使用小焊塊取代焊錫片的焊接方式的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種功率器件中芯片底部焊接層的設(shè)計(jì)，公開(kāi)了一種用小焊塊取代焊錫片的方法。它減薄了芯片底部焊接層的厚度，提升了它的散熱能力，并在一定程度上緩減了不同的結(jié)溫變化對(duì)模塊失效的位置和機(jī)理的影響。
【專利說(shuō)明】使用小焊塊取代焊錫片的焊接方式
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率電力領(lǐng)域。本發(fā)明涉及一種功率器件模塊的焊接方式。本發(fā)明適用于娃基器件和碳化娃基器件。
【背景技術(shù)】
[0002]以絕緣柵雙極型晶體管和金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管為主的功率模塊，具有輸出功率大并且發(fā)熱量大等特點(diǎn)，有必要關(guān)注它的散熱能力，以確保它們的可靠運(yùn)行。
[0003]傳統(tǒng)的功率器件模塊是由半導(dǎo)體芯片(硅材料)(1)，陶瓷(4)，銅板(3、5)，鋁線
(10)等材料通過(guò)壓接，焊接方式組合而成的。顯然，模塊中不同材料對(duì)外部環(huán)境的反應(yīng)各不相同，特別是由于熱膨脹系數(shù)的差異，不同材料對(duì)冷熱變化的形變差異很大，帶來(lái)了一系列可靠性問(wèn)題。
[0004]目前，對(duì)于功率模塊散熱能力的改善主要從改變模塊組成材料類型以及改變模塊各層材料厚度入手。從焊料的布局入手也是間接采用改變材料厚度這種方法來(lái)解決可靠性問(wèn)題。
[0005]模塊的散熱條件對(duì)模塊的特性起著至關(guān)重要的作用。芯片下表面焊接層的可靠性問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響模塊的壽命。傳統(tǒng)的芯片下表面焊接層是用鋪上焊錫片的方法，這樣會(huì)導(dǎo)致焊接層過(guò)厚，而對(duì)于焊錫材料來(lái)說(shuō)，厚度越厚，它的散熱能力和導(dǎo)熱能力越差，這樣就會(huì)造成可靠性的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)的焊接方法在散熱能力和傳熱能力上的不足，以及不同散熱條件帶來(lái)的器件特性差異，提供一種新型的焊接方案，利用對(duì)焊料的布局來(lái)調(diào)整焊接層的厚度，從而提高模塊整體的散熱效率并消除散熱能力差異。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)功率模塊主要由襯底，直接敷銅層，芯片及層與層之間的焊錫組成。作為直接與芯片相接觸的部分，芯片底部焊接層的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，本發(fā)明提出利用小焊塊代替焊錫片來(lái)達(dá)到減薄焊接層的效果，從而提聞散熱效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明涉及的IGBT模塊的堆疊結(jié)構(gòu)。
[0010]圖2為常規(guī)的芯片下表面焊接層示意圖。
[0011]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的芯片下表面焊接層示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:[0013]圖1所示為傳統(tǒng)IGBT模塊的堆疊結(jié)構(gòu)示意圖，主要由半導(dǎo)體芯片(硅材料)(I)，陶瓷(4)，銅板(3、5)，鋁線(10)等多種材料通過(guò)壓接，焊接方式組合而成的。圖3所示為本例提出的焊料布局方案。與常規(guī)的功率模塊使用焊錫片直接進(jìn)行焊接不同，本例提出的功率模塊在其芯片底部的焊接層中利用小焊塊(12)片來(lái)進(jìn)行厚度減薄和提高散熱能力的工作。利用小焊塊的好處是，焊料是以塊狀形式均勻間隔分布，將芯片至于其上方再利用一定的壓力進(jìn)行焊接時(shí)，焊塊會(huì)隨著熱和壓力均勻散開(kāi)，從而比傳統(tǒng)的焊接層要薄，散熱能力也增強(qiáng)了。
【權(quán)利要求】
1.一種新型功率器件模塊焊接方式，該模塊采用傳統(tǒng)的DBC堆疊結(jié)構(gòu)，并在其上面焊接芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件模塊，其特征在于:所述的模塊堆疊結(jié)構(gòu)的芯片底部的焊料分布用小焊塊取代焊錫片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小焊塊布局，其特征在于:焊塊均勻分布在銅片上，并且厚度適中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小焊塊布局，其特征在于:焊塊排列間隔可以視焊塊的厚度和焊接時(shí)所施加在芯片上的壓力而定，保證焊接后焊錫層的厚度均勻，芯片與銅片連接良好。
【文檔編號(hào)】B23K1/19GK103878462SQ201210570398
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】王柳敏, 盛況, 汪濤, 郭清, 謝剛 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)