專利名稱：一種用于絕緣柵雙極型晶體管模塊的基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導體封裝以及功率模塊領(lǐng)域，具體地說是一種用于 絕緣柵雙極型晶體管模塊的基板。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由 基板l、直接敷銅基板(DBC) 4、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)芯 片2、 二極管芯片3和功率端子5等部分組成，其中基板l和直接敷 銅基板4通過釬焊結(jié)合，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)芯片2和直 接敷銅基板4通過釬焊結(jié)合。通常絕緣柵雙極型晶體管模塊應用于大 電流和高電壓的情況。它在工作的時候，有很大的功耗。但是絕緣柵 雙極型晶體管模塊中各芯片的結(jié)溫一般不能超過150°C，所以模塊工 作的時候需要有很好的散熱，以盡量來減小模塊的熱阻。
而熱阻、散熱和溫度之間的關(guān)系可用下面的公式1所示。
r旨f--總熱阻 Ti----節(jié)點溫度 TV…環(huán)境溫度 P----模塊功耗
一般來說，芯片溫度越低，它的壽命越長。 模塊的總熱阻有三部分組成，可用下面的公式2所示。
々V # 9 . — +廠d +rjcth-—芯片到基板熱阻
^th-…基板到散熱器熱阻，又叫接觸熱阻
!^h…-散熱器到環(huán)境熱阻
在模塊的生產(chǎn)過程中，直接敷銅基板4 (為多層結(jié)構(gòu)， 一般由兩
層銅和中間一層陶瓷材料組成)和銅質(zhì)基板1 一般通過高溫回流焊接
(溫度一般超過200攝氏度)在一起的。但由于直接敷銅基板4的熱膨 脹系數(shù)(8e-6/k)和銅質(zhì)基板1的熱膨脹系數(shù)(16e-6/k)失酉己，造成高溫回 流焊接后，銅質(zhì)基板l出現(xiàn)中間突出的情況，如圖2以及圖3所示。 圖2為現(xiàn)有普通基板釬悍前的狀態(tài)，圖3為普通基板釬焊后變形的狀 態(tài)。當出現(xiàn)圖3所示變形的狀態(tài)，則模塊在安裝的時候，安裝面和散 熱器之間會出現(xiàn)較大的間隙。
間隙的增大，會增大接觸熱阻，進而導致芯片結(jié)溫的升高，帶來 的后果是影響芯片壽命甚至直接失效。間隙與接觸熱阻之間的關(guān)系可 用如下的公式3和公式4表示。
&=丄(A^lt + /t 4l) 公式3: 丄g ^ Aj ' J
公式4: r^=1//z^
上述公式3和公式4中各符號含義如下
iv…接觸系數(shù)
Lg-…接觸間隙
kA…-直接敷銅基板敷銅導熱系數(shù)
kB…-基板導熱系數(shù)
kr---導熱脂或空氣導熱系數(shù)
A---接觸區(qū)域總面積
A「-接觸有效面積
Av-…導熱脂或空氣有效面積根據(jù)公式3和公式4可知，當間隙Lg增大的時候，^th也隨著增 加，而且由于空氣或者導熱脂的導熱系數(shù)很小，大大增加了接觸熱阻
rcsth。這樣根據(jù)公式l，芯片的結(jié)溫就升高了。
現(xiàn)解決這種上述問題的方法盡量選用直接敷銅基板4和基板1
熱膨脹系數(shù)相匹配的材料，比如基板1使用熱膨脹系數(shù)是6e-6/k的 AlSiC材料，AlSiC材料的熱膨脹系數(shù)和直接敷銅基板4中間層材料 A1N(氮化鋁)或A1203的熱膨脹系數(shù)很接近，它們之間的回流焊接就不 會出現(xiàn)從圖2變到圖3哪樣的變形，這樣就能降低模塊安裝的接觸熱 阻。但是現(xiàn)有這種方法的缺點是使用新材料帶來制造成本的上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有絕緣柵雙極型晶體管模塊基板使用時間短 和因使用新材料而帶來的制造成本高的問題。
本發(fā)明的技術(shù)實施方案是它包括基板和直接敷銅基板，基板具 有一定的預變形結(jié)構(gòu)。預變形結(jié)構(gòu)有二種，〒種是弧形彎曲的預變形 結(jié)構(gòu)，且向直接敷銅基板方向彎曲；另一種是基板的直接敷銅基板焊
接面為平面、基板的安裝面為曲面的預變形結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)點是通過對基板進行一定的預變形，使得它在通過 高溫回流焊接后，基板的安裝面回復到平面。這不僅可以做到在不改 變材料的情況下，達到了減小接觸熱阻的作用，大大延長模塊的使用 壽命，而且也是一種比較經(jīng)濟的制造方法。


圖1表示絕緣柵雙極型晶體管模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2表示原普通平面基板釬焊前的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3表示原普通平面基板釬焊后變形的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4表示本發(fā)明實施例一基板釬焊前的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5表示本發(fā)明實施例一基板釬焊后的結(jié)構(gòu)示意圖 圖6表示本發(fā)明實施例二基板釬焊前的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7表示本發(fā)明實施例二基板釬焊后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
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現(xiàn)結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例一 如圖4和圖5所示，本發(fā)明包括基板1和直接敷銅基 板4，直接敷銅基板4和基板1之間是釬焊焊接。基板1具有一定的 預變形結(jié)構(gòu)。該基板l的預變形結(jié)構(gòu)是弧形彎曲的預變形結(jié)構(gòu)，且向 直接敷銅基板4方向弧形彎曲。如用兩面都是平整的平面普通基板進 行彎曲，彎曲的時候，按要求控制弧形彎曲預變形基板的彎曲度。彎 曲度控制的原則是弧形彎曲預變形基板應在高溫回流焊接后正好變 平。確定具體彎曲度的方法是通過實驗或有限元方法計算獲得。對長 度為100mm的弧形彎曲預變形基板，彎曲程度控制在弧頂高出邊端 d:O.l mm-0.25mm t間。
實施例二如圖6和圖7所示，本發(fā)明包括基板1和直接敷銅基 板4，直接敷銅基板4和基板1之間是釬焊焊接?；?具有一定的 預變形結(jié)構(gòu)，該基板的預變形結(jié)構(gòu)是基板1的直接敷銅基板4焊接面 呈平面、基板1的安裝面6呈曲面的預變形結(jié)構(gòu)。這種基板1在進行 加工的時候，對基板l的釬焊面加工成平面，安裝面6加工成一定曲 率的曲面。曲面的曲率按要求確定。曲率的確定通過實驗或有限元方 法計算獲得。對于100mm的基板，安裝面6的曲面頂部控制在高于 邊端a=0.〗mm-0.3mm之間。
本發(fā)明中的絕緣柵雙極型晶體管英文全稱是insulted gate bipolar什ansisto「，縮寫為IGBT 。直接敷銅基板英文全稱是direct bonded copper縮寫為DBC。
權(quán)利要求
1、一種用于絕緣柵雙極型晶體管模塊的基板，包括基板和直接敷銅基板，其特征在于基板具有預變形結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于絕緣柵雙極型晶體管模塊的 基板，其特征在于基板的預變形結(jié)構(gòu)是弧形彎曲的預變形結(jié)構(gòu)，且向 直接敷銅基板方向彎曲。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于絕緣柵雙極型晶體管模塊的 基板，其特征在于弧形彎曲預變形基板的彎曲度按要求確定，對于長 度為100mm的弧形彎曲預變形基板，彎曲程度控制在弧頂高出邊端 chO.l mm-0.25mm之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于絕緣柵雙極型晶體管模塊的 基板，其特征在于基板的預變形結(jié)構(gòu)是基板的直接敷銅基板焊接面呈 平面、基板的安裝面呈曲面的預變形結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于絕緣柵雙極型晶體管模塊的 基板，其特征在于曲面的曲率按要求確定，對于100mm的基板，安 裝面的曲面頂部控制在高于邊端a=0.1mm-0.3mm之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于絕緣柵雙極型晶體管模塊的 基板，其特征在于直接敷銅基板和基板之間是釬焊焊接的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于絕緣柵雙極型晶體管模塊的基板，它包括基板和直接敷銅基板，基板具有一定的預變形結(jié)構(gòu)。預變形結(jié)構(gòu)有二種，一種是弧形彎曲的預變形結(jié)構(gòu)，且向直接敷銅基板方向彎曲；另一種是基板的直接敷銅基板焊接面為平面、基板的安裝面為曲面的預變形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過對基板進行一定的預變形，使得它在通過高溫回流焊接后，基板的安裝面回復到平面，這不僅可以做到在不改變材料的情況下，達到了減小接觸熱阻的作用，大大延長模塊的使用壽命，而且也是一種比較經(jīng)濟的制造方法。
文檔編號H01L25/07GK101587867SQ20091009741
公開日2009年11月25日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者余傳武, 劉志宏, 姚禮軍, 張宏波, 華 沈, 胡少華, 金曉行, 鳴 雷 申請人:嘉興斯達微電子有限公司