陶瓷襯板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陶瓷襯板，包括陶瓷層和分設(shè)在陶瓷層的上下表面的金屬層，其中至少在陶瓷層的上下表面的其中一個(gè)表面上設(shè)有用于分散電場集中的分散電場結(jié)構(gòu)。所述分散電場結(jié)構(gòu)設(shè)在陶瓷層未被金屬層覆蓋的兩外側(cè)，兩外側(cè)的分散電場結(jié)構(gòu)呈軸對(duì)稱布置。該陶瓷襯板能更好地分散電場集中從而使得絕緣性能更好。
【專利說明】陶瓷襯板

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種襯板結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種用于IGBT模塊中的陶瓷襯板。

【背景技術(shù)】
[0002]襯板是IGBT模塊中最基本的結(jié)構(gòu)單元，其一方面承載著芯片，在其表面金屬層上實(shí)現(xiàn)電氣互連；另一方面還使表面的電路和散熱器之間實(shí)現(xiàn)電氣絕緣，而且襯板還是IGBT模塊中主要的散熱通道?，F(xiàn)有襯板的結(jié)構(gòu)中主要包括中間的陶瓷層和設(shè)在陶瓷層兩面上的金屬層，兩面的金屬層與陶瓷層實(shí)現(xiàn)直接連接。
[0003]隨著IGBT模塊的電壓等級(jí)的不斷提升，對(duì)襯板的絕緣性能也提出了更高的要求。當(dāng)高電壓施加在現(xiàn)有襯板的正面與背面金屬層時(shí)，會(huì)在金屬層與陶瓷層的邊緣界面形成電場集中，如圖6和圖7所示，在該區(qū)域容易產(chǎn)生局部放電，從而影響襯板的絕緣性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問題是，提供一種能更好地分散電場集中從而使得絕緣性能更好的陶瓷襯板。
[0005]針對(duì)該問題的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的一種陶瓷襯板，包括陶瓷層和設(shè)在陶瓷層的兩個(gè)表面的金屬層，其中至少在陶瓷層的一個(gè)表面上設(shè)有用于分散電場集中的分散電場結(jié)構(gòu)。此處的兩個(gè)表面一般指的陶瓷層的上下表面。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的陶瓷襯板具有以下優(yōu)點(diǎn)。通過在陶瓷層上設(shè)置分散電場結(jié)構(gòu)，能夠分散電場集中，從而使得襯板組件的絕緣性能更好。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，所述分散電場結(jié)構(gòu)設(shè)在陶瓷層未被金屬層覆蓋的外側(cè)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，且兩外側(cè)的分散電場結(jié)構(gòu)呈軸對(duì)稱布置。電場集中主要存在于陶瓷層未被金屬層覆蓋的外側(cè)區(qū)域，在該區(qū)域設(shè)置分散電場結(jié)構(gòu)可以使得該區(qū)域不容易出現(xiàn)電場集中效應(yīng)，從而可改善整個(gè)陶瓷襯板的絕緣性能。
[0008]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述分散電場結(jié)構(gòu)為設(shè)置在陶瓷層的兩外側(cè)未被金屬層覆蓋的部分的階梯狀結(jié)構(gòu)；所述階梯狀結(jié)構(gòu)包括直面階梯和斜面階梯狀。直面階梯是指階梯面和相鄰階梯的連接面均為平面，斜面階梯是指階梯面為傾斜的斜面和/或相鄰階梯的連接面為斜面。設(shè)置的階梯狀結(jié)構(gòu)使得在陶瓷層的兩外側(cè)的電場出現(xiàn)波動(dòng)減緩，分散了電場集中。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，所述分散電場結(jié)構(gòu)設(shè)在陶瓷層的上表面，所述分散電場結(jié)構(gòu)從上往下呈從窄到寬趨勢(shì)變化。從窄到寬的結(jié)構(gòu)使得電場作用在相鄰的一片區(qū)域，從而能更好地分散電場集中效應(yīng)，使得陶瓷襯板的絕緣性能更好。
[0010]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述分散電場結(jié)構(gòu)設(shè)在陶瓷層的上表面和下表面,設(shè)在上表面的分散電場結(jié)構(gòu)從上往下呈從窄到寬趨勢(shì)變化，設(shè)在下表面的分散電場結(jié)構(gòu)從下往上呈從窄到寬趨勢(shì)變化，且同側(cè)的分散電場結(jié)構(gòu)之間互不干涉。雖然上面承受高電壓的概率較高，但在與金屬層連接的陶瓷層的兩面均設(shè)置分散電場結(jié)構(gòu)，使得陶瓷層兩面在施加電壓時(shí)都能起到分散電場集中的作用。這樣的結(jié)構(gòu)可使得該陶瓷襯板的絕緣性能更好。而且由于兩面結(jié)構(gòu)差不多，可方便安裝。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，所述階梯狀結(jié)構(gòu)的相鄰臺(tái)階的連接處和邊角處設(shè)有緩沖過渡區(qū)。在施加高電壓時(shí)，在相鄰臺(tái)階的連接處和邊角處容易形成電場集中，而在這些區(qū)域設(shè)置緩沖過渡區(qū)，例如弧面過渡區(qū)域或倒角區(qū)域，有利于分散電場在連接處和邊角處的集中效應(yīng)。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，所述陶瓷層同一面的兩外側(cè)設(shè)有不同形狀的分散電場結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際安裝和分散電場集中效應(yīng)的需要，可設(shè)置不同形狀或結(jié)構(gòu)的分散電場結(jié)構(gòu)來分散電場集中效應(yīng)。例如兩外側(cè)不是采用相同的形狀或不完全對(duì)稱等。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬層與陶瓷層通過燒結(jié)或釬焊實(shí)現(xiàn)固定連接。金屬層和陶瓷層實(shí)現(xiàn)牢固連接。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1所示是本發(fā)明的陶瓷襯板的一種具體實(shí)施例。
[0015]圖2所示是本發(fā)明的陶瓷襯板的另一種具體實(shí)施例。
[0016]圖3所示是本發(fā)明的陶瓷襯板的還有一種具體實(shí)施例。
[0017]圖4所示是圖1中的實(shí)施例的電場分布效果圖。
[0018]圖5所示是圖1中的實(shí)施例的電場分布曲線圖。
[0019]圖6所示是現(xiàn)有技術(shù)的電場分布效果圖。
[0020]圖7所示是現(xiàn)有技術(shù)的電場分布曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022]以下在本發(fā)明的實(shí)施例中，陶瓷襯板的中間層均采用的是陶瓷層I來表示。這主要是由于陶瓷材料本身具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、具有較好的導(dǎo)熱性能和絕緣性能相對(duì)較好，因此非常適合用來制作襯板。但應(yīng)理解的是，本發(fā)明并不限于采用陶瓷來做中間層，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，采用其它的能達(dá)到相同或近似效果的材料來代替陶瓷層I是顯而易見的。尤其是隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，簡單地采用其它材料來替代陶瓷層I所形成的技術(shù)方案也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0023]如圖1所示為本發(fā)明的陶瓷襯板的第一種具體實(shí)施例。在該實(shí)施例中，該襯板組件主要包括陶瓷層1、上金屬板2和下金屬板3。其中，上金屬板2和下金屬板3分別通過燒結(jié)或釬焊的方式固定連接到陶瓷層I的上表面和下表面?，F(xiàn)有技術(shù)中，強(qiáng)電壓作用在陶瓷襯板上時(shí)，容易在金屬層與陶瓷層連接的邊緣處形成電場集中，導(dǎo)致該區(qū)域產(chǎn)生局部放電從而影響整個(gè)陶瓷襯板的絕緣性能。為了減少在施加強(qiáng)電壓時(shí)在陶瓷層I的至少一側(cè)上產(chǎn)生的電場集中效應(yīng)對(duì)陶瓷襯板的絕緣性能的影響，在本實(shí)施例中，在陶瓷層I的上表面的兩側(cè)上分別設(shè)有階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4。該階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4的存在能在一定程度上分散高電壓作用在尤其是邊角處形成的電場集中效應(yīng)的影響。
[0024]對(duì)照?qǐng)D4所示的第一種實(shí)施例的效果圖和圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)的效果圖可知，由于有階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4的存在，使得電場分散到更大的一片區(qū)域，在圖4和圖6中均網(wǎng)格線區(qū)域來表示。對(duì)比圖4和圖6可知，電場集中的區(qū)域明顯減少，電場集中的強(qiáng)度也有改善，因此本發(fā)明的陶瓷襯板可有效地削弱電場集中效應(yīng)。另外，對(duì)照?qǐng)D5所示的第一種實(shí)施例的電場分布曲線圖和圖7所示的現(xiàn)有技術(shù)的電場分布曲線圖可知，本實(shí)施例中的電場強(qiáng)度尤其是在邊角處的峰值有明顯的下降，也就是本實(shí)施例中的階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4能夠?qū)﹄妶黾袕?qiáng)度起到削弱的作用。
[0025]優(yōu)選地，階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4的階梯連接處和邊角處設(shè)有倒角或圓角過渡區(qū)5。過渡區(qū)5能起到更好地過渡作用，從而更有利于分散電場在連接處和邊角處的電場集中效應(yīng)。
[0026]在一個(gè)未示出的優(yōu)選的實(shí)施例中，階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4的階梯從上往下呈從窄到寬趨勢(shì)變化。這種結(jié)構(gòu)使得電場沿著階梯變化，從而使得施加的高電壓分散到更大的區(qū)域，更不容易形成強(qiáng)的電場集中效應(yīng)。
[0027]如圖2所示為本發(fā)明的陶瓷襯板的第二種具體實(shí)施例。在該實(shí)施例中，階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4分設(shè)在陶瓷層I的上表面和下表面，且在上表面和下表面均是兩側(cè)都設(shè)有階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4。優(yōu)選地，上金屬板2和下金屬板3均通過相同的連接方式固定到陶瓷層1，例如釬焊?，F(xiàn)有技術(shù)中一般是下金屬板3比下金屬板2的尺寸大，安裝的時(shí)候需要注意區(qū)分上表面和下表面。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上金屬板2和下金屬板3采用相同的材料制作，且具有基本相同的厚度和尺寸。這樣，制作成的陶瓷襯板在安裝是不需要分辨上下表面，從而能更方便地進(jìn)行安裝。
[0028]在圖2所示的實(shí)施例中，設(shè)在上表面的階梯狀分散電場結(jié)構(gòu)4從上往下呈從窄到寬趨勢(shì)變化，設(shè)在下表面的階梯狀分散電場結(jié)構(gòu)4從下往上呈從窄到寬趨勢(shì)變化，且設(shè)在同側(cè)的上階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4與下階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4之間還有一定厚度的陶瓷層I來隔開，從而使得施加高電壓時(shí)同側(cè)的上階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4與下階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4互不干涉。優(yōu)選地，隔開同側(cè)的上、下階梯狀的分散電場結(jié)構(gòu)4的陶瓷層I該部分的厚度約為陶瓷層I的三分之一。這種厚度即有利于階梯狀分散電場結(jié)構(gòu)4的加工，同時(shí)施加強(qiáng)電壓時(shí)又不容易被電壓擊穿。另外，優(yōu)選同側(cè)的階梯狀分散電場結(jié)構(gòu)4關(guān)于橫向中心線軸對(duì)稱；位于同一表面的兩側(cè)的階梯狀分散電場結(jié)構(gòu)4關(guān)于縱向中心線呈軸對(duì)稱設(shè)置。
[0029]在一個(gè)未示出的實(shí)施例中，第一種實(shí)施例和第二種實(shí)施例中的階梯狀可采用一定斜度的斜面來進(jìn)行替代。例如形成斜面階梯狀等。
[0030]在圖3中示出了本發(fā)明的還有一種實(shí)施例。在該實(shí)施例中，在陶瓷層I的上表面的兩外側(cè)分別設(shè)有直角梯形狀的分散電場結(jié)構(gòu)4和帶有斜面的梯形狀的分散電場結(jié)構(gòu)4。
[0031]在一個(gè)未示出的實(shí)施例中，陶瓷層I的同一表面的兩外側(cè)可設(shè)有不同形狀的分散電場結(jié)構(gòu)。例如，一側(cè)為平直的階梯狀的結(jié)構(gòu)，另一側(cè)為帶有斜面的階梯狀等。另外，也可以在陶瓷層I的上表面和下表面設(shè)置不同結(jié)構(gòu)或形狀的分散電場結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，即便設(shè)置相同的結(jié)構(gòu)，也并不一定要求就得兩側(cè)或同側(cè)的分散電場結(jié)構(gòu)呈對(duì)稱設(shè)置。
[0032]雖然已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，然而可以理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)或替換。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)上的沖突，各實(shí)施例中的特征均可相互結(jié)合起來，所形成的組合式特征仍屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷襯板，包括陶瓷層和分設(shè)在陶瓷層的上下表面的金屬層，其中至少在陶瓷層的上下表面的其中一個(gè)表面上設(shè)有用于分散電場集中的分散電場結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷襯板，其特征在于，所述分散電場結(jié)構(gòu)設(shè)在陶瓷層的上表面或下表面未被金屬層覆蓋的兩外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陶瓷襯板，其特征在于，兩外側(cè)的分散電場結(jié)構(gòu)呈軸對(duì)稱布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的陶瓷襯板，其特征在于，所述分散電場結(jié)構(gòu)為設(shè)置在陶瓷層的兩外側(cè)未被金屬層覆蓋的部分的階梯狀結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷襯板，其特征在于，所述階梯狀結(jié)構(gòu)包括直面階梯狀和斜面階梯狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的陶瓷襯板,其特征在于,所述分散電場結(jié)構(gòu)設(shè)在陶瓷層的上表面，且從上往下呈從窄到寬趨勢(shì)變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求4?6中任一項(xiàng)所述的陶瓷襯板，其特征在于，所述階梯狀結(jié)構(gòu)的相鄰臺(tái)階的連接處和邊角處設(shè)有緩沖過渡區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷襯板，其特征在于，所述分散電場結(jié)構(gòu)設(shè)在陶瓷層的上表面和下表面，設(shè)在上表面的分散電場結(jié)構(gòu)從上往下呈從窄到寬趨勢(shì)變化，設(shè)在下表面的分散電場結(jié)構(gòu)從下往上呈從窄到寬趨勢(shì)變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陶瓷襯板，其特征在于，位于同一側(cè)的分散電場結(jié)構(gòu)呈軸對(duì)稱布置且互不干涉。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、8、9中任一項(xiàng)所述的陶瓷襯板，其特征在于，所述陶瓷層同一面的兩外側(cè)設(shè)有不同形狀的分散電場結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L23/15GK104465536SQ201410614116
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】方杰, 李繼魯, 常桂欽, 竇澤春, 肖紅秀, 彭勇殿, 劉國友, 顏驥, 吳煜東 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司