一种具有弧形凸起的IGBT模块用底板制造技术

一种IGBT模块用底板，通过将该底板的正面设计成平面结构，背面设计成弧形凸起结构，可以在取得表面应力分布均匀的情况下，同时降低中间区域的形变量，从而使得位于该底板上的IGBT器件具有更加稳定的承载面，提高整个IGBT模块的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及IGBT (绝缘栅双极型晶体管)器件领域，具体地说，是一种IGBT模块用底板结构。
技术介绍
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是国际上公认的电力电子技术第二次革命的最具代表性的产品，是目前电力电子
中最具有优势的功率器件之一。IGBT是一种具有MOS输入、双极输出功能的M0S、双极相结合的器件。IGBT广泛应用于电机节能、冶金、新能源、输变电、汽车电子、轨道交通、家用电器等国民经济各领域，是中国建设资源节约型和环境友好型社会不可缺少的关键技术之一。IGBT在上世纪80年代初研制成功，其性能经过二十几年的不断提高和改进，己成熟地应用于中高频大功率领域。它将MOSFET的电压控 制、控制功率小、易于并联、开关速度高的特点和双极晶体管的电流密度大、电流处理能力强、饱和压降低的特点集中于一身，表现出易驱动、低导通压降、较快开关速度、高耐压、大电流、高频率等优越的综合性能。IGBT器件目前的电压范围己经扩到600至6500伏，电流范围己经扩到几千安培，频率范围己经扩到几十千赫。IGBT芯片根据电流应用范围采用混合封装技术为基础的多芯片功率模块或传统的分立功率器件封装形式。底板是大功率IGBT模块必不可少的一部分，它不仅为整个模块提供物理支撑，更是功率模块的散热通道，底板的设计既要保证自身具有良好的物理特性，又要能够实现与DBC基片和散热器的良好接触。对于大功率IGBT模块，由于功率损耗很大，应用时要在模块外部安装散热器，请见图I和图2，图I是一种现有的IGBT模块内部结构示意图。如图所示，IGBT模块中底板3的正面焊接有DBC芯片1，背面则通过6颗螺钉21安装了散热器3。普通结构的底板与散热器3进行组装后，由于底板正反两面都是平板，表面的应力分布以螺钉处最大，然后向外辐射，整个底板2的应力分布非常不均匀，焊接在底板2正面的DBC基片容易受应力影响而损坏，给正常使用带来影响。为了解决上述问题，一种解决方法是将底板设计成弧形结构，如图3所示。底板的正面和反面为互相平行的弧面。在这种结构中，当在底板背面固定散热器时，在旋紧螺钉的过程中能够依赖底板自身的弹性应力中和掉一部分螺钉的旋紧带来的应力，使得底板表面的应力更加平均。然而这种结构中，底板受螺钉向外的拉力作用，会在径向方向上发生一个明显的形变。这种形变也会导致DBC基片的损坏。因此，有必要对现有的底板结构进行设计，以改进现有技术中底板对DBC基片的不良影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种IGBT模块的底板结构，该底板不仅可以降低由固定散热器带来的表面应力不均问题，同时也不会在因为在旋紧螺钉的过程中使底板产生太多的形变，从而保护了位于底板正面的IGBT器件，提高了产品的可靠性。根据本专利技术的目的提出的一种IGBT模块的底板，该底板包括用于焊接DBC基片的正面，以及相对于该正面的背面，所述正面为平面结构，所述背面为弧面凸起结构。优选的，所述背面的弧面凸起结构以所述背面的中心为最高点，沿两条对角线往边缘逐渐下降。进一步地,上述弧面最高点处相对边缘最低点处的高度约为100um-500um之间。优选的，所述弧面凸起结构为同半径的球面截面、弧面上各点处半径不相同的非球面弧面或抛物面中的一种。优选的，所述背面在固定散热器后，其弧面凸起结构产生的形变恰巧使得该背面与该散热器的接触面贴合。上述的底板结构，通过将正面设计成平面结构，背面设计成弧形凸起结构，可以在 取得表面应力分布均匀的情况下，同时降低中间区域的形变量，从而使得位于该底板上的IGBT的器件具有更加稳定的承载面，提高整个IGBT模块的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。图I是一种现有的IGBT模块内部结构示意图；图2是图I中的底板与散热器组装后的示意图；图3是另一种现有技术中的底板结构不意图；图4是本专利技术的IGBT模块底板的结构示意图；图5A至5C给出了底板在固定散热器之后，本专利技术的底板结构同现有技术中两个底板结构的应力模拟图；图6A至6B给出了底板在固定散热器之后，本专利技术的底板结构同现有技术中双面弧形结构的底板的形变模拟图。具体实施例方式正如
技术介绍
中所述，现有技术中，平板型的底板，在接受散热器固定后，受螺钉的影响，底板表面的应力分布不均，容易导致与之连接的DBC基片的损坏。而双面弧形的底板，虽然能够缓解表面应力不均的问题，但是在固定散热器之后，受螺钉拉力的影响，会产生比较大的形变，这也会造成DBC基片的损坏。有鉴于此，本专利技术提出的一种能够解决上述两个弊端的底板结构。该底板在焊接DBC基片的正面设置成平面，而相对于正面的背面则设置成弧面凸面。如此一来，在固定散热器时，对于散热器四周的螺钉在旋紧的过程中产生的应力，依赖背面的弧面凸起的抵持作用，使底板正面表面的应力分布集中于螺钉处，而在DBC基片分布较集中的中间区域的应力，则形成应力较小且变化梯度均匀的区域，使得IGBT模块内部受应力的影响减少到最少。同时，相对于两面都是弧形结构的底板结构来说，背面的弧形结构发生的形变带动正面的形变量大大减小，因此进一步减少了对IGBT模块内部的影响。进一步地，通过对弧面弧度的优化，使得固定完成散热器之后，背面的弧面产生的形变恰巧使得该背面与散热器的接触面贴合。如此一来，可以使得散热器的接触面积最大化，保证散热效果。另外，对于背面的这种弧面凸起结构本身，可以是一种较广意义上的弧面定义，SP该弧面除了可以是同半径的球面截面之外，还可以是弧面上各点出半径不相同的非球面弧面，还可以是开口较大的抛物面等。对于各种不同结构的弧面，可以结合底板本身的材料性质，以及底板厚度、面积等尺寸定义，进行搭配。只要能满足本专利技术上述两个优点即可。下面将通过具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参见图4，图4是本专利技术的IGBT模块底板的结构示意图。如图所示，该底板10具有用于焊接DBC基片的正面110，以及相对于该正面的背面120。其中正面110为平面结构，背面120为弧面凸起结构。底板10的材质可以是铜、铜合金、铝、铝合金以及其它一些具有热导率高、强度高、热膨胀系数小和重量轻的材质。背面120的弧面凸起结构以该背面120的中心为最高点，沿两条对角线往边缘逐渐下降。其中该最高点相对边缘最低点的高度约为100um-500um之间，视不同尺寸规格和材质的底板而定。进一步地，该弧面凸起结构可以是同半径的球面截面、弧面上各点出半径不相同的非球面弧面、开口较大的抛物面等。对于各种不同结构的弧面，可以结合底板本身的材料 性质，以及底板厚度、面积等尺寸定义，进行搭配。比如在底板的面积较大时，由于相对的弹性形变量也大，可以将弧面的设计成具有大曲率的凸起。而当底板本身材质较硬时，则可以设计较为平坦的弧面。进一步地，通过对弧面弧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT模块用底板，该底板包括用于焊接DBC基片的正面，以及相对于该正面的背面，其特征在于：所述正面为平面结构，所述背面为弧面凸起结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于凯，
申请(专利权)人：西安永电电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：