热变化中的电路板连接

从图2.7.9 和图2.7.8 可以看出，最关键的环节是铜底板同基板的焊接，因为它们两层材料的膨胀系数的差异和是在模块中最大的连接面积。因此，在这里必须使用非常高质量的钎料和钎焊工艺技术，这样可以保证在大的温度变化时，连接层不会变形和脱落。此外，还经常使用分成小块的DCB 板来取代整个大板，这样可以减小中间部位产生的热膨胀应力，从而提高连接的可靠性。另一个发展方向是用小的膨胀系数材料（如AlSiC）取代铜作为底板材料或者彻底放弃底板。图片2.7.9 给出了边长1 厘米的不同层次理论上的热线性膨胀。从图上看出它们的差异。长度大表明带来高的热应力。左边是一个典型的实际应用的条件TC = 80°C 和Tj = 125°C 。模块中的温度梯度导致了铜底板热膨胀度只有芯片的两倍多，尽管它的热膨胀系数是芯片的四倍。右边是被动被加热时的情况，如通过汽车冷却水带来的不同热膨胀系数材料的不同膨胀延伸。该表还显示了氮化铝（AIN）陶瓷更为适应硅材料，但增加了氮化铝陶瓷与铜质底板之间的热机械应力，使这种组合很少或者在一定的限制条件下被使用。从使用寿命的角度去看，一个更好的结合是氮化铝陶瓷同AlSiC底板的结合。氧化铝陶瓷的热膨胀介于硅和铜之间，因此也就构成了理想的中间层。底板的导线不是大面积的连接，它的热膨胀表现在导线的弯曲度。同样，因为材料的热膨胀系数的差别，硅芯片同铝质导线也会产生应力。