[发明专利]一种激光焊接功率半导体芯片的方法

说明书

本发明公开了一种激光焊接功率半导体芯片的方法，其特征在于，步骤为：a.焊接芯片与散热衬底，将第一焊料片放置于散热衬底与芯片之间，调节第一激光束在在散热衬底上的光斑直径完全覆盖第一焊料片，发射激光瞬间加热散热衬底；b.焊接跳线与芯片，将第二焊料片放置于跳线与芯片之间，调节第二激光束的光斑直径不超过跳线范围，发射激光瞬间加热跳线；c.焊接跳线与引脚。本发明的步骤ab中涉及芯片正反两面的焊接，焊接过程都属于低温焊接，避免了芯片高温损坏的可能，而且激光不会直接照射芯片，避免了硅材料局部受热后开裂或电学特性改变的问题。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体地指一种功率半导体晶圆如MOSFET、IGBT的晶圆与引脚和散热衬底焊接的方法。

背景技术

随着现代科技的发展，半导体器件和组件在工程、商业上得到了广泛应用。半导体晶圆芯片(简称芯片)的封装焊接方法有很多，可以概括为金属合金焊接法(或称为低熔点焊接法)、树脂粘贴法两大类。其中树脂粘贴法多用于芯片和封装体之间，使用掺杂金属和胶合剂形成电和热的良导体；金属合金焊接法主要指的金硅、金锡、金锗等共晶焊接，共晶焊接法具有机械强度高、热阻小、稳定性好、可靠性高的优点因此广泛应用与芯片与引脚焊接、芯片与散热衬底焊接等场合。如附图1-2所示功率半导体器件中跳线1与引脚4之间的焊接、跳线1与芯片2的焊接、芯片2与散热衬底3的焊接都可以采用共晶焊的方法进行。在中国电子集团公司第十三研究所所著的《半导体器件芯片焊接方法及控制》中描述：共晶焊接的优点就是机械强度高、稳定性好但其缺点也比较明显就是制造成本高。在小功率硅平面器件封装如TO-220、TO-262、D-PAK器件中特别是面向消费类电子产品价格敏感、工作温度仅需要满足普通商用温度(0-75℃)的特点常采用软焊料焊接取代共晶焊进行芯片2与散热衬底3之间的焊接、跳线1和引脚4之间的焊接。如小功率MOSFET功率器件常需要从芯片引出栅极、源极、漏极引脚，通常散热衬底3作为漏极直接将芯片2焊接在其上，源极和栅极需要通过跳线1从芯片2表面连接到引脚4上，而源级用于传输电流因此焊接接触面积通常较大。在实际批量生产中焊料焊接常采用锡合金的回流焊，回流焊由于存在预热、升温、焊接、回流、冷却等多个工序焊接时间需要至少30-60秒，缩短焊接时间往往会造成虚焊、爆锡等工艺问题。即使采用激光配合锡膏进行软焊料焊接，为避免激光照射锡膏后温度快速上升产生锡爆，仍需要将焊接时间控制在1秒以上。

公开号为CN 104103619 B、CN 105458434 B、CN 105914185 B的中国发明专利均公开了芯片焊接工艺，但都需要在引脚或框架上设置复杂的连接件，不利于工艺的简化。

因此，需要开发出一种操作简单、效率高、成本低、对芯片无损伤的激光焊接功率半导体芯片的方法。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种操作简单、效率高、成本低、对芯片无损伤的激光焊接功率半导体芯片的方法。

本发明的技术方案为：一种激光焊接功率半导体芯片的方法，其特征在于，它包括：

a.焊接芯片与散热衬底

将第一焊料片放置于散热衬底与芯片之间，发射激光瞬间加热散热衬底使第一焊料片熔化将芯片与散热衬底焊接；

b.焊接跳线与芯片

将第二焊料片放置于跳线与芯片之间，发射激光瞬间加热跳线使第二焊料片熔化将跳线与芯片焊接；

c.焊接跳线与引脚

将跳线紧贴在引脚上，发射激光将跳线和引脚共晶焊接。

优选的，所述步骤a中，焊接芯片与散热衬底之前，调节第一激光束在散热衬底远离芯片的一侧聚焦且在散热衬底上的光斑直径完全覆盖第一焊料片。

优选的，所述步骤b中，焊接跳线与芯片之前，调节第二激光束在跳线远离芯片的一侧聚焦且在跳线上的光斑直径不超过跳线范围。