[发明专利]一种焊接IGBT模块的方法

说明书

本发明提出了一种焊接IGBT模块的方法，其包括以下步骤：步骤一：将拱形的基板展平并固定在平板上，所述基板的凸出面抵接于平板；步骤二：在所述基板的凹陷面上设置焊料以形成厚度均匀的衬板焊料层；步骤三：将衬板覆盖在所述衬板焊料层上；步骤四：将所述平板放置在水平的加热板上加热以使得所述衬板焊料层熔化，然后冷却所述衬板焊料层。采用本方法后能有效的控制基板拱度不规则变化，使模块封装后达到规定的基板拱度值，在焊接时不需要考虑焊接材料与封装工艺参数，基板拱度合格率提高。

技术领域

本发明涉及一种焊接技术，特别涉及一种焊接IGBT模块的方法。

背景技术

如图1所示，目前IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块1包括基板2以及设置在基板2上的多个芯片单元。每个芯片单元包括依次层叠的芯片6、芯片焊层5、衬板4、衬板焊层3。衬板焊层3用于连接衬板4和基板2。芯片6之间通过横向延伸的引线形成连接。衬板4之间通过功率端子形成相互连接。

基板2是IGBT模块1散热的主要通道，基板2在安装到散热器上之前都应具有一定的拱度。基板2通常安装在散热器上，其向外凸出的一面与散热器相抵接。基板2的边缘设置多个连接基板2和散热器的螺钉以将基板2固定到散热器上，又由于基板2具有一定的拱度，由此，基板2和散热器之间的间隙更小更均匀，基板2和散热器之间的导热能力更强。为了提高散热效果，通常在该间隙内填充导热硅脂。

基板2的拱度设计需考虑模块封装工艺过程，基板2与衬板4焊接是由焊料连接，焊料历经预热、融化、冷却的过程，焊料固态、液态、固态相变会使零部件承受一定的应力，这种分子间的结合力对基板2的变形作用较明显。若基板2与衬板焊层3相连接的面为平面，就会使焊接过程中基板2整体受力不均匀，引起基板2背面的拱度变化不规则，产生基板2背面翘曲，影响IGBT模块1的散热，严重情况下会产生模块过热失效。

现有的基板2的一面凹陷，另一面凸起。基板2的拱度通常保持在几十至几百微米的范围内。通常在基板2成型后，再采用冲压(或模具)和精加工的方式来加工出基板2上的拱度。

基板2主要由铜、陶瓷或其它金属材料制成。目前的基板2拱度控制方法主要从基板2初始拱度设计、焊料选型、焊接工艺参数三个方面出发，适宜的基板2拱度设计与相匹配的焊料，不同拱度值的基板2使用的焊料和工艺参数不同。

在现有的封装工艺条件下，对基板2拱度控制存在以下缺点：

(1)基板2拱度值仅依据基板2初始拱度设计值，不考虑工艺过程与工艺参数控制，封装完成后的基板2拱度值即是IGBT模块1出厂的基板2拱度。基板2拱度值较宽泛，在模块使用时需要在基板2背面涂覆较厚的导热硅脂，以确保模块与散热器接触良好，对模块的散热有一定的影响；

(2)由于材料间热膨胀系数不一致，若基板2尺寸较大，由于基板2的拱度存在，模块焊接过程基板2受热不均匀，模块经历高温过程后形成基板2背面局部凹凸不平，基板2扭曲变形较严重，基板2局部拱度过大，影响模块散热性能；

(3)若衬板4大小不一致，焊层分布不均匀，在焊接工艺过程中基板2受力也会不均，进而引起基板2拱度变化不规则，基板2的拱度较难控制；

(4)由于基板2存在拱度，在焊接时，基板2的凸出面的顶点(一般在中心位置)与加热板接触，拱度较小的区域不与加热板接触。加热过程中热量自加热板传递给基板2，靠近中心位置的焊料最先熔化，焊料熔化后，向基板2中心位置流动。熔化后的焊料在基板2表面流动性不一，导致冷却后衬板焊层3厚度不一致，在同一衬板4下方，靠近基板2中心区域的衬板焊层3偏厚，而远离中心区域的衬板焊层3较薄；

(5)基板2与加热板在基板2拱度较大位置接触，其余区域与热板没有接触。热量由热板向基板2传递需要提高热板的温度，使基板2区域间存在温差，进而驱动热量向基板2温度较低的区域传导，加热时间延长，且热板温度提升需要消耗更多的能量，降低了焊接效率；