[发明专利]一种将功率半导体模块端子焊接到基板的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种将功率半导体模块端子焊接到基板的方法，属于半导体封装及功率半导体模块制备技术领域。

背景技术

目前，在功率半导体模块封装过程中，通过软钎焊技术将功率端子或信号端子焊接到模块上。在功率半导体模块的使用过程中，其温度会频繁地在高温（100-150℃）和室温之间波动，由于端子所用金属材质、端子所要焊接到基板的表面材质与焊料的热膨胀系数不同并相差较大，在此温度波动下，焊接面的焊料与其接触的端子面和基板表面就会产生应力。当此应力达到一定值时就会使焊接面的焊料出现裂纹和开裂，致使端子与所焊接基板之间分离，最终导致模块的失效。此外，在软钎焊过程中模块表面存在受焊料及助焊剂污染的风险，从而影响功率半导体模块的生产和使用。

针对模块端子使用过程中掉落的问题，现解决的方法：尽量选用焊接强度高的焊料，或尽量降低模块使用时的温度，来延长模块的使用寿命。但以上方法并不能根本解决功率半导体模块的端子在使用过程中因不同材质的热膨胀系数不同而导致掉落的问题。此外，针对端子焊接过程出现的污染，现解决的方法：在功率半导体端子焊接好后增加清洗的工艺步骤，尽量减少焊料及助焊剂对模块的污染；由于增加清洗工艺步骤，使得模块的生产时间延长，同时使生产成本提高。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种将功率半导体模块端子焊接到基板的方法，它可以有效地解决功率半导体模块在使用过程中因不同材质热膨胀系数不同而导致掉落端子的问题，同时也可以减少模块生产周期的时间而提高生产效率。

本发明所采用的技术方案是：一种将功率半导体模块端子焊接到基板的方法，该方法选为材质相同或热膨胀系数相近的材料制成端子和基板，所述基板通过回流锡焊在一散热基板上，将所述端子固定在需焊接处基板的上方；将所述端子的焊接面与基板的上表面平整接触；将所述散热基板固定住；使超声波焊头工作面与端子的焊接上表面水平对齐；沿着所述基板平面的竖直方向对所述超声波焊头施加压力，使所述超声波焊头工作面与所述端子焊接上表面平整接触；所述超声波焊头，将超声波能量施加到所述端子和所述基板上，使之足以将所述端子焊接到所述基板上。

所述的端子是由铜或铜合金制成，所述基板是直接敷铜陶瓷基板。

所述直接敷铜陶瓷基板由三层组成，上层为铜箔，中间层为陶瓷，下层为铜箔。

所述的端子是由铝或铝合金制成；所述基板是直接敷铝陶瓷基板。

所述直接敷铝陶瓷基板由三层组成，上层为铝箔，中间层为陶瓷，下层为铝箔。

所述陶瓷是氧化铝（Al₂O₃），或是氮化铝（AlN）。

所述超声波焊头以15-45kHz的频率施加能量。

所述超声波焊头将一个50-2000N的力施加到所述端子和所述基板上。

所述超声波焊头输出10-1000Ws（J）的能量进行焊接。

所述端子焊接面的面积为2-100mm²，呈矩形或多边形或圆形形状。

本发明使用材质相同或热膨胀系数相近的端子和基板，对端子和基板施加一定的压力,使端子和基板紧密结合,然后通过一定频率和能量的超声波使端子和基板结合在一起，并保证基板中的陶瓷不能有裂纹。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在端子和基板结合过程中不使用焊料，直接将端子和基板结合在一起，在功率模块使用过程中承受温度负载时就可以避免因不同材质热膨胀系数相差大而造成端子掉落的问题，可以彻底解决功率半导体模块使用寿命由端子焊接强度决定的问题，大大可以延长功率半导体模块的使用寿命。

附图说明

图1为本发明所述超声波焊接功率半导体模块端子的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。图1所示,本发明所述的将功率半导体模块端子焊接到基板的方法，该方法选为材质相同或热膨胀系数相近的材料制成端子和基板，所述基板3通过回流锡焊在一散热基板5上，将所述端子2固定在需焊接处基板3的上方；将所述端子的焊接面21与基板的上表面34平整接触；将所述散热基板5固定住；使超声波焊头工作面11与端子的焊接上表面22水平对齐；沿着所述基板2平面的竖直方向y对所述超声波焊头1施加压力，使所述超声波焊头工作面11与所述端子焊接上表面22平整接触；所述超声波焊头1，将超声波能量施加到所述端子2和所述基板3上，使之足以将所述端子2焊接到所述基板3上。