[發明專利]用于在基板上分配無焊劑焊料的方法和設備

有效

• 申請號: 201310269081.0
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103521871A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 海因里希·貝希托爾德;勒內·貝特沙特
• 申請（專利權）人: 貝思瑞士股份公司
• 主分類號: B23K3/06
• 分類號: B23K3/06;H01L21/607
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 黃剛;車文

技術領域

本發明涉及用于在基板上分配無焊劑焊料的方法和設備。

背景技術

這種焊接方法通常但并不唯一地用于將半導體芯片安裝在稱之為引線框架的金屬基板上。與利用粘合劑進行安裝相比，功率半導體器件通常主要利用軟焊料與基板相連接，基板通常由銅組成，以便確保半導體芯片的熱損失通過焊接接頭更有效地散發。尤其是在功率密度增加的情況下，對焊接接頭的同質性的要求較高，即，要求焊料層在整個芯片區域上有限定的厚度、均勻的分布和理想的浸濕以及完全沒有氣泡和焊接接頭的純度。另一方面，焊料必須不能橫向地滲出焊接間隙，并且不能緊接于半導體芯片散布，這就再次要求對焊料部分的精確定量和定位。

在安裝半導體芯片的領域中，在實際使用中廣泛應用的一種方法是，將焊絲的端部接觸已經被加熱至焊料熔化溫度以上的基板，以便熔化一部分焊絲。由于其簡便且靈活，這種方法一般非常適于大量生產。然而，所獲得的近似圓形的浸濕表面并不理想地適于矩形或方形的半導體芯片。此外，借助從美國專利US6,056,184獲知的一種落料模(punching?die)，可將沉積在基板上的焊料部分制成一種適于矩形半導體芯片的平坦形狀。還獲知的是，用寫頭(writing?head)沿著特定路徑移動焊接金屬絲的端部，使得受熱的基板持續熔化焊料。焊料軌跡從而沉積在基板上。

從US5,878,939獲知一種方法，其中可將液態焊料注射進形成在成型模和基板之間的空腔中。

這些已知的方法具有幾個缺點。或者所沉積焊料的形狀為圓形，或者必須為每個矩形制出特定的落料模。這樣的落料模包括側壁，所述側壁將占據基板的一部分。因此，焊料不能被施加到芯片島的邊緣，所述芯片島容納半導體芯片。另外，基板必須被加熱到焊料的熔化溫度之上，并且所沉積的焊料從施加開始直到沉積到半導體芯片上必須保持在液態。另外的缺點是，必須定期地清洗與液態焊料相接觸的部位，為此目的就必須中斷生產。

從美國專利US4,577,398和美國專利US4,709,849中獲知一種方法，在該方法中預制由焊接金屬制成的扁平預成型坯(所謂的“焊料預成型坯”)，這種坯的尺寸適用于半導體芯片。焊料預成形坯隨后會被放置在基板上并且被基板熔化，以便形成具有所需尺寸的焊接層。由于對焊料預成型坯的必要預制以及額外的安裝操作，這種方法相對昂貴并且不靈活。

從US2009145950獲知通過焊料分配器的寫頭引導焊絲的方法和設備，當施加焊料時，將焊絲與受熱的基板相接觸，使得焊料在焊絲的端部處熔化，并且寫頭沿著平行于基板的表面的預定路徑移動。焊料分配器以這種方式在基板上寫出焊料軌跡。這種方法中的缺點是，基板僅能被不充分地浸濕，而未預先清洗。

發明內容

本發明的目的是開發不再表現出上述缺點的用于對基板施加無焊劑焊料的方法和設備。

根據本發明的用于將無焊劑焊料分配到基板的基板場所上的方法使用包括分配頭的分配設備，該分配頭包括沖壓部、超聲頭以及絲饋送部，超聲頭被構造成將超聲施加到沖壓部。該沖壓部具有工作面，該工作面具有對沖壓部的側表面開放的凹部。該絲饋送部在相對于基板的表面傾斜一角度的情況下饋送焊絲。該方法包括下列步驟：

A)將分配頭移動至在焊料將被分配到的下一個基板場所的上方的預定位置；

B)將沖壓部下降直至

B1)沖壓部的工作面接觸基板場所，或

B2)沖壓部的工作面位于所述基板場所上方的預定高度處，或

B3)沖壓部的工作面接觸基板場所，并且將沖壓部提升至基板場所上方的預定高度，

其中，在B2和B3中所提及的高度被以如下方式設定，所述方式使得沖壓部的工作面在稍后的下列步驟D中被焊料潤濕，

C)通過下列步驟將無焊劑焊料分配到基板場所：

C1)使焊絲以如下方式前進直至焊絲接觸基板場所，所述方式使得所述焊絲的尖端接觸位于沖壓部的凹部內的基板場所；

C2)使焊絲進一步前進，以便熔化預定量的焊料；以及

C3)縮回焊絲；

D)沿著預定路徑移動分配頭以便在基板場所上分配焊料，并且同時對沖壓部施加超聲；以及

E)提升沖壓部，其中

在步驟C3之后執行步驟D，或者在步驟C2期間步驟D已經開始。

該方法優選地進一步包括：通過噴嘴饋送焊絲，并且主動地冷卻噴嘴。

根據本發明，用于將無焊劑焊料分配到基板的基板場所上的設備包括：