[發明專利]一種功率半導體芯片釬焊溢料控制方法

在審

• 申請號: 201811448031.8
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109663998A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 尹國平
• 申請（專利權）人: 貴州振華風光半導體有限公司
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K1/20;H01L21/48
• 代理公司: 貴陽中工知識產權代理事務所 52106
• 代理人: 劉安寧

本發明公開了一種功率半導體芯片釬焊溢料控制方法，該方法是在芯片焊接前，在外殼基座上，沿功率半導體芯片焊接區域四周，通過激光標刻方式，刻出一道溝槽，形成一個引流圈；按正常釬焊工藝流程在外殼基座上先放置預制焊料，再將芯片放置在預制焊料上，最后加上壓塊放入真空燒結爐中進行釬焊；此時，溢出的焊料被限制在引流圈范圍內，從而防止溢出焊料向外流動，避免造成短路。本方法具有以下優點：①可直接使用已有的工裝夾具，適合規模化生產；②不需對原有釬焊工藝參數進行調整，可快速導入生產；③可將溢出釬料控制在預定區域，提高產品質量。本方法適用于功率半導體分立器件和集成電路芯片釬焊。

技術領域

本發明涉及集成電路，進一步來說，涉及功率半導體芯片釬焊方法。

背景技術

功率半導體芯片因工作電流大，為提高芯片散熱效率，芯片粘片需采用釬焊工藝。釬焊工藝是指低于焊件熔點的釬料和焊件同時加熱到釬料熔化溫度后，利用液態釬料填充固態工件的縫隙使金屬連接的焊接方法。在釬焊過程中，為使芯片與外殼基座形成良好接觸，需要對芯片施加一定壓力，以克服熔融焊料液體對芯片的浮力。加壓時熔融的焊料以及焊料表面的氧化物會從芯片和外殼基座間擠出，有利于提高芯片釬焊質量。但焊料溢出的方向是隨機的，加上外殼基座平整度也存在差異，從而造成焊料溢出的位置和面積大小都不受控，當溢出的焊料沿伸到引線時，會因短路造成電路失效。

經檢索，中國專利數據庫中，涉及集成電路焊接的申請件不多，如ZL2009200452501號《混合集成電路異型軟基板的大面積焊接夾具》、ZL2013102622616號《一種混合集成電路封裝的激光填料焊接的密封方法》和ZL201521009803X號《引線焊接結構及混合集成電路》等，但尚無涉及半導體芯片釬焊的專利申請件。

發明內容

本發明的目的是提供一種功率半導體芯片釬焊溢料控制方法，以解決焊料溢出沿伸到引線造成短路使電路失效的問題。

為達到上述發明目的，發明人提供的功率半導體芯片釬焊溢料控制方法，是在芯片焊接前，在外殼基座上，沿功率半導體芯片焊接區域四周，通過激光標刻方式，刻出一道溝槽，形成一個引流圈；按正常釬焊工藝流程在外殼基座上先放置預制焊料，再將芯片放置在預制焊料上，最后加上壓塊放入真空燒結爐中進行釬焊；此時，溢出的焊料被限制在引流圈范圍內，從而防止溢出焊料向外流動，避免造成短路。

上述方法中，所述激光標刻方式是采用激光標刻機在外殼基座上，根據需要焊接的功率半芯片安裝位置，沿芯片四周與邊緣保持一定距離，標刻出一個閉合的矩形溝槽，清洗后烘干備用。

所述芯片四周與邊緣保持的距離為0.5mm。

上述方法中，所述預制焊料為金錫焊料或錫銀焊料。

上述方法中，所述真空燒結爐中進行釬焊的具體過程是：第一步預熱，先對焊接件和工裝進行整體加熱，將溫度提高到比釬料熔點略低時，保持20s，使焊件各部分溫度保持一致；第二步焊接，按照工藝溫度控制曲線進行快速加熱，使焊件整體溫度超過釬料熔點20℃左右，并保持10s，使釬料熔化并在芯片和外殼基座間充分擴散，一部分釬料在壓力的作用下溢流出來，當向外擴散到引流槽時，溢出的多余釬料被限制在引流溝槽中，從而實現釬焊溢料的控制；第三步冷卻，停止加熱，使焊件冷卻到室溫，拆除壓塊等工裝夾具，芯片釬焊完成。

上述工藝溫度控制曲線中使用錫銀焊料時，所述使釬料熔化的溫度為275℃。

本方法具有以下優點：①可直接使用已有的工裝夾具，適合規模化生產；②不需對原有釬焊工藝參數進行調整，可快速導入生產；③可將溢出釬料控制在預定區域，提高產品質量。本方法適用于功率半導體分立器件和集成電路芯片釬焊。

附圖說明

圖1為釬焊前的預制焊料與芯片位置示意圖，圖2為原有芯片釬焊示意圖，圖3為本發明方法的芯片釬焊示意圖；