[发明专利]基板

说明书

技术领域

本发明涉及基板、特别是用于功率模块的基板。

背景技术

热管理是功率模块封装或高功率半导体的关键问题之一，因为功率半导体的使用导致损耗，其产生热。在芯片(die)处产生的热必须通过散热器排出到环境中。模块安装在该散热器上并且热流过模块的内部结构、通过基板到散热器，在该散热器中基板是热阻的主要贡献之一。因此，基板的热阻的优化和降低对高功率半导体模块的热管理和可靠性以及寿命有重大影响。

从EP 2 012 354 A1获知用于功率模块的基板，其包括铝碳化硅复合物和铝层，这些铝层在该铝碳化硅复合物的相应主平面上形成，这些铝层由包含铝作为主要成分的金属制成。为了减小基板与散热鳍片或散热器之间的间隙，基板形成为具有凸起的弓形。

从EP 1 973 157 A1获知用于功率模块的基板，包括：铝碳化硅复合物，其是用包含铝作为主要成分的金属浸渍的平板型的碳化硅多孔体；和仅在该铝碳化硅复合物的主平面中的一个上形成的铝层，其由包含铝作为主要成分的金属制成。再次，基板形成为具有凸起的弓形以便减小基板与散热鳍片或散热器之间的间隙。

这些基板具有适应于散热器表面的形貌或粗糙度的有限能力。这可导致在基板和散热器的表面之间形成体积大的空穴，由此降低散热性。此外，这些基板通常固定于功率模块的内部结构以及固定于具有内张力的散热器以便获得足够的散热性。因此，可能存在基板开裂的风险。

从PCIM 2009欧洲会议议程Ayumi Maruta、Mitsuharu Tabata的2500A/1200V双IGBT模块获知的是功率模块的布局，该功率模块包括冷却鳍片，在其上设置多个分开的基板或基板段。

在基板与散热器联接的情况下，通常具有高导热率的散热油脂、凝胶或垫施加于要联接的部分，并且基板由螺钉穿过基板的外围部分中提供的孔而固定到散热器或散热单元。在如上文描述的布局中，有时不能完全避免在相应的基板之间形成间隙。这些间隙的形成从而可导致通过这些间隙的油脂泄露或导致例如凝胶、其他微粒或类似物的低分子量的分子等物质从模块内部扩散到外部。油脂的损耗可导致从基板到散热器的散热效果可能降低的劣势。

发明内容

因此本发明的目的是提供改进的基板，其将消除本领域中已知的劣势中的至少一个。

该目的由根据权利要求1的基板实现。本发明的优选实施例在从属的权利要求中限定。

根据本发明的基板特别适合于功率模块。该基板包括由金属(特别是铝)形成的基体，其中在所述基体中提供互相并列的至少两个增强物，并且其中这些增强物互相隔开。

因此，根据本发明，基板具有至少两个独立的并且分开的增强物，其可充当热分散器(heat spreader)的作用以从功率模块或从功率模块的内部结构排出热到散热器。分开的增强物由此设置在基体中并且从而可形成嵌件，其优选地全部嵌入基体中。

增强物与基体相比由此更坚硬(stiff)，该基体进而与增强物相比更有延展性(ductile)。从而稳定性主要由增强物形成，而基体本身由更柔韧的材料形成。优选地，更有延展性的基体材料完全环绕坚硬的增强物并且使增强物结合在一起。

由于增强物(其具有大的结构强度)的不连续结构，基板在某些限制内整体上是柔韧的，尤其在增强物之间的间隙处。如果基体由例如铝等延展性金属形成，则该效果尤其明显。根据本发明，在这方面，由铝形成的基体意味着基体由纯铝或具有铝作为主要构成的金属形成。

因为增强物本身可互相独立地做出反应，根据本发明的基板从而可非常好地适应于散热器表面的几何形状和形貌。尽管散热器可能会有粗糙表面或不期望的不平整，该适用性导致散热器的表面和基板之间非常紧密的接触。该非常紧密的接触导致防止在散热器的表面和基板之间的许多体积大的绝热空穴并且从而导致基板之间传热改善。包括根据本发明的基板的功率模块的散热性因此改善。

另外，由于提供独立的和分开的增强物，基板中的内应力大大减小，这导致开裂的风险低很多和从而毁坏基板的风险低很多。基板的耐久性或寿命从而提高。接着，功率模块内部的应力减小。作为示例，在功率模块的安装期间提供较小的衬底弯曲。

此外，由于不连续和分开的增强物设置在连续的和更有延展性的基体材料中这一事实，散热器整体上由基板覆盖。因此，例如由于温度升高引起的散热油脂泄露可安全地避免。如此，泄露将导致散热性降低，散热性的耐久性提高。因此，提供如在目前技术发展水平中已知的若干基板的劣势被消除。另外，污染可安全地避免。