铜片连接结构、模块及连接方法技术

本发明专利技术涉及功率半导体安装连接技术领域，提供一种铜片连接结构、模块及连接方法，其中，铜片连接结构，包括铜片、芯片以及焊接层；芯片具有供铜片连接的连接面；铜片具有焊接面，焊接面与连接面对应设置；焊接层设置在连接面与焊接面之间，连接面与焊接面通过焊接层焊接连接。铜或者铜合金与铝相比有更低的膨胀系数，且数值远低于传统的铝绑定线，焊接层与连接面以及与焊接面均存在接触界面，如此的设置能够大量减少接触界面之间的膨胀系数差值，确保连接面与焊接面之间的接触界面能够在承受持续的温度变化时，仍然有着较高的剪切强度，大大减少因温度变化而产生的应力变化机械疲劳，具有连接质量高，连接稳定性较强的优点。连接稳定性较强的优点。连接稳定性较强的优点。

【技术实现步骤摘要】
铜片连接结构、模块及连接方法


[0001]本专利技术涉及功率半导体安装连接
，特别是涉及一种铜片连接结构、模块及连接方法。

技术介绍

[0002]在电源、电力电子变换器的应用中，功率半导体器件被广泛采用，在功率较大的场合下，功率半导体器件一般使用模块的封装形式。
[0003]功率模块主要由金属底板、焊接层、覆铜陶瓷基板、绝缘散热树脂薄膜或其他绝缘散热材料、绑定线、外壳以及硅胶等组成；芯片通过焊接固定到覆铜陶瓷基板的散热材料上后，通过铝键合线、铝带键合进行电气连接，再通过回流焊或烧结等工艺将覆铜陶瓷基板者，以及其他它绝缘散热材料焊接到金属底板上，功率半导体芯片的发出的热通过覆铜陶瓷基板或者其他绝缘散热材料，焊接层传导到金属底板上，通过特殊设计的冷区液将热量进行散热。
[0004]其中，键合铝线或者铝带的膨胀系数与硅基芯片或者碳化硅芯片的膨胀系数并不匹配，且整体数值相差较大，高低温度变化时，会产生相互不匹配的热膨胀量，此时，两种材料之间的接触面将会出现应力变化机械疲劳的问题，将降低功率模块和功率产品的功率循环寿命。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种铜片连接结构、模块及连接方法，具有连接质量高，连接稳定性较强的优点。
[0006]一种铜片连接结构，包括铜片、芯片以及焊接层；所述芯片具有供所述铜片连接的连接面；所述铜片具有焊接面，所述焊接面与所述连接面对应设置；所述焊接层设置在所述连接面与所述焊接面之间，所述连接面与所述焊接面通过所述焊接层焊接连接。
[0007]与现有技术相对比，铜或者铜合金与铝相比有更低的膨胀系数，且数值远低于传统的铝绑定线，焊接层与连接面以及与焊接面均存在接触界面，如此的设置能够大量减少接触界面之间的膨胀系数差值，确保连接面与焊接面之间的接触界面能够在承受持续的温度变化时，仍然有着较高的剪切强度，大大减少因温度变化而产生的应力变化机械疲劳，确保了芯片与铜片之间的连接可靠性，具有连接质量高，连接稳定性较强的优点。
[0008]在其中一个实施例中，所述焊接层具有焊接材料，所述焊接材料包括纯银或银合金。
[0009]在其中一个实施例中，所述焊接层包括银膜。
[0010]在其中一个实施例中，所述铜片的厚度设置为0.1mm
‑
1.0mm。
[0011]在其中一个实施例中，所述铜片镂空设置有至少一个结构特征。
[0012]在其中一个实施例中，所述结构特征呈腰型孔或圆形孔设置。
[0013]本申请还提供一种功率模块，包括上述方案所述的铜片连接结构。
[0014]在其中一个实施例中，所述功率模块还包括：陶瓷基板，所述芯片设置在所述陶瓷基板上；散热板，所述散热板贴合式设置在所述陶瓷基板的底部；以及外壳，所述外壳罩设在所述陶瓷基板外，所述外壳与所述散热板贴合形成供所述陶瓷基板收纳安装的密闭空腔。
[0015]在其中一个实施例中，所述密闭空腔内填充有凝胶。
[0016]本专利技术还提供一种铜片连接结构的连接方法，所述铜片连接结构的连接方法包括以下步骤：将焊接层放置在芯片的连接面上；将铜片的焊接面通过所述焊接层与所述连接面贴合连接，以得到待焊接的铜片连接机构；将待焊接的所述铜片连接机构移动至焊接工作区，并对所述连接面与所述焊接面进行预压紧；对所述连接面进行焊接，得到所述铜片连接结构。
[0017]与现有技术相对比，铜片与芯片的连接，连接面与焊接面形成的焊接面积较大，较大的焊接面积同样能够增强功率循环的寿命。另外，铜片的电导率相比于铝材有一定的提高，且使用铜片连接时，相比于铝绑定线的载流截面积有明显的提高，两方面都会极大的提高功率产品的载流能力，降低模块的封装电阻和寄生电感。再者，当连接结构引用于车用功率器件时，车用功率器件需要更高的功率要求，并且要求车用功率器件在更高的工作节温下进行工作，铜片相比于铝绑定线能适应更高的工作节温，得益于铜片优异的导热性能，在同等节温的下，使用铜片连接上的芯片的温度分布得更加均匀，整体具备极高的使用实用性。
附图说明
[0018]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术一实施例中连接结构的具体结构示意图；图2是本专利技术一实施例中功率模块的具体结构示意图；图3是本专利技术一实施例中连接结构的焊接原理示意图。
[0021]附图标记说明：10、铜片；101、焊接面；102、结构特征；20、芯片；201、连接面；30、焊接层；40、散热板；50、外壳；60、密闭空腔；70、夹具治具；80、陶瓷基板。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0023]在电源、电力电子变换器的应用中，功率半导体器件被广泛采用，其中，键合铝线或者铝带的膨胀系数与硅基芯片或者碳化硅芯片的膨胀系数并不匹配，且整体数值相差较大，高低温度变化时，会产生相互不匹配的热膨胀量，此时，两种材料之间的接触面将会出现应力变化机械疲劳的问题，将降低功率模块和功率产品的功率循环寿命。基于此，本申请提供一种铜片连接结构、模块及连接方法，具有连接质量高，连接稳定性较强的优点，其具体方案如下：参照图1、图2以及图3所示，本申请提供的一种铜片连接结构，包括铜片10、芯片20以及焊接层30。其中，芯片20具有供铜片10连接的连接面201，铜片10具有焊接面101，焊接面101与连接面201对应设置。焊接层30设置在连接面201与焊接面101之间，连接面201与焊接面101通过焊接层30焊接连接。
[0024]与现有技术相对比，铜或者铜合金与铝相比有更低的膨胀系数，且数值远低于传统的铝绑定线，焊接层30与连接面201以及与焊接面101均存在接触界面，如此的设置能够大量减少接触界面之间的膨胀系数差值，确保连接面201与焊接面101之间的接触界面能够在承受持续的温度变化时，仍然有着较高的剪切强度，大大减少因温度变化而产生的应力变化机械疲劳，确保了芯片20与铜片10之间的连接可靠性，具有连接质量高，连接稳定性较强的优点。
[0025]进一步的作用效果详述，在该实施例中，铜片10与芯片20的连接，连接面201与焊接面101形成的焊接面101积较大，较大的焊接面101积同样能够增强功率循环的寿命。另外，铜片10的电导率相比于铝材有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜片连接结构，其特征在于，包括铜片、芯片、焊接层以及陶瓷基板；所述芯片设置在陶瓷基板上，所述芯片具有供所述铜片连接的连接面，所述连接面为所述芯片背离所述陶瓷基板的一面；所述铜片具有焊接面，所述焊接面与所述连接面对应设置；所述焊接层设置在所述连接面与所述焊接面之间，所述连接面与所述焊接面通过所述焊接层焊接连接。2.根据权利要求1所述的铜片连接结构，其特征在于，所述焊接层具有焊接材料，所述焊接材料包括纯银或银合金。3.根据权利要求2所述的铜片连接结构，其特征在于，所述焊接层包括银膜。4.根据权利要求1所述的铜片连接结构，其特征在于，所述铜片的厚度设置为0.1mm
‑
1.0mm。5.根据权利要求1所述的铜片连接结构，其特征在于，所述铜片镂空设置有至少一个结构特征。6.根据权利要求5所述的铜片连接结构，其特征在于，所述结构特征呈腰型孔或圆形孔设置。7.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔晓，王咏，闫鹏修，朱贤龙，刘军，
申请(专利权)人：广东芯聚能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：