一种功率模块的低空洞率焊接工艺的制作方法

本发明涉及半导体焊接生产，具体是一种功率模块的低空洞率焊接工艺。

背景技术：

1、在功率模块生产过程中，为保持功率模块的电气性能以及使用性能，需对功率模块的芯片及结构件进行焊接封装，在焊接封装工艺中，通常是利用焊料将芯片及结构件进行焊接互联，因此，焊接工艺直接影响芯片与结构件的焊接互联质量，而空洞率是最常见的焊接质量问题。

2、目前，功率模块的焊接大多采用真空回流焊接技术，在焊接反应阶段炉腔内为真空(负压)状态，这种工艺焊接的功率模块空洞率在5％-10％左右，且极不稳定，焊接空洞的大小直接影响功率模块的散热，直接导致发热以及应力的产生；对于功率模块，如果不能保证其良好的散热通道，会严重影响散热效果，导致传热效率低下、热阻增加，甚至导致半导体器件因热疲劳失效。所以，所谓的解决散热，最核心的就是极大可能地降低焊接空洞

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种功率模块的低空洞率焊接工艺。

3、技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种功率模块的低空洞率焊接工艺，包括如下步骤：

5、步骤一、将焊接结构置于炉内焊接腔中的加热炉板上，关闭炉门；

6、步骤二、锁紧炉门，对焊接腔进行抽真空操作；

7、步骤三、持续冲入氮气；

8、步骤四、对焊接腔抽真空操作；

9、步骤五、持续冲入氮气；

10、其中步骤二至步骤五中，均保持焊接腔加热炉板的温度为t0，t0小于焊锡膏反应的温度；

11、步骤六、对加热炉板进行升温至t1，使焊接结构内焊锡膏受热反应；

12、步骤七、保持加热炉板温度在t1，持续冲入氮气，并保持气体对流，使焊锡膏充分熔化，并与芯片及陶瓷片两面金属、模块结构件金属完成共晶反应；

13、步骤八、保持焊接腔加热炉板温度在t1，对炉腔抽真空，然后持续冲入氮气；

14、对步骤八进行三次循环操作；

15、步骤九、焊接腔内采用水冷降温至t0，然后对焊接腔进行抽真空，最后持续冲入氮气。

16、上述的，取芯片、焊锡膏、陶瓷片和模块结构件，将所述焊锡膏按工艺要求涂刮在模块结构件及陶瓷片上，然后将芯片、陶瓷片和模块结构件依次贴装到焊接工装内，得到焊接结构。

17、上述的，t0为40-100℃。

18、上述的，t1为230℃。

19、上述的，步骤二、步骤四以及步骤八中抽真空后，保持焊接腔内压力为-95kp。

20、上述的，主体的顶部开设有进出主体的第一开关门；伸缩体的顶部开设有进出伸缩体的第二开关门。。

21、上述的，步骤三、步骤五以及步骤八中持续充氮气的时间为60s，充入氮气后，焊接腔中的压力为-14±2kp。

22、上述的，步骤六中温度升至t1后，保温3min，焊接腔内压力为14±2kp。

23、上述的，步骤七中持续充入氮气的时间为20s，焊接腔内压力为40±5kp，焊锡膏的反应时间为30s。

24、上述的，步骤九中抽真空后，焊接腔内压力为-90kp，持续冲入氮气时间为50s。

25、有益效果：

26、与现有技术相比，该一种功率模块的低空洞率焊接工艺具备如下有益效果：

27、在焊接工艺的焊锡膏反应阶段，焊接腔内为有氮气保护的正压状态，焊接腔内气体对流，使焊接腔内温度均匀；在焊锡膏充分反应熔融后，对焊接炉腔进行多次抽真空及充氮气操作，使得焊接层内气泡在高真空状态下排出，可以大幅度降低铅锡银焊接芯片空洞率，将空洞率控制在1％以下。

28、本发明在降低空洞率的同时，其整个焊接工艺过程时间较短，焊接面焊锡浸润性和流淌性良好，因此，本发明还兼顾了焊接质量的一致性和生产效率。

29、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

技术特征：

1.一种功率模块的低空洞率焊接工艺，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种功率模块的低空洞率焊接工艺，其特征在于：取芯片、焊锡膏、陶瓷片和模块结构件，将所述焊锡膏按工艺要求涂刮在模块结构件及陶瓷片上，然后将芯片、陶瓷片和模块结构件依次贴装到焊接工装内，得到焊接结构。

3.根据权利要求1所述的一种功率模块的低空洞率焊接工艺，其特征在于：t0为40-100℃。

4.根据权利要求1或3所述的一种功率模块的低空洞率焊接工艺，其特征在于：t1为230℃。

5.根据权利要求1所述的一种功率模块的低空洞率焊接工艺，其特征在于：步骤二、步骤四以及步骤八中抽真空后，保持焊接腔内压力为-95kp。

6.根据权利要求1所述的一种功率模块的低空洞率焊接工艺，其特征在于：步骤三、步骤五以及步骤八中持续充氮气的时间为60s，充入氮气后，焊接腔中的压力为-14±2kp。

7.根据权利要求1所述的一种功率模块的低空洞率焊接工艺，其特征在于：步骤六中温度升至t1后，保温3min，焊接腔内压力为14±2kp。

8.根据权利要求1所述的一种功率模块的低空洞率焊接工艺，其特征在于：步骤七中持续充入氮气的时间为20s，焊接腔内压力为40±5kp，焊锡膏的反应时间为30s。

9.根据权利要求1所述的一种功率模块的低空洞率焊接工艺，其特征在于：步骤九中抽真空后，焊接腔内压力为-90kp，持续冲入氮气时间为50s。

技术总结本发明公开了一种功率模块的低空洞率焊接工艺，涉及半导体焊接生产技术领域，在焊接工艺的焊锡膏反应阶段，焊接腔内为有氮气保护的正压状态，焊接腔内气体对流，使焊接腔内温度均匀；在焊锡膏充分反应熔融后，对焊接炉腔进行多次抽真空及充氮气操作，使得焊接层内气泡在高真空状态下排出，可以大幅度降低铅锡银焊接芯片空洞率，将空洞率控制在1％以下。本发明在降低空洞率的同时，其整个焊接工艺过程时间较短，焊接面焊锡浸润性和流淌性良好，因此，本发明还兼顾了焊接质量的一致性和生产效率。技术研发人员：冯民生,王民安,王海兵,王志亮,范丽,胡海燕,胡晶晶受保护的技术使用者：黄山芯微电子股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11