[發明專利]一種IGBT模塊封裝焊接方法及封裝焊接結構

在審

• 申請號: 201510833907.0
• 申請日: 2015-11-26
• 公開（公告）號: CN106803499A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 袁勇;陳燕平;黃南;熊輝;時海定;蔣云富;李保國;邵強;石廷昌;李少波;翟龍
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L21/48
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 張少輝,劉華聯

技術領域

本發明涉及功率模塊的封裝設計領域，尤其涉及一種IGBT模塊封裝焊接方法及封裝焊接結構。

背景技術

目前，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，全稱“絕緣柵雙極晶體管”)芯片通常由絕緣襯板提供電路結構、電氣絕緣及機械支撐，而絕緣襯板的散熱效率、使用性能及運行可靠性則依賴于絕緣襯板的封裝技術。現有的IGBT模塊封裝焊接結構主要采用兩種方式：一種是將絕緣襯板焊接在基板上封裝成IGBT模塊，再通過硅脂與散熱器配合安裝的方式，它以IGBT模塊為單元進行功率等級的選配，具備通用性強、可拆裝互換、驅動設計簡單等特點，其降低了對應用開發水平的要求，但存在如下問題：1、絕緣襯板通過基板安裝于散熱器上，使得絕緣襯板與散熱器換熱路徑中多出部分熱阻環節，即導致絕緣襯板至散熱器熱阻大，制約了絕緣襯板的散熱效率，導致IGBT功率等級難以提升；2、為保證大基板與散熱器表面良好接觸，大基板平面需進行拱度處理，基板制造復雜、成本高；3、基板因熱膨脹引發接觸不良時，IGBT使用性能及IGBT模塊的可靠性降低，增加了系統運行風險，且造成了IGBT不均流效應凸顯；4、絕緣襯板需要使用特定工裝保證焊接效果，絕緣襯板焊接過程復雜；5、受焊接均勻性、大基板平面拱度、并聯絕緣襯板的電流均勻性影響，存在絕緣襯板焊接過程復雜、封裝難度大、無法保證IGBT使用性能和長期運行可靠性等問題。另一種是將絕緣襯板通過硅脂直接壓接在散熱器表面，其應用環境受限，只能局限于非振動工況。

上述兩種方式均使用硅脂對基板(或絕緣襯板)與散熱器配合安裝的兩剛性接觸面之間的縫隙進行填充，實現兩者的連接和熱傳遞。硅脂與兩接觸面因物理接觸而滋生出接觸熱阻，兩層接觸熱阻比硅脂自身的熱阻還大，在絕緣襯板至散熱器的整條換熱路徑中占據較大的熱阻比例，制約了絕緣襯板的散熱效率；此外，隨著溫度飄升，硅脂的流動性加強，硅脂溢出擴散將導致接觸熱阻急劇增大，誘 發系統風險，同時硅脂的流動性也無法保證無縫填充。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種散熱效率高、封裝難度低、保證IGBT元件使用性能及運行可靠性的IGBT模塊封裝焊接方法及封裝焊接結構。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種IGBT模塊封裝焊接方法，包括如下步驟：

步驟1)：將散熱器表面的焊接區與非焊接區隔離；

步驟2)：在焊接區設置均勻的焊料層；

步驟3)：將絕緣襯板通過焊料層與散熱器焊接固定。

作為上述技術方案的進一步改進：

在步驟1)中，在散熱器的焊接區邊沿涂覆阻焊材料隔離所述焊接區與非焊接區。

在步驟1)中，利用激光在散熱器的焊接區邊沿表面去除材料隔離所述焊接區與非焊接區。

步驟2)中，利用鋼網將焊料層印刷于焊接區。

一種IGBT模塊封裝焊接結構，包括絕緣襯板及用于絕緣襯板散熱的散熱器，所述散熱器的表面設有用于焊接所述絕緣襯板的焊接區，所述焊接區設置有焊料層，所述絕緣襯板通過所述焊料層焊接于所述焊接區內。

作為上述技術方案的進一步改進：

所述焊接區的邊沿設有用于防止焊料流出焊接區的隔離部。

所述隔離部為阻焊層，所述阻焊層凸設于所述散熱器的表面。

所述隔絕部為設于散熱器上的凹槽。

所述焊料層為單層焊料層。

所述絕緣襯板的材料由Al₂O₃、AlN、AlSiC、SiN的其中一種或多種構成。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

本發明將散熱器表面的焊接區與非焊接區隔離，避免了焊料溢出，使焊接時絕緣襯板可靠焊接于焊接區內，實現了絕緣襯板的自動焊接對位；且絕緣襯板通過焊料直接焊接封裝，簡化了封裝結構，采用無基板、無硅脂技術省去了中間熱 阻環節，提高了絕緣襯板的散熱效率，降低了硅脂流動導致的系統運行風險；本發明將焊接區隔離保證了焊料的均勻流動性，使絕緣襯板與散熱器焊接時容易控制均勻的焊層厚度，實現了絕緣襯板與散熱器的無縫填充，提高了IGBT元件的使用性能與運行可靠性；絕緣襯板焊接流程簡單，焊接工裝簡易化，有效降低了絕緣襯板的封裝難度及成本，規避了封裝環節引入的潛在技術風險；

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中：

圖1為本發明IGBT模塊封裝焊接方法的流程圖。