[發明專利]提高功率電子封裝中焊層均勻性的結構及其方法

有效

• 申請號: 201410329612.5
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104517931A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 劉國友;吳義伯;戴小平;王彥剛
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H01L23/498
• 分類號: H01L23/498;H01L21/60
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及電子器件封裝領域，尤其是涉及一種應用于功率半導體模塊封裝的提高功率電子封裝中焊層均勻性的結構及其方法。

背景技術

目前，在功率半導體模塊封裝工藝中，回流焊接工藝是功率電子模塊封裝的主要工藝之一，而軟焊膏回流焊接是實現不同電氣元件之間電學連接的關鍵步驟，如：半導體芯片與陶瓷襯板、陶瓷襯板與基板之間一般都是采用真空回流焊工藝來。如附圖1所示，現有的功率半導體模塊封裝包括襯板1和基板2，襯板1和基板2之間為焊層3。通常，由于軟焊膏的粘度、濕度、浸潤性等材料性能以及回流焊接工藝條件的影響，將會導致回流焊的焊層3厚度不均勻，從而在焊層3與襯板1和基板2的界面處產生大量的空洞31及非連續性焊點32。這些尺寸較大的空洞31及非連續性焊點32會使模塊內部的熱傳導不均勻，嚴重影響功率電子模塊封裝的散熱效果，導致傳熱效率低下、熱阻增加，成為導致功率電子模塊在溫度循環或功率循環時發生熱疲勞失效的主要誘導因素之一。特別對于大面積的回流焊接，此問題尤為突出。

在現有技術中，主要有以下兩篇文獻與本發明技術方案相關：

文獻1為東莞生益電子有限公司于2010年12月30日申請，并于2011年07月13日公開，公告號為CN102123562B中國授權發明專利《采用回流焊接制作金屬基板的方法》。該發明專利提出了一種利用鋼網絲印超高溫錫膏和焊接夾具通過回流焊接工藝制作金屬基板的方法，該發明采用超高溫錫銻錫膏將高頻PCB板與金屬基復合材料的金屬底板焊接在一起。由于所述金屬基板的最大焊接面積可達250mm×100mm，雖然使用鋼網絲印技術可將如此大面積的焊膏印刷到金屬基板上，但是由于焊接面積高達25×103mm²，在回流焊接過程中不可避免會出現大量空洞或非連續性焊點，更糟糕的情況將會導致PCB板和金屬底板的分層。

文獻2為中國科學院上海微系統與信息技術研究所于2010年10月22日申請，并于2011年05月18日公開，公告號為CN102064120B的中國授權發明專利《一種基于銦凸點的無助焊劑回流工藝方法》。該發明專利提出了一種基于銦凸點的無助焊劑回流的工藝方法，該發明的主要特征在于電鍍銦凸點、以及電鍍銀層包覆銦凸點、凸點回流，實現銦凸點陣列的無助焊回流，典型應用于某些特殊的光電芯片、MEMS芯片和生物檢測芯片中的倒裝芯片互連中。該發明中所提及的銦凸點直徑約為30-50μm，高度未知，所述銦凸點通過電鍍工藝實現，為了防止銦凸點的氧化，還需要電鍍銀層進行保護，制作工藝比較復雜，且應用領域僅局限于倒裝芯片焊球式封裝。

因此，提高真空回流焊接中焊層厚度的均勻性，特別是焊接面積較大的陶瓷襯板與散熱基板之間的焊層，對于改善功率電子模塊的可靠性及使用壽命至關重要，也成為當前亟待解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種提高功率電子封裝中焊層均勻性的結構及其方法，能夠有效地解決現有功率電子模塊封裝在回流焊接工藝中焊層厚度不均勻的技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明具體提供了一種提高功率電子封裝中焊層均勻性的結構的技術實現方案，一種提高功率電子封裝中焊層均勻性的結構，包括：襯板、基板、焊層和支點陣列。所述襯板和基板之間通過所述焊層連接，在所述焊層中設置有所述支點陣列。

優選的，所述支點陣列位于所述焊層的內部，被所述焊層完全包覆，并在所述焊層中按規律排布。

優選的，所述支點陣列設置在所述襯板的背面和/或所述基板的表面，所述支點陣列的排布位置隨著所述襯板背面和/或所述基板表面的形狀而變化。

優選的，所述支點陣列位于所述襯板背面和/或所述基板表面的四周或四角。

優選的，所述支點陣列位于所述襯板背面的第一金屬層的四角，并與所述第一金屬層相連。

優選的，所述支點陣列位于所述基板正面的第二金屬層的四周，并與所述第二金屬層相連。

優選的，所述支點陣列為排布在所述襯板背面和/或所述基板表面的包括金屬球、短金屬絲、金屬柱在內的任意一種突起結構。

優選的，所述支點陣列包括若干個支點，所述支點的高度范圍在0.01mm～1.0mm之間。

本發明還具體提供了一種基于上述結構提高功率電子封裝中焊層均勻性的方法的技術實現方案，該方法包括以下步驟：

將軟焊料印刷至基板上；

將帶有支點陣列的襯板通過夾具在所述基板上進行定位；

將上述基板和襯板的組合體放入回流爐，按照設定的溫控程序進行高溫回流焊接，在所述襯板和基板之間形成一層厚度均勻、可控的焊層。