CN103056500B - 半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法，属于半导体陶瓷封装技术领域。在金属盖板表面预置镀金属层，在陶瓷外壳焊接区域预置镀层金属封口框；将焊料环点焊在金属盖板的镀金属层上；在氮气气氛下，将金属盖板与陶瓷外壳的金属封口框对位，利用平行缝焊设备使用小角度(5°)铜电极进行低功率焊接，使焊料环充分熔化并分别与金属盖板的镀金层和陶瓷外壳的金属封口框焊接，完成电路的熔封。本发明的方法避免了平行缝焊过程中，脉冲过大，局部集中加热温度过高的问题；避免了熔封工艺中使电路内部芯片和键合处在高温状态中；降低了平行缝焊的最高温度。

Description

半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法
技术领域
本发明涉及半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法，属于半导体陶瓷封装技术领域。
背景技术
随着陶瓷封装的迅速发展，对封装电路的气密性要求也越来越高，良好的气密性封装可以有效的保证良好的内部气氛，保证产品的长期可靠性，实现气密性封装的方法主要有平行缝焊和熔封。
采用平行缝焊进行陶瓷封装过程中，很多公司都采用金属盖板与陶瓷外壳的可伐框直接焊接，利用两个圆锥形滚轮电极压住待封装的金属盖板和外壳上的金属框，电极一般为15°电极和10°电极，功率为1750W，整个回路的高电阻在电极与盖板的接触点处，由于脉冲电流产生大量的热，使接触点呈熔融状态，在滚轮电极的压力下，凝固后即形成一连串的焊点。从而实现气密性焊接。其缺点是焊点处所受到的温度较高。
熔封工艺是将焊环镀金的外壳与带有Au80Sn20合金焊料的金属盖板使用专门夹具固定好后，放在链式炉入口处随传送带匀速进入炉体，经过预设链速与各温区温度形成的温度曲线，使焊料熔化，与盖板、焊环形成良好的气密性焊接。具有成品率高(接近100％)、工艺参数易控、可靠性高等优点，但是该工艺利用链式炉对电路整体加热到焊料的熔点以上，金的熔点为1064℃，使整个电路处在设置的温度下，器件内部芯片也会受到高温的作用。
发明内容
本发明的目的是为了克服原有封帽工艺的不足，提出半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法，所述的封帽包括陶瓷外壳、芯片和金属盖板；所述的陶瓷外壳带有空腔，所述的芯片放置在陶瓷外壳的空腔内；所述的金属盖板盖在陶瓷外壳的顶端，通过焊接方法将所述的陶瓷外壳和金属盖板进行密封，所述的焊接方法的步骤包括：
1)在金属盖板表面依次镀覆Ni/Au/Ni/Au层，在陶瓷外壳焊接区域预置镀层金属封口框；
2)将焊料环点焊在金属盖板上；
3)在氮气气氛下，将步骤2)得到的金属盖板与陶瓷外壳的金属封口框对位，利用平行缝焊设备使用小角度铜电极进行低功率(800～1000W)焊接，使焊料环充分熔化并分别与金属盖板的镀金层和陶瓷外壳的金属封口框焊接，完成封帽的密封。
有益效果
本发明的方法避免了半导体陶瓷封装器件在采用普通金属盖板直接与陶瓷外壳可伐框进行平行缝焊过程中，脉冲过大，局部集中加热温度过高的问题；避免了熔封工艺中使电路内部芯片和键合处在高温状态中；金锡焊料的熔点为280℃，相对于金属盖板表面的金镀层的熔点(1064℃)大幅度降低，最大限度的降低了平行缝焊的最高温度；
只对电极与盖板的接触点加热，有效地避免了熔封过程中对电路腔体内部的加热；
焊接温度的大幅度降低，对陶瓷上的金属封口框进行封帽时，改善了由于陶瓷传热系数较小，热量不易散失，产生热应力的问题，避免了陶瓷外壳的金属框和陶瓷的接触面处发生脱离而导致外壳漏气的发生；
大角度电极与盖板的接触为点接触，完成平行缝焊工艺之后，焊接区域为线连接，电极的角度降低，电极与盖板的接触为线接触，将盖板与陶瓷金属框的焊接之后，焊接区域为带连接，电极与盖板的接触面积大幅度增大，经试验验证将原有的15°和10°电极更换为5°电极，有效的改善金属盖板与陶瓷金属框的结合面积；
平行缝焊设备使用5°的小角度电极进行低功率焊接，使其温度只在金锡焊料熔点以上，金锡焊料环熔化，与金属盖板和陶瓷外壳的金属封口框进行焊接，实现熔封。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例
半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法，所述的封帽包括陶瓷外壳、芯片和金属盖板；所述的陶瓷外壳带有空腔，所述的芯片放置在陶瓷外壳的空腔内；所述的金属盖板盖在陶瓷外壳的顶端，通过焊接方法将所述的陶瓷外壳和金属盖板进行密封，所述的焊接方法的步骤包括：
1)在金属盖板表面预置Ni层、Au层、Ni层、Au层，在陶瓷外壳焊接区域预置Ni层、然后在Ni层外预置Au层，形成Au封口框；
2)制备预成型焊料环，焊料环的厚度为50μm；
3)将步骤2)制备的焊料环点焊在金属盖板的镀金层上；
4)在氮气气氛下，将步骤3)得到的金属盖板与陶瓷外壳的Au封口框对位，利用平行缝焊设备使用5°铜电极进行低功率焊接，使焊料环充分熔化并分别与金属盖板的镀金层和陶瓷外壳的Au封口框焊接，完成盖板与陶瓷外壳的熔封焊接。
上述步骤1)中金属盖板为可伐盖板；陶瓷外壳为氧化铝陶瓷；
上述步骤2)中焊料环由Au和Sn组成，Au的质量百分含量为80％，Sn的质量百分含量为20％；焊料环的熔点为280℃；
上述步骤4)中使用的电极为5°电极，电极材料为铜。
上述步骤4)中焊接参数：功率为800～1000W，脉宽为4～8ms，脉冲周期为20～60ms，焊接速度为1～3mm/s，焊接压力为100～500g，延迟距离为1～3mm。

Claims (6)

1.半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法，所述的封帽包括陶瓷外壳、芯片和金属盖板；所述的陶瓷外壳带有空腔，所述的芯片放置在陶瓷外壳的空腔内；所述的金属盖板盖在陶瓷外壳的顶端，通过焊接方法将所述的陶瓷外壳和金属盖板进行密封，其特征在于焊接方法的步骤包括：
1)在金属盖板焊接区域预置镀金属层，在陶瓷外壳焊接区域预置镀层金属封口框；
2)将焊料环点焊在金属盖板的镀金属层上；
3)在氮气气氛下，将步骤2)得到的金属盖板与陶瓷外壳的金属封口框对位，利用平行缝焊设备使用小角度电极进行焊接，使焊料环充分熔化并分别与金属盖板的镀金属层和陶瓷外壳的金属封口框焊接，完成金属盖板与陶瓷外壳的熔封；
步骤1)中金属盖板预置镀金属层的过程是在金属盖板表面依次预置Ni层、Au层、Ni层、Au层；
步骤1)中陶瓷外壳焊接区域预置镀层金属封口框的过程为在陶瓷外壳焊接区域预置Ni层、然后在Ni层外预置Au层，形成Au封口框；
步骤3)中小角度电极为5°电极，电极材料为铜。
2.根据权利要求1所述的半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法，其特征在于：步骤2)中焊料环的厚度为50μm。
3.根据权利要求1所述的半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法，其特征在于：步骤1)中金属盖板为可伐盖板。
4.根据权利要求1所述的半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法，其特征在于：步骤1)中陶瓷外壳为氧化铝陶瓷。
5.根据权利要求1所述的半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法，其特征在于：步骤2)中焊料环由Au和Sn组成，Au的质量百分含量为80％，Sn的质量百分含量为20％。
6.根据权利要求1所述的半导体陶瓷外壳封帽的焊接方法，其特征在于：步骤3)中焊接参数：功率为800～1000W，脉宽为4～8ms，脉冲周期为20～60ms，焊接速度为1～3mm/s，焊接压力为100～500g，延迟距离为1～3mm。
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