【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電子封裝的，特別是一種大尺寸功率芯片無壓低孔洞率焊接方法。
技術(shù)介紹
1、隨著集成電路技術(shù)與第三代半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，航空航天裝備電子系統(tǒng)朝著集成化、高密度、大功率方向發(fā)展。雷達(dá)、伺服系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵部件中大量應(yīng)用功率器件，如igbt、mosfet大功率芯片等。該類芯片主要負(fù)責(zé)裝備電力傳輸與控制，在高電壓、大電流工作環(huán)境下芯片自身熱耗大幅增加。研究表明，焊料層內(nèi)部孔洞會(huì)影響熱量在焊料內(nèi)傳輸，因此低孔洞率焊縫接頭有利于將芯片產(chǎn)生熱量快速傳導(dǎo)至外界，實(shí)現(xiàn)降低芯片熱阻，抑制器件內(nèi)部熱應(yīng)力變形，提高器件可靠性和使用壽命的目的。
2、目前半導(dǎo)體芯片與基板間連接方式主要包括膠體粘接、回流焊接等技術(shù)。膠體粘接工藝采用摻雜導(dǎo)電顆粒的聚合物粘結(jié)膠將芯片與基板進(jìn)行粘接固化，由于膠體本身的電阻率大、導(dǎo)熱系數(shù)小，多應(yīng)用在消費(fèi)電子產(chǎn)品等小功率場(chǎng)景，在大功率應(yīng)用條件下可靠性差，大功率場(chǎng)景下多采用共晶焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片與基板間的可靠性連接。傳統(tǒng)回流焊接采用金屬焊料，通過高溫焊接的方式在芯片與基板間形成金屬焊料層，但焊接過程中仍需通過工裝固定等方式在芯片表面施加一定壓力，降低焊接效率，增大了芯片損傷風(fēng)險(xiǎn)，并且焊接過程中產(chǎn)生氣體難以排出增大焊料層內(nèi)部氣孔率，影響焊料層可靠性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供一種大尺寸功率芯片無壓低孔洞率焊接方法。本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是：功率芯片焊接過程中，如何在無壓焊接的條件下，實(shí)現(xiàn)大尺寸功率芯片低孔洞率焊接。本專利技術(shù)進(jìn)一步解決的問題是針對(duì)不同焊料材料，
2、第一方面，提供了一種大尺寸功率芯片無壓低孔洞率焊接方法，包括：
3、將基板、焊盤和芯片進(jìn)行組裝后進(jìn)行焊接，焊接過程包含：
4、預(yù)熱階段，用于為產(chǎn)品預(yù)熱；
5、甲酸還原階段，用于將含有甲酸的氮?dú)馔ㄈ胝婵这F焊爐腔體內(nèi)，保證芯片、基板及焊料處于甲酸環(huán)境中，通過甲酸在高溫下發(fā)生還原反應(yīng)，去除芯片、基板及焊料表面氧化層及沾污；
6、焊接階段，用于在升溫使焊料熔化，并使?fàn)t腔內(nèi)保持負(fù)壓狀態(tài)，使得焊料內(nèi)部殘余氣體在環(huán)境壓強(qiáng)差以及液態(tài)焊料表面張力的作用下，由焊料內(nèi)部排出到爐腔內(nèi)，減小焊縫內(nèi)部孔洞率；真空排出氣孔后，沖入氮?dú)馐範(fàn)t腔內(nèi)壓強(qiáng)升高，壓縮焊料內(nèi)部氣孔體積，降低焊縫內(nèi)部孔洞率；
7、冷卻階段，用于降溫使焊料凝固；
8、其中，預(yù)熱階段、甲酸還原階段、焊接階段中至少一個(gè)階段的溫度通過溫度調(diào)整值q進(jìn)行調(diào)整，q與焊接樣品基板表面溫度與熱板溫度差值有關(guān)。
9、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，q滿足：q＝t0-t，其中，t0為真空釬焊爐加熱板溫度，℃；t為焊接樣品基板表面測(cè)定溫度，℃；q通過焊接樣品測(cè)定，將焊接樣品放置在真空釬焊爐內(nèi)并設(shè)定加熱板溫度為t0；焊接過程中測(cè)量焊接樣品基板表面測(cè)定溫度，得到t的取值，從而確定q。
10、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，q通過多個(gè)焊接樣品測(cè)定，每個(gè)焊接樣品對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)試焊接溫度，該測(cè)試焊接溫度為t1+(20℃～60℃)范圍內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)值，t1為焊料熔點(diǎn)，多個(gè)焊接樣品對(duì)應(yīng)的測(cè)試焊接溫度互不相同；然后將該多個(gè)焊接樣品分別按照對(duì)應(yīng)測(cè)試焊接溫度進(jìn)行焊接，焊接過程中測(cè)量焊接樣品基板表面溫度與熱板溫度的溫度差值；將測(cè)到的多個(gè)溫度差值求平均值得到q。
11、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，所述焊片滿足以下至少一項(xiàng)：
12、焊片材料包括鉛錫、錫銀銅、錫銻、錫鉍中的任一種；
13、焊料熔點(diǎn)高于芯片峰值工作溫度不少于50℃；
14、焊片厚度在0.5mm～2.0mm，焊片邊長(zhǎng)占芯片邊長(zhǎng)80％～100％。
15、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)基板鍍層為au或ag時(shí)，焊片邊長(zhǎng)占芯片邊長(zhǎng)80％～90％；當(dāng)基板鍍層材料為cu或ni時(shí)，焊片邊長(zhǎng)占芯片邊長(zhǎng)90％～100％。
16、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，預(yù)熱階段溫度為(60％～70％)t1+q，t1為焊料熔點(diǎn)，升溫速率30℃/min～60℃/min，預(yù)熱階段保溫時(shí)間10s～60s。
17、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，甲酸還原溫度為(75％～85％)t1+q，t1為焊料熔點(diǎn)，甲酸還原時(shí)間30s～240s。
18、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，焊接階段峰值溫度為t1+(20℃～40℃)+q，t1為焊料熔點(diǎn)，峰值溫度保持時(shí)間10s～30s。
19、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，焊接階段真空度≤10mbar，真空保持時(shí)間10s～60s，氮?dú)饣靥顗毫?00mbar～1000mbar，氮?dú)饣靥顣r(shí)間10s～60s。
20、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，冷卻階段通過水冷或風(fēng)冷的方式降溫使焊料凝固，降溫速率40℃/min～60℃/min。
21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)提供的方案至少包括以下有益技術(shù)效果：
22、(1)采用焊片、芯片自動(dòng)貼裝與真空共晶焊接方法，實(shí)現(xiàn)大尺寸芯片的無壓焊接，解決現(xiàn)有芯片焊接過程中芯片加壓操作復(fù)雜，芯片損傷風(fēng)險(xiǎn)高的問題；
23、(2)采用焊接過程環(huán)境壓力分段調(diào)控的方法，排除焊料層內(nèi)氣孔，實(shí)現(xiàn)焊料層內(nèi)孔洞率≤1％，解決現(xiàn)有大尺寸芯片焊接過程中焊料層孔洞率高的問題。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種大尺寸功率芯片無壓低孔洞率焊接方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，Q滿足：Q＝T0-T，其中，T0為真空釬焊爐加熱板溫度，℃；T為焊接樣品基板表面測(cè)定溫度，℃；Q通過焊接樣品測(cè)定，將焊接樣品放置在真空釬焊爐內(nèi)并設(shè)定加熱板溫度為T0；焊接過程中測(cè)量焊接樣品基板表面測(cè)定溫度，得到T的取值，從而確定Q。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，Q通過多個(gè)焊接樣品測(cè)定，每個(gè)焊接樣品對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)試焊接溫度，該測(cè)試焊接溫度為T1+(20℃～60℃)范圍內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)值，T1為焊料熔點(diǎn)，多個(gè)焊接樣品對(duì)應(yīng)的測(cè)試焊接溫度互不相同；然后將該多個(gè)焊接樣品分別按照對(duì)應(yīng)測(cè)試焊接溫度進(jìn)行焊接，焊接過程中測(cè)量焊接樣品基板表面溫度與熱板溫度的溫度差值；將測(cè)到的多個(gè)溫度差值求平均值得到Q。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，預(yù)熱階段溫度為(60％～70％)T1+Q，T1為焊料熔點(diǎn)，升溫速率30℃/min～60℃/min，預(yù)熱階段保溫時(shí)間10s～60s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，甲酸
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，焊接階段峰值溫度為T1+(20℃～40℃)+Q，T1為焊料熔點(diǎn)，峰值溫度保持時(shí)間10s～30s。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，焊接階段真空度≤10mbar，真空保持時(shí)間10s～60s，氮?dú)饣靥顗毫?00mbar～1000mbar，氮?dú)饣靥顣r(shí)間10s～60s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，冷卻階段通過水冷或風(fēng)冷的方式降溫使焊料凝固，降溫速率40℃/min～60℃/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊片滿足以下至少一項(xiàng)：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，當(dāng)基板鍍層為Au或Ag時(shí)，焊片邊長(zhǎng)占芯片邊長(zhǎng)80％～90％；當(dāng)基板鍍層材料為Cu或Ni時(shí)，焊片邊長(zhǎng)占芯片邊長(zhǎng)90％～100％。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種大尺寸功率芯片無壓低孔洞率焊接方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，q滿足：q＝t0-t，其中，t0為真空釬焊爐加熱板溫度，℃；t為焊接樣品基板表面測(cè)定溫度，℃；q通過焊接樣品測(cè)定，將焊接樣品放置在真空釬焊爐內(nèi)并設(shè)定加熱板溫度為t0；焊接過程中測(cè)量焊接樣品基板表面測(cè)定溫度，得到t的取值，從而確定q。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，q通過多個(gè)焊接樣品測(cè)定，每個(gè)焊接樣品對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)試焊接溫度，該測(cè)試焊接溫度為t1+(20℃～60℃)范圍內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)值，t1為焊料熔點(diǎn)，多個(gè)焊接樣品對(duì)應(yīng)的測(cè)試焊接溫度互不相同；然后將該多個(gè)焊接樣品分別按照對(duì)應(yīng)測(cè)試焊接溫度進(jìn)行焊接，焊接過程中測(cè)量焊接樣品基板表面溫度與熱板溫度的溫度差值；將測(cè)到的多個(gè)溫度差值求平均值得到q。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，預(yù)熱階段溫度為(60％～70％)t1+q，t1為焊料熔點(diǎn)，升溫速率30℃/min～60℃/min，預(yù)熱階段保溫時(shí)間10s～60s。
...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邵春盛，張明華，王寧寧，陳雅容，飛景明，李松玲，孫曉峰，周月，劉丹丹，任正凱，杜茜，漆富強(qiáng)，楊雨盟，熊雪梅，王君，李巖，朱琳，劉國(guó)玲，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京衛(wèi)星制造廠有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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