[发明专利]一种功率模块焊接用焊片

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率模块焊接用焊片，尤其涉及改善焊片的结构组合。通过使用 改善后的焊片，更好地抑制了模块芯片上的局部区域温度过高的问题，延缓了模 块的老化速度，提高了使用寿命。

背景技术

随着大功率半导体工艺的发展和完善，已经使功率器件在电子工程的各个领 域得到广泛的应用。相比分立器件，功率模块由于其功耗低、成本低、可靠性高 的优点，在电机系统，尤其是在纯电动和混合动力汽车的应用方面，具有明显优 势。

但是，由于功率模块连接组件的数量多于分立器件的组件数量，功率模块的 焊接层数较多，每一层焊接层界面处的焊接质量对于功率模块的散热性能都有重 大影响。就功率模块所有焊接层的焊接难度而言，焊片层的焊接质量最难以控制， 对于功率模块散热能力的影响最为重要。

传统的焊片，即由软钎焊材料组成的片式焊片，在回流焊(回流焊温度高于 软钎焊材料的液相线温度)的过程中，由固体状态熔融成液体状态，形成一个较 大的球形液滴。在芯片下焊片熔融成液滴形状时，其上功率芯片质量较小，不足 以凭借自身的重力使液滴形状发生较大改变，所以芯片上不同区域受到软钎焊材 料液滴的张力不同，从而导致芯片较易出现切向方向上的滑动或者在法向方向上 的倾斜。一旦芯片出现了位移情况，芯片不同区域到下方底板的热阻便不再相同。 热阻较大的部分区域散热能力较差，温度较高，热可靠性较差，更加容易成为失 效点。

发明内容

本发明提供一种功率模块焊接用焊片，能够改善芯片上局部区域温度过高的 问题，保证使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种功率模块焊接用焊片，包括金属网状骨架，在金属网状骨架的网眼内填 充有钎焊材料。

与现有的传统焊片相比，本发明的新型结构的焊片有以下优点：

(1)对于传统的功率模块用焊片，在回流焊的过程中，固体状态的焊片熔 融成为液体状态的焊片，且呈现类似球形的形状，另外，熔融焊片上支撑有长方 体结构的固体芯片。芯片放置在焊片上，相当于球形体支撑长方体，造成长方体 芯片上每个区域受到球形熔融焊片的支撑力不同。由于力的不同，即可能出现芯 片法向方向和切面方向上的位移情况，一旦发生了位移，芯片上不同区域的散热 能力也会随之发生改变，不同区域散热能力不一致，进而导致局部区域温度过高 的问题。而本发明所述的新型结构的功率模块用焊片，因为网状骨架金属材料 6.3.2的液相线温度远大于钎焊温度，网眼内软钎焊材料6.3.1的液相线温度小于 钎焊温度，所以在回流焊的过程中，软钎焊材料6.3.1熔融成液体状态，网状骨 架金属材料6.3.2不会熔融。98％～99％的软钎焊材料6.3.1熔融之后会注满网眼 空间，网状骨架结构为液体状态的软钎焊材料6.3.1提供附着边界，二者形成类 平面的结构。新型结构焊片上的芯片在每个区域受力均等，不容易发生切向方向 和法向方向上的位移，功率芯片上每个区域到其下方底板的散热路径长度都是一 致的，热阻也随之更加均匀化，能够避免功率芯片局部区域温度过高的情况。

(2)本发明所述的新型结构的功率模块用焊片，由于所使用的网状骨架金 属材料6.3.2的热导率优于软钎焊材料6.3.1的热导率，相比于传统的软钎焊焊片， 新型结构的焊片的复合结构加强了焊片整体的散热能力，使得功率模块热传导效 果更好，散热效率更高。

附图说明

图1为本发明所提供的一种新型结构的功率模块用焊片三维视图。

图2为本发明提供的一种新型结构的功率模块用焊片沿图1A-A截面方向的 三维视图。

图3为本发明提供的一种新型结构的功率模块用焊片沿图2B方向的截面图。

图4为本发明提供的传统功率模块用焊片结构的三维视图。

图5为为本发明提供的使用传统焊片的功率模块的主视图(不含电极及信号 端子)。

图6为本发明提供的使用传统焊片的功率模块芯片纵向方向位移的主视图。

图7为本发明提供的使用传统焊片的功率模块芯片切向方向位移的俯视图。

图8为本发明提供的使用新型结构焊片的功率模块的主视图。

图9为本发明提供的使用新型结构焊片的功率模块的三维视图(不含外壳)。

图10为本发明提供的使用新型结构焊片的功率模块的三维视图。