[发明专利]一种功率半导体芯片钎焊溢料控制方法

说明书

本发明公开了一种功率半导体芯片钎焊溢料控制方法，该方法是在芯片焊接前，在外壳基座上，沿功率半导体芯片焊接区域四周，通过激光标刻方式，刻出一道沟槽，形成一个引流圈；按正常钎焊工艺流程在外壳基座上先放置预制焊料，再将芯片放置在预制焊料上，最后加上压块放入真空烧结炉中进行钎焊；此时，溢出的焊料被限制在引流圈范围内，从而防止溢出焊料向外流动，避免造成短路。本方法具有以下优点：①可直接使用已有的工装夹具，适合规模化生产；②不需对原有钎焊工艺参数进行调整，可快速导入生产；③可将溢出钎料控制在预定区域，提高产品质量。本方法适用于功率半导体分立器件和集成电路芯片钎焊。

技术领域

本发明涉及集成电路，进一步来说，涉及功率半导体芯片钎焊方法。

背景技术

功率半导体芯片因工作电流大，为提高芯片散热效率，芯片粘片需采用钎焊工艺。钎焊工艺是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。在钎焊过程中，为使芯片与外壳基座形成良好接触，需要对芯片施加一定压力，以克服熔融焊料液体对芯片的浮力。加压时熔融的焊料以及焊料表面的氧化物会从芯片和外壳基座间挤出，有利于提高芯片钎焊质量。但焊料溢出的方向是随机的，加上外壳基座平整度也存在差异，从而造成焊料溢出的位置和面积大小都不受控，当溢出的焊料沿伸到引线时，会因短路造成电路失效。

经检索，中国专利数据库中，涉及集成电路焊接的申请件不多，如ZL2009200452501号《混合集成电路异型软基板的大面积焊接夹具》、ZL2013102622616号《一种混合集成电路封装的激光填料焊接的密封方法》和ZL201521009803X号《引线焊接结构及混合集成电路》等，但尚无涉及半导体芯片钎焊的专利申请件。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率半导体芯片钎焊溢料控制方法，以解决焊料溢出沿伸到引线造成短路使电路失效的问题。

为达到上述发明目的，发明人提供的功率半导体芯片钎焊溢料控制方法，是在芯片焊接前，在外壳基座上，沿功率半导体芯片焊接区域四周，通过激光标刻方式，刻出一道沟槽，形成一个引流圈；按正常钎焊工艺流程在外壳基座上先放置预制焊料，再将芯片放置在预制焊料上，最后加上压块放入真空烧结炉中进行钎焊；此时，溢出的焊料被限制在引流圈范围内，从而防止溢出焊料向外流动，避免造成短路。

上述方法中，所述激光标刻方式是采用激光标刻机在外壳基座上，根据需要焊接的功率半芯片安装位置，沿芯片四周与边缘保持一定距离，标刻出一个闭合的矩形沟槽，清洗后烘干备用。

所述芯片四周与边缘保持的距离为0.5mm。

上述方法中，所述预制焊料为金锡焊料或锡银焊料。

上述方法中，所述真空烧结炉中进行钎焊的具体过程是：第一步预热，先对焊接件和工装进行整体加热，将温度提高到比钎料熔点略低时，保持20s，使焊件各部分温度保持一致；第二步焊接，按照工艺温度控制曲线进行快速加热，使焊件整体温度超过钎料熔点20℃左右，并保持10s，使钎料熔化并在芯片和外壳基座间充分扩散，一部分钎料在压力的作用下溢流出来，当向外扩散到引流槽时，溢出的多余钎料被限制在引流沟槽中，从而实现钎焊溢料的控制；第三步冷却，停止加热，使焊件冷却到室温，拆除压块等工装夹具，芯片钎焊完成。

上述工艺温度控制曲线中使用锡银焊料时，所述使钎料熔化的温度为275℃。

本方法具有以下优点：①可直接使用已有的工装夹具，适合规模化生产；②不需对原有钎焊工艺参数进行调整，可快速导入生产；③可将溢出钎料控制在预定区域，提高产品质量。本方法适用于功率半导体分立器件和集成电路芯片钎焊。

附图说明

图1为钎焊前的预制焊料与芯片位置示意图，图2为原有芯片钎焊示意图，图3为本发明方法的芯片钎焊示意图；