[發明專利]一種適用于TPAK器件有壓燒結的定位夾具及貼裝方法

在審

• 申請號: 202310533698.2
• 申請日: 2023-05-12
• 公開（公告）號: CN116469828A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 於少林;王佳寧;魏兆陽;江溢洋;潘翔
• 申請（專利權）人: 合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）
• 主分類號: H01L21/687
• 分類號: H01L21/687;H01L21/68;H01L21/67;H01L21/50;H01L23/373;H01L23/367
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明提供一種適合TPAK器件有壓燒結的定位夾具及貼裝方法，包括一個載體、兩個導向板、一個支撐板、兩個定位銷、兩個支撐環；本發明針對沒有專用貼TPAK器件設備的情況下，通過夾具設計能夠實現TPAK器件與散熱器各凸臺的精準定位和穩固貼片，為高質量有壓燒結奠定基礎。本發明可以節省TPAK貼裝設備的成本，適合研究型以及小批量生產，且裝配簡單，使用范圍廣，可以用于各種散熱器結構、多個TPAK器件并聯貼裝。

技術領域

本發明涉及功率半導體器件(封裝)技術領域，具體地涉及一種適用于TPAK器件有壓燒結的定位夾具及貼裝方法。

背景技術

目前Tesla在Model3的主驅逆變器中采用了SiC型TPAK器件燒結方案，及通過有壓銀燒結工藝將TPAK功率器件與鋁散熱器進行連接，構成了可進行電能變換的功率模組。TPAK器件結構如圖1所示。

與導熱硅脂、高溫無鉛釬料相比，銀燒結技術的燒結連接層成分為銀，具有優異的導電和導熱性能，由于銀的熔點高達961℃，將不會產生熔點小于300℃的軟釬焊連層中出現的典型疲勞效應，具有極高的可靠性，且其燒結溫度和傳統軟釬焊料溫度相當。采用銀燒結技術可使功率模組使用壽命提高5-10倍，燒結層厚度較焊接層厚度薄60-70％，熱傳導率提升3倍。

目前國內尚未開發出成熟可量產的TPAK燒結模組。

TPAK器件有壓燒結的工藝流程，如圖2所示，印刷即通過絲網印刷機將銀膏印刷在散熱器上。烘烤即將印刷后的散熱器放入烘箱，從而揮發出銀膏中的有機物，此時銀膏固化。貼片即通過專用貼片機將器件貼裝在散熱器對應凸臺的銀膏上，此時貼片機能夠提供一定的溫度和壓力，使得器件與散熱器呈現一種預燒結的狀態，TPAK器件能夠穩固的貼裝在散熱器上。燒結即將貼裝好的TPAK模組放入燒結設備中，燒結溫度一般在230-250℃，并通過壓頭在TPAK器件表面施加壓力，通過有壓燒結的方式實現TPAK器件與散熱器的連接。

現有對TPAK器件貼裝方式是通過設備貼裝，如Tesla。但是將TPAK器件與散熱器進行銀燒結的技術路線是一種高成本方案，而且國內尚沒有開發出可成熟可量產的TPAK燒結模組，國內仍然處于試研階段。因此，對于一些研究院所以及小批量試研的企業，通過購置專用TPAK器件貼片設備無疑增加研發成本。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種適用于TPAK器件有壓燒結的定位夾具及貼裝方法，針對沒有專用貼TPAK器件設備的情況下，通過夾具設計能夠實現TPAK器件與散熱器各凸臺的精準定位和穩固貼片，為高質量有壓燒結奠定基礎。本發明通過手動形式即可實現TPAK器件與散熱器的貼裝，降低成本。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種適合TPAK器件有壓燒結的定位夾具，包括一個載體、兩個導向板、一個支撐板、兩個定位銷、兩個支撐環；

所述載體用于承載散熱器，根據散熱器的結構進行設計；所述導向板用于對TPAK器件進行手動定位和支撐，安裝在載體中的軌道槽中，所述支撐板用于對TPAK器件的支撐，所述支撐環用于避免在有壓燒結后，支撐板受擠壓抽取不出；所述導向板設置有定位齒，所述定位齒的間距以及個數取決于并聯的TPAK器件的個數，用于對TPAK器件的精準定位以及固定；所述導向板通過長度小于6mm的M3內六角螺絲固定在載體的導軌槽上；所述支撐板上端兩側進行斜切30°倒角，用于支撐TPAK器件，使得TPAK器件在燒結過程的壓力施加下保持穩固狀態。

進一步地，所述導向板的長度根據散熱器整體長度進行設計，高度根據散熱器與其表面所印刷的銀膏高度之后進行設計，導向板上的定位齒根據TPAK器件并聯個數以及并聯間距進行設計。