散热底板、散热元件及IGBT模组制造技术

本公开涉及一种散热底板、散热元件及IGBT模组，该散热底板包括铝碳化硅板和散热柱，铝碳化硅板具有相对设置的第一主表面和第二主表面，铝碳化硅板的表面由位于第一主表面的散热柱焊接区、位于第二主表面的覆铜陶瓷基板焊接区和非焊接区组成；散热柱焊接于散热柱焊接区，至少非焊接区上包覆有第一金属镍层，散热柱焊接区上包覆或不包覆有第一金属镍层；在散热柱焊接区上包覆有第一金属镍层的情况下，散热柱焊接于散热柱焊接区的第一金属镍层上；在散热柱焊接区不包覆有第一金属镍层的情况下，散热柱直接焊接于第一主表面上；第一金属镍层的厚度为4～20μm。该散热底板热导率高、线膨胀系数适宜，能够提高模块封装性能稳定性和散热性能、延长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
散热底板、散热元件及IGBT模组
本公开涉及功率模块领域，具体地，涉及一种散热底板、散热元件及IGBT模组。
技术介绍
目前用于大功率IGBT模块封装底板主要为Cu(铜)底板及AlSiC(铝硅碳)底板。相比Cu底板，AlSiC底板的线膨胀系数与陶瓷线路基板及芯片的热匹配更为优异，热应力更小，且AlSiC比强度高，可使模块封装性能更为稳定，提高使用寿命。然而，目前所制备的高导热AlSiC热导率为200W/(m·K)，与铜热导率380W/(m·K)相比有一定差距，且AlSiC底板的散热Pin针为Al(铝)材质，导热仅150W/(m·K)更加限制了与冷却液接触散热的效率。同时，现有AlSiC散热底板生产过程中AlPin针通过模具直接铸造成形，Pin针脱模时模具所受摩擦力大，容易损坏，模具成本较高。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种散热底板，该散热底板导热性好且其线膨胀系数与陶瓷线路基板及芯片的匹配性高。为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种散热底板，该散热底板包括铝碳化硅板和散热柱，所述铝碳化硅板具有相对设置的第一主表面和第二主表面，所述铝碳化硅板的表面由位于所述第一主表面的散热柱焊接区、位于所述第二主表面的覆铜陶瓷基板焊接区和非焊接区组成；所述散热柱焊接于所述散热柱焊接区，至少所述非焊接区上包覆有第一金属镍层，所述散热柱焊接区上包覆或不包覆有所述第一金属镍层；在所述散热柱焊接区上包覆有所述第一金属镍层的情况下，所述散热柱焊接于所述散热柱焊接区的所述第一金属镍层上；在所述散热柱焊接区不包覆有所述第一金属镍层的情况下，所述散热柱直接焊接于所述第一主表面上；所述第一金属镍层的厚度为4-20μm。可选地，所述散热柱为金属铜散热柱或铜合金散热柱。可选地，所述散热柱形成为圆柱体或圆台体，所述散热柱的轴向与所述铝碳化硅板的第一主表面垂直，且所述散热柱的一端与所述铝碳化硅板焊接、另一端为自由端。可选地，所述散热柱的直径为1～6mm、轴向高度为3～10mm，所述散热柱的拔模角为0°～5°。可选地，该散热底板包括多个平行间隔设置的所述散热柱，相邻两个所述散热柱的距离为2.5～15mm。可选地，所述散热柱的表面包括焊接面和所述焊接面以外的非焊接面，至少所述非焊接面上包覆有第二金属镍层，所述焊接面上包覆或不包覆有所述第二金属镍层；在所述焊接面上包覆有所述第二金属镍层的情况下，所述散热柱焊接区与所述焊接面之间还具有所述第二金属镍层，在所述焊接面不包覆有所述第二金属镍层的情况下，所述散热柱焊接区直接与所述焊接面焊接连接。可选地，所述第二金属镍层的厚度为2～20μm。可选地，所述散热底板还包括第三金属镍层，所述第三金属镍层包裹所述散热底板的所有表面。可选地，所述第三金属镍层的厚度为2～20μm。可选地，所述散热底板包括设置于所述散热柱与所述第一主表面之间的焊料层。可选地，所述焊料层包括铅基焊料层和/或无铅焊料层。本公开第二方面提供一种散热元件，该散热元件包括本公开第一方面所述的散热底板。可选地，该散热元件还包括覆铜陶瓷基板，所述覆铜陶瓷基板贴合地焊接于所述覆铜陶瓷基板焊接区。可选地于，所述覆铜陶瓷基板包括陶瓷绝缘板，所述陶瓷绝缘板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述陶瓷绝缘板的第一表面和第二表面分别设有厚度不等的第一铜层和第二铜层，所述第一铜层贴合地焊接于所述覆铜陶瓷基板焊接区。可选地，所述第一铜层和第二铜层的厚度之比为(0.5～0.9)：1，所述第二铜层的厚度为0.1～0.5mm。可选地，所述陶瓷绝缘板为氧化铝板、氮化铝板和氮化硅板中的至少一种。本公开第三方面提供一种IGBT模组，该IGBT模组包括IGBT电路板和本公开第二方面所述的散热元件。通过上述技术方案，本公开的散热底板包括铝碳化硅板和焊接于所述铝碳化硅板上的含铜散热柱，使得散热底板具有与陶瓷线路基板更匹配的线膨胀系数，能够提高模块封装性能稳定性，延长使用寿命；散热底板中具有的高热导率的含铜散热柱进一步提升了散热性能。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1是本公开的散热底板的一种具体实施方式的结构分解示意图。图2是本公开的散热元件的另一种具体实施方式的结构示意图。附图标记说明1铝碳化硅板3焊料层4散热柱51第一金属镍层6DBC焊料层7覆铜陶瓷基板71第二铜层72第一铜层73陶瓷绝缘板具体实施方式以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指装置在正常使用状态下的上和下。“内、外”是针对装置本身的轮廓而言的。如图1和图2所示，本公开第一方面提供一种散热底板，该散热底板包括铝碳化硅板1和散热柱4，铝碳化硅板1具有相对设置的第一主表面和第二主表面，铝碳化硅板1的表面由位于第一主表面的散热柱焊接区、位于第二主表面的覆铜陶瓷基板焊接区和非焊接区组成；散热柱4焊接于散热柱焊接区，至少非焊接区上包覆有第一金属镍层51，散热柱焊接区上包覆或不包覆有第一金属镍层51；在散热柱焊接区上包覆有第一金属镍层51的情况下，散热柱4焊接于散热柱焊接区的第一金属镍层51上；在散热柱焊接区不包覆有第一金属镍层的情况下，散热柱直接焊接于第一主表面上；第一金属镍层的厚度为4～20μm。本公开的散热底板包括铝碳化硅板和焊接于所述铝碳化硅板上的含铜散热柱，使得散热底板具有与陶瓷线路基板更匹配的线膨胀系数，能够提高模块封装性能稳定性，延长使用寿命；散热底板中具有的高热导率的含铜散热柱进一步提升了散热性能。根据本公开，含铜散热柱的含义为本领域技术人员所熟知的，即散热柱的材料中含有金属铜，散热柱中还可以还有无机非金属材料和/或金属材料，例如可以含有金属锌、锰、铝、锡、铅、硅和银中的一种或几种，进一步地，为了提高散热柱的散热效果，散热柱可以为金属铜散热柱或铜合金散热柱，例如为黄铜散热柱、紫铜散热柱、青铜散热柱和白铜散热柱中的至少一种。散热柱中铜的含量可以在较大范围内变化，例如金属铜的重量含量可以为60～100％，优选为90～100％。根据本公开，散热柱的形状没有特别要求，例如可以为一端焊接于铝碳化硅板、另一端为自由端的柱状体，在本公开的一种具体实施方式中，散热柱可以形成为圆柱体或圆台体，散热柱的轴向可以与铝碳化硅板的第一主表面垂直，以便于焊接操作和提高散热效果，圆柱体或圆台体的其中一个底面可以与铝碳化硅板焊接连接，与之相对的另一端可以为自由端，其中在圆台体散热柱的实施方式中，圆台体散热柱的大端可以与铝碳化硅板焊接连接，小端可以为自由端，以便于拔模并进一步提高散热效果。进一步地，散热柱的直径可以为1～6mm，优选为2.5～4.5mm；轴向高度可以为3～10mm，优选为5～8mm；散热柱的拔模角可以为0°～5°，优选为0°～2°。在本公开的其他实施方式中，散热柱可以为棱柱体如三棱柱、四棱柱和五棱柱中的至少一种。根据本公开，散热底板中散热柱的个数不限，可以为一个或多个，进一步地，为了提高散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种散热底板，其特征在于，该散热底板包括铝碳化硅板和散热柱，所述铝碳化硅板具有相对设置的第一主表面和第二主表面，所述铝碳化硅板的表面由位于所述第一主表面的散热柱焊接区、位于所述第二主表面的覆铜陶瓷基板焊接区和非焊接区组成；所述散热柱焊接于所述散热柱焊接区，至少所述非焊接区上包覆有第一金属镍层，所述散热柱焊接区上包覆或不包覆有所述第一金属镍层；在所述散热柱焊接区上包覆有所述第一金属镍层的情况下，所述散热柱焊接于所述散热柱焊接区的所述第一金属镍层上；在所述散热柱焊接区不包覆有所述第一金属镍层的情况下，所述散热柱直接焊接于所述第一主表面上；所述第一金属镍层的厚度为4～20μm。

【技术特征摘要】
1.一种散热底板，其特征在于，该散热底板包括铝碳化硅板和散热柱，所述铝碳化硅板具有相对设置的第一主表面和第二主表面，所述铝碳化硅板的表面由位于所述第一主表面的散热柱焊接区、位于所述第二主表面的覆铜陶瓷基板焊接区和非焊接区组成；所述散热柱焊接于所述散热柱焊接区，至少所述非焊接区上包覆有第一金属镍层，所述散热柱焊接区上包覆或不包覆有所述第一金属镍层；在所述散热柱焊接区上包覆有所述第一金属镍层的情况下，所述散热柱焊接于所述散热柱焊接区的所述第一金属镍层上；在所述散热柱焊接区不包覆有所述第一金属镍层的情况下，所述散热柱直接焊接于所述第一主表面上；所述第一金属镍层的厚度为4～20μm。2.根据权利要求1所述的散热底板，其特征在于，所述散热柱为金属铜散热柱或铜合金散热柱。3.根据权利要求1所述的散热底板，其特征在于，所述散热柱形成为圆柱体或圆台体，所述散热柱的轴向与所述铝碳化硅板的第一主表面垂直，且所述散热柱的一端与所述铝碳化硅板焊接、另一端为自由端。4.根据权利要求3所述的散热底板，其特征在于，所述散热柱的直径为1～6mm、轴向高度为3～10mm，所述散热柱的拔模角为0°～5°。5.根据权利要求1所述的散热底板，其特征在于，该散热底板包括多个平行间隔设置的所述散热柱，相邻两个所述散热柱的距离为2.5～15mm。6.根据权利要求1所述的散热底板，其特征在于，所述散热柱的表面包括焊接面和所述焊接面以外的非焊接面，至少所述非焊接面上包覆有第二金属镍层，所述焊接面上包覆或不包覆有所述第二金属镍层；在所述焊接面上包覆有所述第二金属镍层的情况下，所述散热柱焊接区与所述焊接面之间还具有所述第二金属镍层，在所述焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫清，吴波，徐强，刘成臣，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44