[发明专利]一种功率电子模块的微气孔清洁焊接方法

说明书

本发明公开了一种功率电子模块的微气孔清洁焊接方法，该方法包括：(1)组装工序：在金属化陶瓷衬底上放置固定框，在固定框内，依次放置焊片和半导体芯片；（2）回流工序：将贴装好的半导体芯片、焊片、金属化陶瓷衬底作为一个组装体，放入回流设备内回流。（3）回流后处理工序：完成回流工序的组装体冷却后，去除固定框，得到微气孔清洁组装体。采用本发明的焊接方法获得的焊接层具有气孔率小于2%，且无大气孔，并且焊接后没有助焊剂残留，产品无需清洗，省去了清洗费用，并且不会对环境造成污染，降低设备维护成本的优点。

技术领域

本发明属于半导体封装技术领域，具体地，涉及一种功率电子模块的微气孔清洁焊接方法。

背景技术

目前功率模块的软钎焊工艺主要是先在衬底上丝网印刷焊膏，然后在印刷了焊膏的焊盘上贴装芯片等元件，再把组装体送入到设备内进行回流焊接的。有两种情况，第一种是组装体经过隧道式非真空回流炉焊接，因为这种回流炉回流时仅充惰性气体保护焊接，而不能抽真空，气体不能有效排出，所以焊接气孔一般很大，典型地，气孔率可达10%以上；另一种情况是组装体经过真空式回流炉焊接，因为这种回流炉具有密封腔体，既能充惰性气体保护，又能抽真空，典型地，气孔率可以小于2%。

以上两种使用焊膏软钎焊的工艺有都很大的缺点，第一种是气孔率很大，难于满足功率模块焊接要求，故现在使用较少。第二种虽然气孔率较小，但是回流过程会产生大量助焊剂残留，设备维护时间长，利用率较低，且产品要经过化学液体清洗，费用较高，并产生环境保护方面的问题。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供了一种功率电子模块的微气孔清洁焊接方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的目的是提供一种功率电子模块的微气孔清洁焊接方法，该方法包括：

(1)组装工序：在金属化陶瓷衬底上放置固定框，在固定框内，依次放置焊片和半导体芯片；

（2）回流工序：将贴装好的半导体芯片、焊片、金属化陶瓷衬底作为一个组装体，放入回流设备内回流。

（3）回流后处理工序：完成回流工序的组装体冷却后，去除固定框，得到微气孔清洁组装体。

所述的回流设备为真空回流炉，所述真空回流炉包括进气管、回流腔气密性壁体、导气孔、回流底板和出气管道，所述的进气管包括进气管道Ⅰ和进气管道Ⅱ，所述进气管道Ⅰ和所述进气管道Ⅱ相连，所述进气管道Ⅰ的一端通向回流炉外，所述进气管道Ⅱ设于所述真空回流炉内，所述进气管道Ⅱ上设有导气孔，所述回流腔气密性壁体设于回流炉内壁上，所述回流底板设于所述回流炉内的底面上，所述出气管道的一端通向回流炉外，另一端延伸至回流炉内，所述回流底板用于外接电源。

所述的回流工序具体步骤如下：

（1）载入组装体至真空回流炉腔体；

（2）关闭进气管道和出气管道的阀门；

（3）抽真空至真空度为0-100mbar；

（4）通过进气管道向真空回流炉腔体内充入还原性气体；

（5）活化待焊接表面：通过所述回流底板进行加热，使所述回流底板上升至一定温度，在还原性气氛下，所述金属化陶瓷衬底上的金属层、焊片、半导体芯片表面的氧化物被还原，而成为清洁的表面；

（6）焊接：继续对所述回流底板加热，使其温度继续升高，达到所述焊片的熔点时，所述焊片逐渐熔化，金属间化合物生成；

（7）焊接层形成：抽真空，至真空度为0-100mbar；焊接层内的大部分气体也被抽出，形成微小气孔的焊接层；

（8）向真空回流炉的腔体内充入惰性气体，回流完成。