[发明专利]用于在基板上分配无焊剂焊料的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于在基板上分配无焊剂焊料的方法和设备。

背景技术

这种焊接方法通常但并不唯一地用于将半导体芯片安装在称之为引线框架的金属基板上。与利用粘合剂进行安装相比，功率半导体器件通常主要利用软焊料与基板相连接，基板通常由铜组成，以便确保半导体芯片的热损失通过焊接接头更有效地散发。尤其是在功率密度增加的情况下，对焊接接头的同质性的要求较高，即，要求焊料层在整个芯片区域上有限定的厚度、均匀的分布和理想的浸湿以及完全没有气泡和焊接接头的纯度。另一方面，焊料必须不能横向地渗出焊接间隙，并且不能紧接于半导体芯片散布，这就再次要求对焊料部分的精确定量和定位。

在安装半导体芯片的领域中，在实际使用中广泛应用的一种方法是，将焊丝的端部接触已经被加热至焊料熔化温度以上的基板，以便熔化一部分焊丝。由于其简便且灵活，这种方法一般非常适于大量生产。然而，所获得的近似圆形的浸湿表面并不理想地适于矩形或方形的半导体芯片。此外，借助从美国专利US6,056,184获知的一种落料模(punching die)，可将沉积在基板上的焊料部分制成一种适于矩形半导体芯片的平坦形状。还获知的是，用写头(writing head)沿着特定路径移动焊接金属丝的端部，使得受热的基板持续熔化焊料。焊料轨迹从而沉积在基板上。

从US5,878,939获知一种方法，其中可将液态焊料注射进形成在成型模和基板之间的空腔中。

这些已知的方法具有几个缺点。或者所沉积焊料的形状为圆形，或者必须为每个矩形制出特定的落料模。这样的落料模包括侧壁，所述侧壁将占据基板的一部分。因此，焊料不能被施加到芯片岛的边缘，所述芯片岛容纳半导体芯片。另外，基板必须被加热到焊料的熔化温度之上，并且所沉积的焊料从施加开始直到沉积到半导体芯片上必须保持在液态。另外的缺点是，必须定期地清洗与液态焊料相接触的部位，为此目的就必须中断生产。

从美国专利US4,577,398和美国专利US4,709,849中获知一种方法，在该方法中预制由焊接金属制成的扁平预成型坯(所谓的“焊料预成型坯”)，这种坯的尺寸适用于半导体芯片。焊料预成形坯随后会被放置在基板上并且被基板熔化，以便形成具有所需尺寸的焊接层。由于对焊料预成型坯的必要预制以及额外的安装操作，这种方法相对昂贵并且不灵活。

从US2009145950获知通过焊料分配器的写头引导焊丝的方法和设备，当施加焊料时，将焊丝与受热的基板相接触，使得焊料在焊丝的端部处熔化，并且写头沿着平行于基板的表面的预定路径移动。焊料分配器以这种方式在基板上写出焊料轨迹。这种方法中的缺点是，基板仅能被不充分地浸湿，而未预先清洗。

发明内容

本发明的目的是开发不再表现出上述缺点的用于对基板施加无焊剂焊料的方法和设备。

根据本发明的用于将无焊剂焊料分配到基板的基板场所上的方法使用包括分配头的分配设备，该分配头包括冲压部、超声头以及丝馈送部，超声头被构造成将超声施加到冲压部。该冲压部具有工作面，该工作面具有对冲压部的侧表面开放的凹部。该丝馈送部在相对于基板的表面倾斜一角度的情况下馈送焊丝。该方法包括下列步骤：

A)将分配头移动至在焊料将被分配到的下一个基板场所的上方的预定位置；

B)将冲压部下降直至

B1)冲压部的工作面接触基板场所，或

B2)冲压部的工作面位于所述基板场所上方的预定高度处，或

B3)冲压部的工作面接触基板场所，并且将冲压部提升至基板场所上方的预定高度，

其中，在B2和B3中所提及的高度被以如下方式设定，所述方式使得冲压部的工作面在稍后的下列步骤D中被焊料润湿，

C)通过下列步骤将无焊剂焊料分配到基板场所：

C1)使焊丝以如下方式前进直至焊丝接触基板场所，所述方式使得所述焊丝的尖端接触位于冲压部的凹部内的基板场所；

C2)使焊丝进一步前进，以便熔化预定量的焊料；以及

C3)缩回焊丝；

D)沿着预定路径移动分配头以便在基板场所上分配焊料，并且同时对冲压部施加超声；以及

E)提升冲压部，其中

在步骤C3之后执行步骤D，或者在步骤C2期间步骤D已经开始。

该方法优选地进一步包括：通过喷嘴馈送焊丝，并且主动地冷却喷嘴。

根据本发明，用于将无焊剂焊料分配到基板的基板场所上的设备包括：