[发明专利]一种IGBT模块及焊接方法

说明书

一种IGBT模块，包括底板以及通过焊料与所述底板焊接的DBC板，底板的焊接面上定义有焊接区域，在底板的焊接区域或DBC板上设置至少一个凸起，该凸起与底板、凸起与DBC板的材料相同，且二者间可采用相同的工艺一次制成，由此不需要改变DBC板与底板之间的焊接材料与工艺，不增加工艺过程与复杂程度。同时通过设置凸起，保证了焊层厚度的均匀性，提高了IGBT模块散热路径上热阻均匀性与热分布均匀性，可靠性得到了提升。

技术领域

本发明涉及电子封装领域，尤其涉及一种IGBT模块及焊接方法。

背景技术

IGBT模块(Insulated Gate Bipolar Transistor，中文译为绝缘栅双极型晶体管)，是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，在现代电力电子技术中，IGBT模块的应用越来越广泛，在较高频率的大、中功率应用场合中占据了主导地位。IGBT模块集成度的不断提高必然使得发热量提高，温度超过其工作允许的范围后，很可能导致器件失效甚至损坏，造成严重经济损失。因此，模块散热问题成为制约电力电子模块朝更高集成度发展的最大障碍。如何使得IGBT模块内部热量有效散出，保证模块内部元器件在正常温度范围内工作是目前IGBT模块的研究重点。

在IGBT模块封装中，通常需要将焊接有IGBT芯片的覆铜陶瓷基板(Direct BondCopper)焊接在模块AlSiC底板上，形成IGBT芯片散热通道，同时DBC基板的陶瓷层也起着实现模块内部电路与外部环境的绝缘隔离作用，然而，焊接式IGBT中DBC板和底板之间的热膨胀系数差异使焊接层在温度变化过程中承受周期性应力，最终导致焊接层发生热疲劳、热阻增加、焊料容易开裂的问题，最终导致IGBT模块失效。目前，人们关注的热点是提高DBC板与AlSiC底板之间的焊接质量，减少焊接空洞率，保证IGBT模块的长期使用可靠性。采用真空回流焊工艺，根据产品情况合理设置初始升温速率、预热温度、预热时间、峰值温度及冷却速率等工艺参数，焊接空洞率完全能得到保证，已经满足大功率IGBT模块焊接要求。然而，超声波检测发现，由于DBC板在焊接过程中可能会倾斜，DBC板与AlSiC底板之间的焊接层厚度均匀性不能完全得到保证，这将导致DBC板与AlSiC底板的热分布发生变化，模块因为散热不良而导致的失效增加。

中国专利文献，CN201210231067.7，公开了一种可控制焊接后焊料层厚度的焊接材料，在合金焊料中掺入一定直径(20μm-60μm)的铝颗粒进行焊接，由于金属铝的熔点高于焊接温度，焊接时不会熔化，因此焊料层厚度就大于等于铝颗粒的最大粒径，从而达到控制焊料层厚度的目的。然而，该种方式存在一些缺陷，如：(1)该方式需要替换原有焊料与焊接工艺，焊接可靠性不一定增加。(2)通过铝颗粒控制焊接层厚度均匀性时，铝颗粒质量分数不容易控制。铝颗粒质量分数较大会导致焊料较少，焊料不能完全将焊接的两种材料填满，空洞率增加。铝颗粒质量分数较小会导致焊料溢出，模块绝缘局放能力变差。(3)尺寸较小且均匀的铝颗粒填入合金焊料会提高焊料成本，提高整个模块的价格。(4)铝颗粒只适合在焊锡膏中添加，采用焊片工艺进行焊接时，无法添加铝颗粒，使用环境受限。

因此，我们亟需一种可以既可以保证焊层厚度均匀性，保证可靠性，同时成本低的适合于IGBT模块的底板结构。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种IGBT模块及焊接方法。该IGBT模块通过在底板制备过程中采用简单工艺步骤来设置凸起物，保证焊层厚度均匀性，提高IGBT模块热阻均匀性与热分布均匀性，提升IGBT模块的可靠性，避免由于个别模块热分布不均匀而导致IGBT模块提前失效。

根据本发明的目的提出的一种IGBT模块及焊接方法，所述IGBT模块包括底板以及通过焊料与所述底板焊接的DBC板，所述底板的焊接面上定义有焊接区域，其特征在于：在所述底板的焊接区域或DBC板上设置至少一个凸起。

优选的，所述凸起为设置在底板或DBC板上的凸起物。

优选的，所述凸起为打在底板或DBC板上的键合线。