[實用新型]功率模塊用底板及功率模塊

有效

• 申請號: 201620992712.0
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN206194726U
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 朱袁正;余傳武;朱久桃;陳慧玲
• 申請（專利權）人: 無錫新潔能股份有限公司
• 主分類號: H01L23/14
• 分類號: H01L23/14;H01L21/56
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙)32104
• 代理人: 曹祖良,劉海

技術領域

本實用新型涉及一種功率模塊用底板及功率模塊，尤其是一種用于控制大電流或高電壓的半導體裝置的功率模塊用底板及功率模塊，屬于電力電子器件及模塊技術領域。

背景技術

現有的功率模塊主要是由不同材料組成的多層結構。對于常見的銅底板功率模塊，其包括底板、覆銅陶瓷基板、半導體芯片、電極端子等主要部件。覆銅陶瓷基板是三明治結構，其包括陶瓷襯底和形成在其表面和背面的銅金屬層。底板通過焊錫被接合在該覆銅陶瓷基板的背面銅金屬層上，半導體芯片通過焊錫被接合在該覆銅陶瓷基板的表面銅金屬層上，半導體芯片的電極與電極端子間一般以鋁線進行布線，整體填充硅凝膠（silicone gel）等密封材料進行密封。另外一種功率模塊沒有覆銅陶瓷基板，它是直接在金屬底板上接合半導體芯片等元件。在上述兩種模塊的結構中，由于各層材料屬性不同，其熱力學行為也不盡相同，當模塊工作溫度發生周期性的變化時，模塊結構中各層材料由于熱膨脹系數（CTE）的差異將產生熱應力，引起模塊焊料層發生熱疲勞。對于銅底板功率模塊，通常，覆銅陶瓷基板和金屬底板（典型的如銅）之間的焊料層更容易發生失效，因為常用的覆銅陶瓷基板的三明治結構的中間層為氧化鋁（Al₂O₃）陶瓷基板、氮化鋁（AlN）陶瓷基板、氮化硅（Si₃N₄）陶瓷基板，其和銅的CTE（Al₂O₃：7 ppm/K，AlN：5.7 ppm/K，Si₃N₄：2.7 ppm/K，Cu 17 ppm/K）存在較大差別。同樣對于上述第二種無覆銅陶瓷基板模塊來說，半導體芯片與底板之間也存在熱失配問題。因此，在高可靠性應用中，迫切需要有一種減小覆銅陶瓷基板或半導體芯片和底板之間焊料層熱應力，緩解熱失配的方法。

發明內容

本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種功率模塊用底板及功率模塊，能夠有效地降低功率模塊工作時由于底板與覆銅陶瓷基板或功率元器件及其裸芯片之間熱膨脹系統差異產生的熱應力，提高功率模塊的可靠性。

按照本實用新型提供的技術方案，所述功率模塊用底板，包括底板基體，其特征是：在所述底板基體的一面設有用于焊接覆銅陶瓷基板或功率元器件及其裸芯片的接合層；所述接合層的材質采用熱膨脹系數在覆銅陶瓷基板或功率元器件及其裸芯片和功率模塊用底板之間的金屬基復合材料或純金屬。

進一步的，所述接合層通過冷噴涂法形成。

進一步的，所述底板基體的厚度在1毫米以上。

進一步的，所述底板基體的材料為銅、銅合金、鋁、鋁合金、鋁碳化硅中的任意一種。

進一步的，所述接合層的材質為鋁碳化硅或銅合金，銅合金中銅的質量百分含量為10%～40%；所述接合層的厚度為0.2～1.5毫米。

進一步的，所述銅合金為鉬銅或鎢銅。

進一步的，所述接合層的材質為鎳、鎢或鉬，接合層的厚度為0.1～1.2毫米。

所述功率模塊，其特征是：包括功率模塊用底板，在功率模塊用底板上方搭載覆銅陶瓷基板或功率元器件及其裸芯片。

本實用新型具有以下優點：本實用新型利用冷噴涂法在底板上設置一層接合層，能夠有效地降低模塊工作時由于底板與覆銅陶瓷基板或功率元器件及其裸芯片之間熱膨脹系數（CTE）差異產生的熱應力，提高了模塊的可靠性。

附圖說明

圖1為本實用新型所述功率模塊用的剖面圖。

圖2為冷噴涂裝置的示意圖。

圖3為用于形成接合層的掩膜的示意圖。

圖4為本實用新型的功率模塊底板的一種示意圖。

圖5為本實用新型無陶瓷基板功率模塊的剖面圖。

圖6為實施例2的流程圖。

圖中標號：功率模塊用底板1、底板基體11、接合層12、第一焊接材料2、覆銅陶瓷基板3、表面銅層31、中間陶瓷層32、底側銅層33、第二焊接材料4、半導體元件、功率元器件及其裸芯片50、掩膜100、掩膜開口框101、冷噴涂裝置20、送粉器201、氣體加熱器202、噴槍203。

具體實施方式

下面結合具體附圖對本實用新型作進一步說明。