[发明专利]大功率芯片连接的低温烧结方法及纳米银膏厚度控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合动力汽车高温功率电子模块烧结封装技术。特别是涉及一种可 降低混合动力汽车的制造和维护成本的大功率芯片连接的低温烧结方法及纳米银膏厚度 控制装置。

背景技术

对于混合动力汽车，当使用蓄电池内的能量驱动汽车时，需要用逆变器或换流器等 高功率电子模块将直流电转化为交流电，大功率的逆变器或换流器中的电流可高达上百 安培，必会产生大量的热量。目前，一般使用无铅或高铅焊膏或预成型钎料薄膜，通过 在260℃到300℃以上的回流焊工艺，熔化并固化成钎料合金，来连接功率模块中的芯片 和基体。考虑到钎焊焊点的可靠性，目前市场上销售的混合动力汽车中的功率电子模块 芯片的结点温度不得高于150℃，通常使用125℃作为结点温度。因此需要冷却系统来冷 却功率电子模块。

传统汽车只用一个环路液体冷却系统组成的一个封闭冷却循环，来带走发动机上的 热量，然后通过散热器和风扇将热量送走。传统汽车散热器中冷却介质温度会高达105℃， 用于冷却目前混合动力汽车上的功率电子系统(如逆变器和DC-DC换流器)(结点温度125 ℃)来说太高了。因此，与传统汽车相比，混合动力汽车需要格外增加一套冷却循环系 统，新增的第二套冷却系统用来降低散热器中冷却介质的温度，使冷却介质的温度在65 ℃以下。然而，第二套冷却系统必然增加混合动力车的制造成本和长期的维修保养成本。

因此，混合动力汽车的发展急需一种新的汽车逆变器和换流器，使其可以在更高的 温度(175℃)下长期可靠的工作，从而去除第二套冷却循环系统，降低混合动力汽车的制 造成本。很清楚，降低成本所面临的技术挑战只能依靠功率电子的发展来解决，即可用 105℃的冷却介质来冷却芯片结点温度超过175℃的功率电子模块，并能保证正常工作。 这就需要发展一种可靠的、低成本的高温功率封装技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可降低混合动力汽车的制造和维护成本， 降低汽油等能源消耗，降低二氧化碳的排放的大功率芯片连接的低温烧结方法及纳米银 膏厚度控制装置。

本发明所采用的技术方案是：一种大功率芯片连接的低温烧结方法，包括有如下阶 段：

第一阶段：将已通过纳米银膏厚度控制装置设定好纳米银膏厚度的具有纳米银膏的 大功率芯片结构放入在烧结炉内并放置设定的时间；

第二阶段：给烧结炉快速升温至50℃，保温10分钟；

第三阶段：给烧结炉快速升温至125℃，保温20分钟；

第四阶段：给烧结炉快速升温至烧结温度，保温30-60分钟，然后炉冷至室温。

第一阶段所述的纳米银膏厚度设定为30um～50um。

第一阶段所述的放置设定的温度和时间，是在50-60℃下放置3-5分钟，或者在室 温下放置24小时。

第四阶段所述的烧结温度设定为使烧结炉内的压力范围达到1-5Mpa时的温度。

第四阶段所述的烧结温度设定为260-300℃。

一种大功率芯片中纳米银膏厚度控制装置，包括有：加载支座，设置在加载支座内 的用于放置具有纳米银膏的大功率芯片结构并测量该大功率芯片中纳米银膏厚度的测量 支撑结构，以及贯穿加载支座的上端并伸入到加载支座内由上至下对测量支撑结构施加 压力的加载螺钉。

所述的测量支撑结构包括有：支撑块，设置在支撑块上面的第一玻璃板，分别设置 在支撑块两侧的第一引伸计和第二引伸计，所述的第一引伸计和第二引伸计的顶端支撑 有位于第一玻璃板的上方的第二玻璃板，所述的第一玻璃板和第二玻璃板之间用于放置 具有纳米银膏的大功率芯片结构，所述的加载螺钉顶在第二玻璃板的顶端对具有纳米银 膏的大功率芯片结构施压。

所述的第一玻璃板和第二玻璃板的厚度相同。

所述的引伸计7采用位移计或激光测距计。

所述的具有纳米银膏的大功率芯片结构包括有：位于底层的基板，位于顶层的芯片， 以及位于基板和芯片之间的纳米银膏。