[發明專利]一種新型IGBT模塊銅底板結構

在審

• 申請號: 201810538440.0
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108550560A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 陳強;張瓊
• 申請（專利權）人: 江陰市賽英電子股份有限公司
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L29/739
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 趙海波;孫燕波

本發明涉及一種新型IGBT模塊銅底板結構，其特征在于：其結構包括銅底板本體、焊接區域和安裝孔，所述銅底板本體具有一定的弧度，所述的焊接區域為銅底板內表面上的凹槽；將用于連接銅底板和DBC基板的焊接材料鋪設在所述焊接區域凹槽內，加熱使焊接材料融化，實現DBC基板和銅底板的固定連接。本發明有利于提高焊接質量，能夠有效避免焊接空洞導致的熱阻增加問題，提高散熱量，保證IGBT模塊的工作可靠性。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種新型IGBT模塊銅底板結構。

背景技術

IGBT是大功率半導體器件，工作過程中流過的電流較大，開關貧頻率較高，損耗功率高，也會產生非常多的熱量；而IGBT的結溫要求不能超過125℃，因此需要通過有效的散熱設計將這些熱量散發出去，避免IGBT模塊長期處于高溫環境中，否則會影響到整個機組的正常運轉。通常，焊接型IGBT封裝工藝中，芯片、陶瓷覆銅板(DBC)、銅底板、散熱器以及它們兩兩之間的連接層能夠形成一個完整的散熱通道，芯片工作過程中產生的熱量通過該散熱通道、以熱傳導為主要方式，傳遞到銅底板外表面上，并以熱對流和熱輻射為主要方式最終散發到周圍介質中。其中，芯片到銅底板這部分的散熱通道的散熱效率，不僅與芯片、DBC基板和銅底板的材料有直接聯系，也與它們之間的連接方式息息相關。

DBC基板通常采用焊接方式連接在銅底板上，焊接質量會顯著影響熱量傳遞的效率。由于焊接時產生熱量，在焊接應力作用下銅底板會發生一定的變形，影響銅底板與散熱器的接觸面平整度。因此，傳統技術中通常會對IGBT模塊銅底板進行預彎使其具有一定的弧度，以抵消銅底板在焊接時的變形，保證銅底板與散熱器之間的接觸面平面度，進而保證散熱量。然而，由于銅底板表面預彎了一定的弧度，而DBC基板為平面結構，銅底板與DBC基板焊接時，焊料層厚度不均勻，焊接引力較大，焊接質量控制難度加大，極有可能會出現局部焊接空洞的現象。由于真空或空氣中的熱傳導系數遠遠低于金屬焊料中的熱傳導系數，因此熱阻反而會增加，不利于散熱。

目前國內IGBT技術仍局限于中低電壓范圍，與國外高電壓IGBT模塊的發展水平還有一定差距。而良好的散熱性能，不僅能提高IGBT模塊工作的可靠性，也是追求更高電壓的前提。因此，提供一種性能更加優良、工作更加可靠的IGBT模塊散熱方案尤為重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術提供一種便于焊接的、利于散熱的IGBT模塊銅底板結構，解決銅底板焊接區域不平整導致的焊接質量問題。

本發明涉及解決上述問題所采用的技術方案為：一種新型IGBT模塊銅底板結構，其結構包括銅底板本體、焊接區域和安裝孔。所述銅底板本體具有一定的弧度；所述的焊接區域為銅底板內表面上的凹槽；將用于連接銅底板和DBC基板的焊接材料鋪設在所述焊接區域凹槽內，加熱使焊接材料融化，實現DBC基板和銅底板的固定連接。

所述焊接區域為銅底板內表面上的凹槽，由側面和底面組成。

所述焊接區域凹槽可以是銅底板內表面上的矩形凹槽，由徑向側面、垂向側面和底面組成；其徑向側面指向銅底板內外表面的中心線。其垂向側面垂直于銅底板的內表面；其底面為平面，且所有焊接區域底面的頂點均位于同一個圓弧上，其底面與垂向側面的交線為該圓弧上等長、等間距分布的弦。

所述焊接區域可以是銅底板內表面上的圓形凹槽，由側面和底面組成；所述側面為與銅底板內表面垂直的圓柱面，所述底面為圓平面。

優選地，所述焊接區域深度取值范圍為0.5～1mm。

優選地，所述焊接區域尺寸與DBC基板尺寸之差優選范圍為0.5～1mm。一般地，焊接材料熱膨脹系數大于銅材料的熱膨脹系數，銅底板凹槽與DBC基板之間的縫隙方便焊接材料的膨脹和流動，避免焊料溢出銅底板表面，減少焊接空洞。

用于連接銅底板和DBC基板的焊接材料鋪設厚度小于焊接區域深度，優選地，其取值范圍為0.2～0.5mm。