[发明专利]采用激光焊接端子的功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用激光焊接端子的功率模块。

背景技术

现有的功率模块,其端子通过钎焊料钎焊在DBC基板上，钎焊料主要有锡铅，锡铅银，锡银和锡银铜合金，它们的熔点范围在179-221℃,由于材料热膨胀系数的差异,在模块使用的过程中由于温度的变化会导致热应力，钎焊料在热应力反复作用下会产生塑性变形。另外模块在安装使用的过程中端子和外部连接板之间还存在机械应力。钎焊点在应力的作用下会疲劳进而引起裂纹而导致失效。激光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池。它是一种新型的焊接方式，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等，深宽比高，焊缝宽度小，热影响区小、变形小，焊接速度快，焊缝平整、美观，焊后无需处理或只需简单处理，焊缝质量高，无气孔，可精确控制，聚焦光点小，定位精度高，易实现自动化。焊接特性属于熔融和非接触式焊接，作业过程不需加压。 目前，激光焊接已经在以下领域得到广泛的应用。

1.制造业的应用。激光拼焊技术在国内外轿车制造中得到广泛的应用，据统计，2000年全球范围内剪裁坯板激光拼焊生产线超过100条，年产轿车构件拼焊坯板7000万件，并继续以较高速度增长。

2.粉末冶金领域。随着科学技术的不断发展，许多工业技术上对材料特殊要求，应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。激光焊接以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，如采用粉末冶金材料连接中常用的钎焊的方法焊接金刚石，由于结合强度低，热影响区宽特别是不能适应高温及强度要求高而引起钎料熔化脱落，采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性。

3.汽车工业。20世纪80年代后期，千瓦级激光成功应用于工业生产，而今激光焊接生产线已大规模出现在汽车制造业，成为汽车制造业突出的成就之一。

4.电子工业。 激光焊接在电子工业中，特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小且加热集中迅速、热应力低，因而在集成电路和半导体器件的封装中，显示出独特的优越性，如传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片的焊接，因其厚度在0.05-0.1mm，采用传统焊接方法难以解决，TIG焊容易焊穿，等离子稳定性差，影响因素多而采用激光焊接效果很好，得到广泛的应用。

5.生物医学。激光焊接各种生物组织，激光焊接方法与传统的缝合方法比较，具有吻合速度快，愈合过程中没有异物反应，保持焊接部位的机械性质，被修复组织按其原生物力学性状生长等优点，因而得到很广泛的应用。

6. 其他领域。在其他行业中，激光焊接也逐渐增加，特别是在特种材料焊接，如对锂离子电池的激光焊接，平板玻璃的激光焊接。

激光在焊接高反射性和高热导率材料例如铝，铜及其合金时，焊接性会受激光所改变。铝是热和电的良导体，高密度的自由电子使它成为光的良好反射体，起始表面反射率超过90％，这就要求很高的输入功率以保证焊接开始时必需的功率密度，而一旦小孔生成，它对光束的吸收率迅速提高，甚至可达到90％，从而使焊接过程顺利进行。铜的材料特性使它非常适合作为导体，是电子工业中首选的材料。材料反射率也是阻碍其良好焊接的主要原因。当激光波长从1064 nm变为532 nm时，铜以及其他材料的反射率就大大减小。焊接铜和铜合金易产生未熔合与未焊透，故一般采用能量集中、大功率的热源并配合预热等辅助措施。

前文所述的钎焊料焊接，是通过将钎焊料熔化而将工件连接起来，而在激光焊接金属例如铜时，是将铜等基体金属熔化形成铜-铜的熔融焊接，两者有明显差别。

发明内容

本发明的目的是提供一种无钎焊端子的功率模块，通过激光焊接端子，避免因端子钎焊点疲劳而导致模块失效，且可以提高模块的耐高温性能。

实现本发明目的的技术方案是：采用激光焊接端子的功率模块，其包括覆铜陶瓷基板（DBC），覆铜陶瓷基板（DBC）的第一铜表面上设有半导体芯片以及端子；所述端子通过激光焊接连接至覆铜陶瓷基板的第一铜表面。

作为本发明的进一步改进，所述端子包括用以和外部电路连接的上部和用以和覆铜陶瓷基板第一铜表面激光焊接的下部，下部的横截面积是上部的2-4倍。上部一般为方柱或圆柱形。用以和覆铜陶瓷基板第一铜表面焊接的下部优选圆柱形。

作为本发明的进一步改进，所述下部绕其轴线，向下开有截面为V形或U形的凹槽，激光束照射到凹槽处熔化凹槽处和覆铜陶瓷基板（DBC）第一铜表面上的金属，金属冷却结晶形成焊点，构成端子和覆铜陶瓷基板（DBC）第一铜表面的连接。