一種加熱板及igbt模塊的焊接方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電子封裝領域，尤其涉及一種用于IGBT模塊焊接的加熱板及IGBT模塊的焊接方法。
【背景技術】
[0002]IGBT模塊(Insulated Gate Bipolar Transistor，中文譯為絕緣柵雙極型晶體管)，是由MOSFET和雙極型晶體管復合而成的一種器件，該器件結合了大功率晶體管(GTR)及大功率場效應晶體管(MOSFET)的優(yōu)點，是比較理想的全控型器件，具有控制方便、開關速度快、工作頻率高、安全工作區(qū)大等優(yōu)點。目前商品化大功率IGBT模塊容量已經(jīng)達到750A/6500V，可滿足電力電子與電力傳動領域應用要求。
[0003]大功率IGBT模塊封裝過程中，由于底板與陶瓷覆銅板(DBC)熱膨脹系數(shù)差異較大，因此經(jīng)過大面積高溫焊接后，底板會發(fā)生變形，與散熱器接觸不良，熱阻增加。因此，底板在焊接前需要進行一定弧度的預彎，經(jīng)過預彎的底板經(jīng)過封裝工藝后仍然具有一定拱度，模塊安裝在散熱器表面時，底板與散熱器之間接觸充分，保證熱阻處于較低水平，有利于模塊散熱。商品化的IGBT模塊底板中心位置與邊緣位置存在幾百微米的高度差。
[0004]IGBT模塊回流焊工藝中，熱量通過加熱板傳導至底板，實現(xiàn)底板與DBC之間的焊接。由于底板存在拱度，底板只是中間部分與加熱板接觸，加熱板熱量通過底板中心向四周傳導，如圖1所示。因此在焊接過程中，底板中心位置兩個DBC溫度最高，四個角位置DBC溫度稍低。通過超聲波檢測發(fā)現(xiàn)，四個角位置DBC焊接空洞率明顯高于中心位置兩個DBC，較高的空洞率嚴重影響了 IGBT模塊的可靠性。
[0005]現(xiàn)有技術中，通常是通過延長焊接時間與提升焊接溫度，減小釬焊的金屬表面張力，增加焊接的浸潤性，降低焊接空洞率，改善焊接質(zhì)量。該方法有助于減小焊接空洞率，但仍存在較多問題，如:
[0006](I)焊接溫度增加，焊料中助焊劑分解加快，焊料粘度增加，助焊劑的殘留物不容易去除，有可能會增加空洞率；
[0007](2)焊接溫度過高，焊接部件氧化速率加劇，同時可能會造成芯片損壞，降低模塊可靠性；
[0008](3)延長焊接時間或提升焊接溫度，焊料中的助焊劑揮發(fā)速度過快，容易濺出金屬成分，產(chǎn)生焊錫球，降低了 IGBT模塊絕緣局放能力；
[0009](4)延長焊接時間與提升焊接溫度，降低了焊接效率，浪費了能源。
[0010]因此，我們亟需研宄出如何提高IGBT模塊回流焊接質(zhì)量，保證焊接過程中IGBT模塊底板溫度的均勻性，降低焊接空洞率，提高IGBT模塊可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]有鑒于此，本發(fā)明提出了一種用于IGBT模塊焊接的加熱板及IGBT模塊的焊接方法，所述加熱板設計為帶有加熱柱結構的形式，可以適應不同預彎形狀的底板，保證回流焊接過程中加熱板與IGBT模塊弧形底板的充分貼合，增加加熱板與IGBT模塊底板的接觸面積，保證焊接過程中IGBT模塊底板溫度的均勻性，降低焊接空洞率，提高IGBT模塊可靠性。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種用于IGBT模塊焊接的加熱板，所述IGBT模塊底板的背面呈弧形曲面，所述加熱板設置在底板的背面，其特征在于:所述加熱板包括基底與位于該基底上的由多個加熱柱組成的加熱柱陣列，單個所述加熱柱具備彈力，在焊接時所述加熱柱陣列的上表面受所述底板的背面擠壓形成與所述底板背面相配合的弧形曲面。
[0013]優(yōu)選的，所述單個加熱柱的頂部具有彈性結構，底部具有加熱塊，或者所述加熱柱頂部具有加熱塊，底部具有彈性結構。
[0014]優(yōu)選的，所述彈性結構選用導熱彈簧或高導熱率海綿墊。
[0015]優(yōu)選的，所述單個加熱柱可導熱且自身具備彈力。
[0016]優(yōu)選的，所述加熱柱設置在所述底板放置于加熱板上時底板無法與加熱板貼合的部位。
[0017]優(yōu)選的，所述加熱柱陣列的高度均勻，所述加熱柱陣列的上下表面呈水平線，其高度不低于底板正面與背面之間的最大高度差。
[0018]優(yōu)選的，所述加熱柱陣列的高度不均勻，所述加熱柱陣列的下表面呈水平線、上表面呈向下凸出的弧形曲面，所述單個加熱柱的厚度不低于對應的底板放置在加熱板上時底板背面與基底的垂直高度差。
[0019]優(yōu)選的，所述單個加熱柱在橫截面上為圓形或多邊形。
[0020]本發(fā)明還提出了一種利用所述加熱板以焊接IGBT模塊底板與DBC板的方法，所述方法包括以下步驟:
[0021]S1、將IGBT模塊通過工裝放置于加熱板上，在重力作用下，底板下沉，對加熱柱形成壓迫，致使帶有彈性的加熱柱發(fā)生彈性形變，基底和/或加熱柱的上表面與底板的背面完全貼合；
[0022]S2、底板與DBC板之間采用真空回流焊的方式進行焊接，熱量通過加熱板傳導至焊料，工藝過程分為預熱、回流、冷卻三個階段。
[0023]優(yōu)選的，所述步驟S2中的工藝過程具體為，
[0024]預熱:將底板、焊料、DBC板等各部分在回流溫度尖峰到來之前被均勻加熱，保證焊接均勻性；
[0025]回流:焊接腔內(nèi)的溫度上升至峰值溫度，并在峰值溫度下保持一段時間，確保焊料充分熔化，焊接過程采用真空方式減小焊層中空洞；
[0026]冷卻:各部件被冷卻到室溫。
[0027]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的技術優(yōu)勢:
[0028]僅需改變加熱板的結構，設計帶有加熱柱的加熱板，便可使其適應不同預彎形狀的底板，使用范圍大，且在焊接過程中底板不由外力產(chǎn)生形變，不會產(chǎn)生應力。
[0029]焊接過程中加熱板與IGBT模塊弧形底板充分貼合，加熱板與IGBT模塊底板的接觸面積大，焊接過程中IGBT模塊底板溫度的均勻性高，焊接空洞率低，IGBT模塊可靠性高。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1是現(xiàn)有技術中加熱板結構及IGBT模塊焊接方式示意圖
[0032]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例中加熱板結構的俯視圖
[0033]圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例中加熱板結構的正視圖
[0034]圖4是利用本發(fā)明優(yōu)選實施例中的加熱板對底板與DBC板進行焊接的過程示意圖
[0035]附圖中涉及的附圖標記和組成部分說明:1.加熱板；2.底板；3.DBC板；4.基底；
5.加熱柱；6.加熱塊；7.彈性結構。
【具體實施方式】
[0036]正如【背景技術】中所述，現(xiàn)有IGBT模塊回流焊工藝中，熱量通過加熱板傳導至底板，實現(xiàn)底板與DBC之間的焊接。由于底板存在拱度，因此底板中心位置兩個DBC溫度最高，四個角位置DBC溫度稍低，四個角位置DBC焊接空洞率明顯高于中心位置兩個DBC，較高的空洞率嚴重影響了 IGBT模塊的可靠性。延長焊接時間與提升焊接溫度雖有可能減小焊接空洞率，但仍存在模塊可靠性低、焊接效率低等諸多問題。
[0037]下面，將對本發(fā)明的具體技術方案做詳細介紹。
[0038]一種加熱板1，應用于IGBT模塊的焊接中，所述IGBT模塊包括底板2，以及設置于底板上的至少一個IGBT器件，所述IGBT器件設有DBC板3，所述DBC板3與所述底板2之間設有焊料，所述底板2與設置有DBC板3那面相反的背面呈弧形曲面，所述加熱板I設置在底板2的背面。所述加熱板I包括基底4與位于該基底上的加熱柱，加熱柱具備彈力，在焊接時所述加熱柱的上表面受所述底板的背面擠壓形成與所述底板2背面相配合的弧形曲面，所述加熱板將熱量傳導至焊料，焊料熔化，從而焊接底板與DBC板。
[0039]請參見圖2?圖3，圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例中加熱板結構的俯視圖，圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例中加熱板結構的正視圖。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，所述多個加熱柱組成加熱柱陣列，所述每一個加熱柱5均由頂部的加熱塊6與底部的彈性結構7組成，所述加熱塊6固定在彈性結構7上，或者是所述加熱柱5的頂部為彈性結構7，底部為加熱塊6。所述加熱塊6選用導熱材料，可以選用與基底4相同的材料，加熱塊可以與基底4 一體成型。所述彈性結構7可以選用導熱彈簧，或是高導熱率海綿墊等彈性材料，由此，加熱柱5可實現(xiàn)良好的熱傳導，以加熱底板，實現(xiàn)底板2與DBC板3之間的焊接。為了使加熱柱5更貼合于底板2的弧形面，加熱柱5的可設置為更小的寬度，即加熱板設有更多的獨立加熱柱。同時，加熱柱在橫截面上可以為圓形或多邊形等形狀。
[0040]加熱板I可以完全由加熱柱5組成加熱柱陣列，即基底4上均覆蓋加熱柱5，由此，當?shù)装宸胖迷诩訜岚迳线M行焊接時，由于重力作用，底板2的背面與加熱柱5的上表面緊密貼合。底板向下的壓力越大，對應的彈性結構7的形變量便越大，即對應底板2中心處的彈性結構7形變量最大，往四周推移逐漸變小，加熱柱5的頂端因此不再位于同一水平線上。加熱板I也可以部分由加熱柱組成，例如，可以