[實用新型]一種可提高焊接質量的功率模塊結構

有效

• 申請號: 201520921740.9
• 申請日: 2015-11-18
• 公開（公告）號: CN205159304U
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 劉勝;王淼操;徐玲;周洋
• 申請（專利權）人: 南京皓賽米電力科技有限公司
• 主分類號: H01L23/13
• 分類號: H01L23/13;H01L23/498
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡艷

技術領域

本實用新型屬于半導體芯片封裝技術領域，特別涉及一種可提高焊接質量的功率模塊結構。

背景技術

目前國內外功率模塊的互連工藝主要采用焊接方法，見圖1。在這種封裝結構中，功率芯片7通過第一焊料層6回流焊接到DBC基板（敷銅陶瓷基板）4的上銅層5，焊接功率芯片后的DBC基板4再通過第二焊料層2回流焊接到底板1上；或者兩次回流焊接工藝同時完成。DBC基板通常為三明治結構，如圖1中，其上下表面分別覆蓋有上銅層5和下銅層3；底板1通常為銅、鋁或碳化硅等高導熱導電材料。

功率電子器件所使用的硅功率芯片由于大功率要求，芯片面積較大，一般大于8×8mm²，且DBC基板焊接面也較大，故在現有的封裝結構和工藝條件下，功率芯片、DBC基板和底板間的焊接存在以下缺點：

（1）功率芯片貼裝過程中，焊料通過絲網印刷工藝涂覆在底板1和DBC基板上銅層5的待焊接位置。由于工藝限制，該過程容易產生焊料涂覆厚度不均及元器件貼裝傾斜等問題，進而在回流焊接過程中，造成DBC基板及功率芯片的傾斜或偏移，見圖2。另外，第一焊料層6和第二焊料層2厚度的不均勻，會導致功率循環及溫度循環中功率芯片遭受的應力增大2.2倍^[1]，焊料層中的蠕變應變明顯增加^[2]，影響功率模塊的長期使用壽命。

（2）回流焊接過程中，焊料熔融后溢出，導致相鄰焊料層接觸，造成短路失效。

（3）焊料一般為無鉛焊料，其中含助焊劑等有機物，回流焊接過程中有機物會揮發，并產生氣泡。由于氣泡密度小，氣體壓力作用下氣泡會轉移到焊料層與外界的界面。若氣泡中氣體能釋放到外界氣體中，則最終不會形成空洞；但是有機物與氣泡會出現在DBC基板和焊料層的界面，受到DBC基板界面的作用力，氣體不容易釋放，最終在焊料層形成空洞，見圖3。空洞的存在使得功率模塊正常使用過程中易產生溫度集中，進而形成熱斑，甚至燒毀功率芯片。同時由于空洞周圍的應力集中，功率模塊在反復開關過程中極易在空洞處產生裂紋，進一步影響功率模塊的可靠性。

文中涉及如下參考文獻：

[1]LiuY,IrvingS,DesbiensD,etal.Impactofthedieattachprocessonpower&thermalcyclingforadiscretestylesemiconductorpackage[C]//Thermal,MechanicalandMulti-PhysicsSimulationandExperimentsinMicro-ElectronicsandMicro-Systems,2005.EuroSimE2005.Proceedingsofthe6thInternationalConferenceon.IEEE,2005:221-226..

[2]WunderleB,MichelB.Lifetimemodellingformicrosystemsintegration:fromnanotosystems[J].Microsystemtechnologies,2009,15(6):799-812。

實用新型內容

針對現有技術存在的問題，本實用新型提供了一種可提高焊接質量的功率模塊結構。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下的技術方案：

一種可提高焊接質量的功率模塊結構，包括底板（1）、DBC基板（4）和功率芯片（7），DBC基板（4）上表面和下表面分別覆有上銅層（5）和下銅層（3），功率芯片（7）通過第二焊料層（6）焊接于上銅層（5）上，下銅層（3）通過第一焊料層（2）焊接于底板（1）上，采用引線（8）將功率芯片（7）與上銅層（5）鍵合；

底板（1）上表面刻蝕有與第一焊料層（2）相匹配的帶倒角的第一凹槽（11），第一焊料層（2）涂覆于第一凹槽（11）內；上銅層（5）上表面刻蝕有與第二焊料層（6）相匹配的帶倒角的第二凹槽（12），第二焊料層（6）涂覆于第二凹槽（12）內。

作為優選，第一焊料層（6）和第二焊料層（2）均設有貫穿焊料層且延伸至焊料層邊界的一條或多條氣道（9）。

所述的氣道（9）寬度為50μm～100μm。

所述的氣道（9）排列成網格狀或交叉排列。

和現有技術相比，本實用新型具有如下特點和有益效果：