[發明專利]一種降低半導體器件焊接氣孔率的方法

在審

• 申請號: 202111455819.3
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114613687A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 崔博然;翟仁爽;李明;楊馳
• 申請（專利權）人: 杭州大和熱磁電子有限公司
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L21/48
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 鄭汝珍

本發明屬于半導體器件封裝技術領域，為解決目前焊接氣孔改進存在較大困難的問題，本發明提供了一種降低電子器件焊接氣孔率的工藝方法，在半導體基體上增加Ni噴涂層后，采用回流焊工藝，解決了低成本錫膏回流焊接工藝中的焊接空洞問題，降低了半導體器件焊接氣孔率。

技術領域

本發明屬于半導體器件封裝技術領域，具體涉及一種降低半導體器件焊接氣孔率的方法。

背景技術

在電子產品生產中，為保持元器件的電氣性能以及使用性能，需對元器件進行封裝，在封裝工藝中，通常是利用焊料將半導體元器件焊接至基板上，因此，焊接工藝直接影響元器件與基板的焊接互聯質量，而氣孔是最常見的焊接質量問題。

目前，錫膏回流焊是半導體器件封裝工藝之一，其中較大面積的焊接氣孔是最常見和最難解決的問題之一，當空洞率較大時，焊接可靠性差，導致器件斷裂，同時會導致熱傳導不均勻，嚴重影響散熱效果，導致傳熱效率低下、熱阻增加，甚至導致半導體器件因熱疲勞時效。目前主要采取改進回流焊焊接工藝參數，優化鋼網結構，改進助焊劑成分，增加空洞抑制劑等方法，降低焊接氣孔率，但焊接氣孔的產生涉及多方面的因素，在生產過程中，將多方面因素整合改進存在較大困難。

發明內容

為解決目前焊接氣孔改進存在較大困難的問題，本發明提供了一種降低電子器件焊接氣孔率的工藝方法，解決了低成本錫膏回流焊接工藝中的焊接空洞問題，降低了半導體器件焊接氣孔率。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種降低半導體器件焊接氣孔率的方法為以下步驟：

(1)取半導體晶棒材料進行機械加工、噴砂，然后在半導體材料基體上噴涂一層Ni層；再在噴涂Ni層后的半導體基體上鍍Ni；

作為優選，所述的機械加工采用內圓切割的方法將半導體晶棒切割為所需厚度的薄片；

作為優選，噴涂Ni層的方法包括火焰噴涂，噴涂厚度約為60～120μm；更優選噴涂Ni層厚度為80～110μm。采用噴鍍的方式在半導體基體上增加Ni層，其目的是增加鍍層的耐久性，以及增加焊料的潤濕性、抗氧化性以及流動性，促使焊料內產生的氣體及時排出，此外緩和半導體與基板的膨脹率差異引起的伸縮效應。

作為優選，鍍Ni層的方法包括電鍍、化學鍍。鍍層厚度為4～12μm。

作為優選，在對半導體基體噴鍍Ni層之前，先進行噴砂預處理，其目的是增加基體表面粗糙度，增強噴鍍層與基體之間的結合力。

(2)將鍍鎳后的半導體基體材料與印刷有錫膏的基體焊接互聯。

所述的焊接采用回流爐加熱或碳板加熱，作為優選，回流焊工藝條件是：預熱過程，升溫速度＜4℃/s，保溫溫度160～215℃，保溫時間90～170s，回流溫度250-280，回流時間60-90s，冷卻速度＜3℃/s，

實驗發現，升溫要緩慢，因為各種材料吸收和散熱形成差別很大，所以要一個相對較長的時間，使得各個部件，包括錫膏等最終能達到溫度均勻一致。如果太快，使得最后焊接的時候溫度不均勻，各部分的潤濕，反應差別較大，不但會造成氣孔率的問題，還會導致其他的很多問題的發生。

回流時間60-90秒，使得焊料能充分反應，氣泡也能緩慢揮發，從而降低氣孔率，如若回流時間過長會造成焊接層老化，焊接可靠性差；冷卻速率不宜大于3℃/s，否則容易在焊點內部積累較大的熱應力，發生可靠性問題。

更優選，采用真空回流爐焊接，由于焊點內外壓強差的作用，焊點內的氣泡很容易從焊點中溢出，從而達到焊點中氣泡率很低，達到預期目的，真空度保持1mbar-10mbar。

焊接所用錫膏為SnSb系錫膏，降低成本。