一种功率器件直接焊接装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种功率器件直接焊接装置；所述功率器件直接焊接装置包括铜基板、DBC板、芯片、丝印焊膏板、金属夹具和金属焊料；所述铜基板、DBC板和芯片共同构成功率器件；所述铜基板位于整个功率器件的底端；所述DBC板焊接于所述铜基板上；所述芯片焊接于所述DBC板上；所述金属夹具夹持所述铜基板；所述丝印焊膏板的表面设置有丝印图案，所述金属焊料预涂覆于所述丝印焊膏板的丝印图案上；本实用新型专利技术能够实现功率器件与散热器的直接焊接，同时降低了焊接空洞率、焊料浪费和焊接溢锡溢料，适用于各种封装形式，成本低廉。

A direct welding device for power devices

【技术实现步骤摘要】
一种功率器件直接焊接装置
本技术涉及电力电子散热
，尤其涉及一种功率器件直接焊接装置。
技术介绍
功率器件分为分立器件和功率模块等两大类封装形式。在电路系统中，两类封装形式的功率器件都需要进行合理的散热设计。首先，分立器件的散热设计包含两类方式：1)与散热器直接组装，器件与散热器间通过导热绝缘垫片相连；2)直接焊接到带绝缘层的铝基板上，由于焊接材料为金属焊料，导热性能相对更好。直接焊接采用回流焊的方式，直接加热融化焊料，使功率器件的铜散热板与器件散热器(板)形成金属焊料互联。但由于焊料融化时，助焊剂等会产生挥发性气体，在非真空环境下很难排出，焊接完成后，往往具有较高的空洞率。其次，功率模块的散热设计更加困难，由于功率模块的铜基板面积较大，传统涂覆焊膏的焊接方式将同样产生严重空洞率问题；另一个原因是传统涂覆焊膏方式需要涂覆焊膏面积等于功率器件铜基板面积，焊料浪费严重，而且会产生严重的溢料现象。因此，功率模块的散热设计方案往往退而求其次，用导热性较差的导热硅脂作为模块和散热器接触面的过渡材料，直接组装；但是导热硅脂存在热导率远低于金属的天然的弊端，功率模块与散热器最理想的连接方式为金属无损互联。为了解决这一问题，业界很多知名公司开始开发功率模块与散热器一体化产品，在一定程度上满足了某些特定领域的应用需求；但其封装形式特殊，在大多数应用领域不能通用，另外价格高昂，根本不足以满足市场需求。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的不足之处，本技术的目的在于提供一种功率器件直接焊接装置，以解决现有技术中的不足。为了实现上述目的，本技术提供了一种功率器件直接焊接装置，所述直接焊接装置包括铜基板、DBC板、芯片、丝印焊膏板、金属夹具和金属焊料；所述铜基板、DBC板和芯片共同构成功率器件；所述铜基板位于整个功率器件的底端；所述DBC板焊接于所述铜基板上；所述芯片焊接于所述DBC板上；所述金属夹具夹持所述铜基板；所述丝印焊膏板的表面设置有丝印图案，所述金属焊料预涂覆于所述丝印焊膏板的丝印图案上。优选地，所述芯片位置的焊料涂覆密度大于所述DBC板位置的焊料涂覆密度。优选地，所述丝印焊膏板表面的丝印图案由各种简易图案构成，图案之间具有一定间距，间距大小为1um-5mm范围。优选地，所述金属夹具与所述铜基板螺纹固接，固接处设置有螺纹通孔，能够产生50N-200N的压力。优选地，所述金属焊料采用低温涂覆于所述丝印焊膏板上，焊接回流曲线温度为125℃-200℃。本技术的工作原理如下：1)所述金属焊料预涂覆于所述功率器件的铜基板的表面或直接涂覆到所述丝印焊膏板的表面；2)所述功率器件采用所述金属夹具固定；3)所述金属夹具、丝印焊膏板、DBC板上设置对准标记，三者之间同时对准或两两对准；对准标记或者为激光自对准设计；或者设计对准图案、对准卡槽等进行手动对准进行焊膏预涂覆；4)对准后，所述丝印焊膏板上的丝印图案能够精确涂覆到功率器件的相应位置；5)涂覆完毕后取走所述丝印焊膏板，所述丝印焊膏板可重复利用。同现有技术相比，本技术的有益效果体现在：1)功率器件直接焊接，实现器件与散热器通过金属焊料互联，大幅提高了产品的散热效率；接触界面热导率达到250-300W/mk，远高于现有技术导热硅脂的热导率1-5W/mk。2)预涂覆焊膏技术，在所述丝印焊膏板设计时，充分考虑到功率器件内部封装布局、对铜基板表面产生的应力以及形变。3)通过丝印版图案密度合理变化，体现焊接界面的焊料填充量；通过所述丝印焊膏板的设计，能够实现对功率器件铜基板表面微小形变的充分填充。4)丝印板图案间隙在功率器件与散热器施加压力组装的过程中能够释放接触界面中的气体。5)丝印板图案间隙在功率器件与散热器低温焊接过程中能够继续释放助焊剂产生的挥发气体；实现大面积焊接具有很低的空洞率。6)所提出的直接焊接方法适用于各种封装形式功率模块，适合大规模自动化应用。7)本技术成本低廉，适合终端产品生产厂家应用。8)应用本技术，相同功率等级的产品可大幅减小散热器材料的成本投入，同时使系统的体积更小，成本更低。9)本技术适用各种功率组件产品，如变频器、逆变器、电机控制器等。附图说明图1为本技术的一种功率器件直接焊接装置的结构示意图。具体实施方式为了能够进一步了解本技术的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本技术的技术方案，并非限定本技术。首先，如图1所示，图1是本技术的一种功率器件直接焊接装置的结构示意图；所述直接焊接装置主要包括铜基板1、DBC板2、芯片3、丝印焊膏板4、金属夹具5和金属焊料6；所述铜基板1、DBC板2和芯片3共同构成了功率器件；所述铜基板1位于整个功率器件的底端；所述DBC板2焊接于所述铜基板1上；所述芯片3焊接于所述DBC板2上；所述金属夹具5夹持所述铜基板1；所述丝印焊膏板4的表面设置有丝印图案，所述金属焊料6预涂覆于所述丝印焊膏板4的丝印图案上。所述铜基板1与散热器参考表面直接金属接触的部位具有良好的金属级热导率，然而微小凸起部位容易产生气隙，这些部位需要填充满金属焊料。功率器件内部的所述DBC板2对应位置和芯片3对应位置都会使功率器件的铜基板1产生极其微小的凸起形变。在所述芯片3对应的位置，因为同时叠加了所述芯片3的应力和所述DBC板2的焊接应力，在所述铜基板1上产生的应力变化会更加明显。当功率器件在进行高压大电流功率时，所述芯片3会产生很高的热能，需要被耗散出去；所以所述芯片3的位置既是热源位置，又是极易产生与散热器接触气隙的位置。进一步地，所述丝印焊膏板4的设计遵循如下设计规则：1)在功率器件与散热器良好金属接触部位进行低密度焊膏涂覆；2)在功率器件DBC板2的位置加大焊膏涂覆密度；3)在功率器件的芯片3位置进一步加大焊膏涂覆密度。本方法能够高效填充所述铜基板1表面形变造成的气隙；气隙被金属焊料6填充，使所述铜基板1与散热器形成良好的金属互联，极大提高散热效率。此外，所述丝印焊膏板4上的图形可采用圆形、方形、菱形、多边形等各种简易图案构成，图案按照一定规则排列成阵列形式，图案之间具有一定间距，间距大小为1um-5mm范围。另外，所述直接焊膏技术包括如下步骤：1)金属焊料6涂覆于所述铜基板1的表面，或者直接涂覆于所述丝印焊膏板4的表面；2)功率模块采用所述金属夹具5固定；3)所述金属夹具5、丝印焊膏板4、DBC板2上设置对准标记，使三者之间能够实现同时对准或两两对准；4)对准后，丝印图案能够精确涂覆到功率器件或者散热器的相应位置；对准标记可以为激光自对准设计，进行自动化涂覆印刷；也可以设计对准图案、对准卡槽等进行手动对准进行焊膏预涂覆。5)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率器件直接焊接装置，其特征在于，所述直接焊接装置包括铜基板(1)、DBC板(2)、芯片(3)、丝印焊膏板(4)、金属夹具(5)和金属焊料(6)；其中，所述铜基板(1)、DBC板(2)和芯片(3)共同构成功率器件；所述铜基板(1)位于整个功率器件的底端；所述DBC板(2)焊接于铜基板(1)上；所述芯片(3)焊接于DBC板(2)上；所述金属夹具(5)夹持铜基板(1)；所述丝印焊膏板(4)的表面设置有丝印图案，所述金属焊料(6)预涂覆于所述丝印焊膏板(4)的丝印图案上。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率器件直接焊接装置，其特征在于，所述直接焊接装置包括铜基板(1)、DBC板(2)、芯片(3)、丝印焊膏板(4)、金属夹具(5)和金属焊料(6)；其中，所述铜基板(1)、DBC板(2)和芯片(3)共同构成功率器件；所述铜基板(1)位于整个功率器件的底端；所述DBC板(2)焊接于铜基板(1)上；所述芯片(3)焊接于DBC板(2)上；所述金属夹具(5)夹持铜基板(1)；所述丝印焊膏板(4)的表面设置有丝印图案，所述金属焊料(6)预涂覆于所述丝印焊膏板(4)的丝印图案上。


2.根据权利要求1所述的直接焊接装置，其特征在于，所述芯片(3)位置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学华，
申请(专利权)人：北京易威芯能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11