[实用新型]功率模块用底板及功率模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种功率模块用底板及功率模块，尤其是一种用于控制大电流或高电压的半导体装置的功率模块用底板及功率模块，属于电力电子器件及模块技术领域。

背景技术

现有的功率模块主要是由不同材料组成的多层结构。对于常见的铜底板功率模块，其包括底板、覆铜陶瓷基板、半导体芯片、电极端子等主要部件。覆铜陶瓷基板是三明治结构，其包括陶瓷衬底和形成在其表面和背面的铜金属层。底板通过焊锡被接合在该覆铜陶瓷基板的背面铜金属层上，半导体芯片通过焊锡被接合在该覆铜陶瓷基板的表面铜金属层上，半导体芯片的电极与电极端子间一般以铝线进行布线，整体填充硅凝胶（silicone gel）等密封材料进行密封。另外一种功率模块没有覆铜陶瓷基板，它是直接在金属底板上接合半导体芯片等元件。在上述两种模块的结构中，由于各层材料属性不同，其热力学行为也不尽相同，当模块工作温度发生周期性的变化时，模块结构中各层材料由于热膨胀系数（CTE）的差异将产生热应力，引起模块焊料层发生热疲劳。对于铜底板功率模块，通常，覆铜陶瓷基板和金属底板（典型的如铜）之间的焊料层更容易发生失效，因为常用的覆铜陶瓷基板的三明治结构的中间层为氧化铝（Al₂O₃）陶瓷基板、氮化铝（AlN）陶瓷基板、氮化硅（Si₃N₄）陶瓷基板，其和铜的CTE（Al₂O₃：7 ppm/K，AlN：5.7 ppm/K，Si₃N₄：2.7 ppm/K，Cu 17 ppm/K）存在较大差别。同样对于上述第二种无覆铜陶瓷基板模块来说，半导体芯片与底板之间也存在热失配问题。因此，在高可靠性应用中，迫切需要有一种减小覆铜陶瓷基板或半导体芯片和底板之间焊料层热应力，缓解热失配的方法。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种功率模块用底板及功率模块，能够有效地降低功率模块工作时由于底板与覆铜陶瓷基板或功率元器件及其裸芯片之间热膨胀系统差异产生的热应力，提高功率模块的可靠性。

按照本实用新型提供的技术方案，所述功率模块用底板，包括底板基体，其特征是：在所述底板基体的一面设有用于焊接覆铜陶瓷基板或功率元器件及其裸芯片的接合层；所述接合层的材质采用热膨胀系数在覆铜陶瓷基板或功率元器件及其裸芯片和功率模块用底板之间的金属基复合材料或纯金属。

进一步的，所述接合层通过冷喷涂法形成。

进一步的，所述底板基体的厚度在1毫米以上。

进一步的，所述底板基体的材料为铜、铜合金、铝、铝合金、铝碳化硅中的任意一种。

进一步的，所述接合层的材质为铝碳化硅或铜合金，铜合金中铜的质量百分含量为10%～40%；所述接合层的厚度为0.2～1.5毫米。

进一步的，所述铜合金为钼铜或钨铜。

进一步的，所述接合层的材质为镍、钨或钼，接合层的厚度为0.1～1.2毫米。

所述功率模块，其特征是：包括功率模块用底板，在功率模块用底板上方搭载覆铜陶瓷基板或功率元器件及其裸芯片。

本实用新型具有以下优点：本实用新型利用冷喷涂法在底板上设置一层接合层，能够有效地降低模块工作时由于底板与覆铜陶瓷基板或功率元器件及其裸芯片之间热膨胀系数（CTE）差异产生的热应力，提高了模块的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型所述功率模块用的剖面图。

图2为冷喷涂装置的示意图。

图3为用于形成接合层的掩膜的示意图。

图4为本实用新型的功率模块底板的一种示意图。

图5为本实用新型无陶瓷基板功率模块的剖面图。

图6为实施例2的流程图。

图中标号：功率模块用底板1、底板基体11、接合层12、第一焊接材料2、覆铜陶瓷基板3、表面铜层31、中间陶瓷层32、底侧铜层33、第二焊接材料4、半导体元件、功率元器件及其裸芯片50、掩膜100、掩膜开口框101、冷喷涂装置20、送粉器201、气体加热器202、喷枪203。

具体实施方式

下面结合具体附图对本实用新型作进一步说明。