[发明专利]一种用于镀镍管基的芯片低真空合金焊接方法

说明书

一种用于镀镍管基的芯片低真空合金焊接方法，根据需要焊接的芯片尺寸，通过调节真空合金焊峰值恒温阶段的真空度进入低真空，增强合金焊接系统的热传导率，提升合金焊料与管基镀镍层的润湿性，使合金焊料充分润湿管基镀镍层。具体包括等离子清洗镀镍管基、选取比芯片尺寸略大合金焊片、芯片放置、压块放置、放入真空烧焊炉、抽中真空、加热、输入氮气调节真空度为低真空、低真空合金焊接、吹氮气冷却凝固等工艺步骤。解决了中真空环境中合金焊料片在镀镍管基上的润湿性较差，造成芯片与镀镍管基的芯片装结区焊接界面产生大量空洞的等问题。广泛应用于镀镍基底上的芯片低真空合金焊，也可以推广到其它镀层基底的芯片低真空合金焊中。

技术领域

本发明涉及半导体芯片封装领域，进一步来说，涉及半导体芯片低真空合金焊接领域，具体来说，涉及用于镀镍管基的芯片低真空合金焊接技术领域。

背景技术

金属封装半导体器件广泛使用在高可靠电子装备中，尤其是金属镀镍管基的使用更加普遍，在电子装备的可靠性中，半导体器件的可靠性起着决定性的作用。在半导体芯片裸芯片(简称芯片)组装过程中，芯片粘贴(即芯片焊接)的可靠性对半导体器件的可靠性起到关键性的作用。特别是功率半导体芯片(简称功率芯片或芯片)合金焊工艺，为防止高温氧化，影响焊接质量，通常采用真空合金焊工艺，即是一定的中真空环境下，对合金焊料片进行加热熔化后，使半导体裸芯片与镀镍管基的芯片装结区粘接在一起。然而，在传统的中真空合金焊将芯片焊接在镀镍管基上时，由于在中真空环境中(根据GB3163-82《真空技术术语》标准)，合金焊接系统(芯片、合金焊片、镀镍管基的统一体)的热传导率非常低，致使合金焊料片在镀镍管基上的润湿性较差，常常造成芯片与镀镍管基的芯片装结区焊接界面产生大量空洞，空洞率通常高于芯片焊接面积的30％以上，导致芯片与镀镍管基之间附着力差、界面接触不充分，容易脱落，芯片与镀镍管基之间的热阻很大，不能及时、充分散热，导致芯片的工作过程中产生的热量积累，使芯片的可靠性、使用寿命快速下降，芯片性能快速退化，直至烧毁芯片，如图1所示。因此，芯片与镀镍管基真空合金焊空洞率问题一直是镀镍管基芯片装结存在的问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中合金焊料片在镀镍管基上的润湿性较差，造成芯片与镀镍管基的芯片装结区焊接界面产生大量空洞，导致芯片与镀镍管基之间附着力差、界面接触不充分，容易剥离，芯片与镀镍管基之间的热阻很大，不能及时、充分散热，导致芯片的工作过程中产生的热量积累，使芯片的可靠性、使用寿命快速下降、芯片性能快速退化，直至烧毁芯片等问题。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供一种用于镀镍管基的芯片低真空合金焊接方法，根据需要焊接的芯片尺寸，通过调节真空合金焊峰值恒温阶段的真空度进入低真空，增强合金焊接系统(芯片、合金焊片、镀镍管基的统一体)的热传导率，提升合金焊料与管基镀镍层的润湿性，使合金焊料充分润湿管基镀镍层。具体步骤如下：

1、等离子清洗镀镍管基

将镀镍管基采用等离子清洗机进行清洗，去除表层上的氧化层和吸附物质。

2、选取比芯片尺寸略大合金焊片

将所选取的合金焊片置于镀镍管基的芯片焊接区域。选取的焊片大于芯片，目的是焊片加热熔化的过程中更容易包裹住芯片底面。

3、芯片放置

将芯片放于合金焊片正上方。

4、压块放置

将设定重量的压块放置于芯片的正上方；压块的加入是为了在焊料熔化的过程中在重力的引导下释放焊接界面气体，便于润湿底部镀镍管基。

5、放入真空烧焊炉

将放置完合金焊片、芯片及压块的镀镍管基安装于专用夹具上，接着与夹具一起放置于真空烧焊炉的烧焊区域。

6、抽中真空