久性提高。因此，提供如在目前技術發展水平中已知的若干基板的劣勢被消除。另外，污染可安全地避免。