[发明专利]一种新型IGBT模块铜底板结构

说明书

本发明涉及一种新型IGBT模块铜底板结构，其特征在于：其结构包括铜底板本体、焊接区域和安装孔，所述铜底板本体具有一定的弧度，所述的焊接区域为铜底板内表面上的凹槽；将用于连接铜底板和DBC基板的焊接材料铺设在所述焊接区域凹槽内，加热使焊接材料融化，实现DBC基板和铜底板的固定连接。本发明有利于提高焊接质量，能够有效避免焊接空洞导致的热阻增加问题，提高散热量，保证IGBT模块的工作可靠性。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种新型IGBT模块铜底板结构。

背景技术

IGBT是大功率半导体器件，工作过程中流过的电流较大，开关贫频率较高，损耗功率高，也会产生非常多的热量；而IGBT的结温要求不能超过125℃，因此需要通过有效的散热设计将这些热量散发出去，避免IGBT模块长期处于高温环境中，否则会影响到整个机组的正常运转。通常，焊接型IGBT封装工艺中，芯片、陶瓷覆铜板(DBC)、铜底板、散热器以及它们两两之间的连接层能够形成一个完整的散热通道，芯片工作过程中产生的热量通过该散热通道、以热传导为主要方式，传递到铜底板外表面上，并以热对流和热辐射为主要方式最终散发到周围介质中。其中，芯片到铜底板这部分的散热通道的散热效率，不仅与芯片、DBC基板和铜底板的材料有直接联系，也与它们之间的连接方式息息相关。

DBC基板通常采用焊接方式连接在铜底板上，焊接质量会显著影响热量传递的效率。由于焊接时产生热量，在焊接应力作用下铜底板会发生一定的变形，影响铜底板与散热器的接触面平整度。因此，传统技术中通常会对IGBT模块铜底板进行预弯使其具有一定的弧度，以抵消铜底板在焊接时的变形，保证铜底板与散热器之间的接触面平面度，进而保证散热量。然而，由于铜底板表面预弯了一定的弧度，而DBC基板为平面结构，铜底板与DBC基板焊接时，焊料层厚度不均匀，焊接引力较大，焊接质量控制难度加大，极有可能会出现局部焊接空洞的现象。由于真空或空气中的热传导系数远远低于金属焊料中的热传导系数，因此热阻反而会增加，不利于散热。

目前国内IGBT技术仍局限于中低电压范围，与国外高电压IGBT模块的发展水平还有一定差距。而良好的散热性能，不仅能提高IGBT模块工作的可靠性，也是追求更高电压的前提。因此，提供一种性能更加优良、工作更加可靠的IGBT模块散热方案尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种便于焊接的、利于散热的IGBT模块铜底板结构，解决铜底板焊接区域不平整导致的焊接质量问题。

本发明涉及解决上述问题所采用的技术方案为：一种新型IGBT模块铜底板结构，其结构包括铜底板本体、焊接区域和安装孔。所述铜底板本体具有一定的弧度；所述的焊接区域为铜底板内表面上的凹槽；将用于连接铜底板和DBC基板的焊接材料铺设在所述焊接区域凹槽内，加热使焊接材料融化，实现DBC基板和铜底板的固定连接。

所述焊接区域为铜底板内表面上的凹槽，由侧面和底面组成。

所述焊接区域凹槽可以是铜底板内表面上的矩形凹槽，由径向侧面、垂向侧面和底面组成；其径向侧面指向铜底板内外表面的中心线。其垂向侧面垂直于铜底板的内表面；其底面为平面，且所有焊接区域底面的顶点均位于同一个圆弧上，其底面与垂向侧面的交线为该圆弧上等长、等间距分布的弦。

所述焊接区域可以是铜底板内表面上的圆形凹槽，由侧面和底面组成；所述侧面为与铜底板内表面垂直的圆柱面，所述底面为圆平面。

优选地，所述焊接区域深度取值范围为0.5～1mm。

优选地，所述焊接区域尺寸与DBC基板尺寸之差优选范围为0.5～1mm。一般地，焊接材料热膨胀系数大于铜材料的热膨胀系数，铜底板凹槽与DBC基板之间的缝隙方便焊接材料的膨胀和流动，避免焊料溢出铜底板表面，减少焊接空洞。

用于连接铜底板和DBC基板的焊接材料铺设厚度小于焊接区域深度，优选地，其取值范围为0.2～0.5mm。