[發明專利]大功率芯片連接的低溫燒結方法及納米銀膏厚度控制裝置

有效

• 申請號: 200910069441.6
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN101593712A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 徐連勇;陸國權;荊洪陽
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L21/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發明涉及一種混合動力汽車高溫功率電子模塊燒結封裝技術。特別是涉及一種可 降低混合動力汽車的制造和維護成本的大功率芯片連接的低溫燒結方法及納米銀膏厚度 控制裝置。

背景技術

對于混合動力汽車，當使用蓄電池內的能量驅動汽車時，需要用逆變器或換流器等 高功率電子模塊將直流電轉化為交流電，大功率的逆變器或換流器中的電流可高達上百 安培，必會產生大量的熱量。目前，一般使用無鉛或高鉛焊膏或預成型釬料薄膜，通過 在260℃到300℃以上的回流焊工藝，熔化并固化成釬料合金，來連接功率模塊中的芯片 和基體。考慮到釬焊焊點的可靠性，目前市場上銷售的混合動力汽車中的功率電子模塊 芯片的結點溫度不得高于150℃，通常使用125℃作為結點溫度。因此需要冷卻系統來冷 卻功率電子模塊。

傳統汽車只用一個環路液體冷卻系統組成的一個封閉冷卻循環，來帶走發動機上的 熱量，然后通過散熱器和風扇將熱量送走。傳統汽車散熱器中冷卻介質溫度會高達105℃， 用于冷卻目前混合動力汽車上的功率電子系統(如逆變器和DC-DC換流器)(結點溫度125 ℃)來說太高了。因此，與傳統汽車相比，混合動力汽車需要格外增加一套冷卻循環系 統，新增的第二套冷卻系統用來降低散熱器中冷卻介質的溫度，使冷卻介質的溫度在65 ℃以下。然而，第二套冷卻系統必然增加混合動力車的制造成本和長期的維修保養成本。

因此，混合動力汽車的發展急需一種新的汽車逆變器和換流器，使其可以在更高的 溫度(175℃)下長期可靠的工作，從而去除第二套冷卻循環系統，降低混合動力汽車的制 造成本。很清楚，降低成本所面臨的技術挑戰只能依靠功率電子的發展來解決，即可用 105℃的冷卻介質來冷卻芯片結點溫度超過175℃的功率電子模塊，并能保證正常工作。 這就需要發展一種可靠的、低成本的高溫功率封裝技術。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種可降低混合動力汽車的制造和維護成本， 降低汽油等能源消耗，降低二氧化碳的排放的大功率芯片連接的低溫燒結方法及納米銀 膏厚度控制裝置。

本發明所采用的技術方案是：一種大功率芯片連接的低溫燒結方法，包括有如下階 段：

第一階段：將已通過納米銀膏厚度控制裝置設定好納米銀膏厚度的具有納米銀膏的 大功率芯片結構放入在燒結爐內并放置設定的時間；

第二階段：給燒結爐快速升溫至50℃，保溫10分鐘；

第三階段：給燒結爐快速升溫至125℃，保溫20分鐘；

第四階段：給燒結爐快速升溫至燒結溫度，保溫30-60分鐘，然后爐冷至室溫。

第一階段所述的納米銀膏厚度設定為30um～50um。

第一階段所述的放置設定的溫度和時間，是在50-60℃下放置3-5分鐘，或者在室 溫下放置24小時。

第四階段所述的燒結溫度設定為使燒結爐內的壓力范圍達到1-5Mpa時的溫度。

第四階段所述的燒結溫度設定為260-300℃。

一種大功率芯片中納米銀膏厚度控制裝置，包括有：加載支座，設置在加載支座內 的用于放置具有納米銀膏的大功率芯片結構并測量該大功率芯片中納米銀膏厚度的測量 支撐結構，以及貫穿加載支座的上端并伸入到加載支座內由上至下對測量支撐結構施加 壓力的加載螺釘。

所述的測量支撐結構包括有：支撐塊，設置在支撐塊上面的第一玻璃板，分別設置 在支撐塊兩側的第一引伸計和第二引伸計，所述的第一引伸計和第二引伸計的頂端支撐 有位于第一玻璃板的上方的第二玻璃板，所述的第一玻璃板和第二玻璃板之間用于放置 具有納米銀膏的大功率芯片結構，所述的加載螺釘頂在第二玻璃板的頂端對具有納米銀 膏的大功率芯片結構施壓。

所述的第一玻璃板和第二玻璃板的厚度相同。

所述的引伸計7采用位移計或激光測距計。

所述的具有納米銀膏的大功率芯片結構包括有：位于底層的基板，位于頂層的芯片， 以及位于基板和芯片之間的納米銀膏。