CN103579023A - 焊接式电力半导体模块焊接方法 - Google Patents

焊接式电力半导体模块焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103579023A
CN103579023A CN201210277148.0A CN201210277148A CN103579023A CN 103579023 A CN103579023 A CN 103579023A CN 201210277148 A CN201210277148 A CN 201210277148A CN 103579023 A CN103579023 A CN 103579023A
Authority
CN
China
Prior art keywords
scolder
welding
chip
power semiconductor
semiconductor module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201210277148.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103579023B (zh
Inventor
王豹子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CRRC Xian Yongdian Electric Co Ltd
Original Assignee
Xian Yongdian Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Yongdian Electric Co Ltd filed Critical Xian Yongdian Electric Co Ltd
Priority to CN201210277148.0A priority Critical patent/CN103579023B/zh
Priority claimed from CN201210277148.0A external-priority patent/CN103579023B/zh
Publication of CN103579023A publication Critical patent/CN103579023A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103579023B publication Critical patent/CN103579023B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
    • H01L2224/83193—Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种焊接式电力半导体模块焊接方法，其包括：在焊接式电力半导体模块的底板和陶瓷基板的陶瓷层之间设置第一焊料，在陶瓷基板的焊接层和芯片之间设置第二焊料；将上述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片置入加热设备中进行加热，以使所述第一焊料和第二焊料熔化，进行第一次焊接；将电极与完成第一次焊接后的所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块。本发明可简化焊接步骤，提高焊接效率。

Description

焊接式电力半导体模块焊接方法
技术领域
本发明涉及一种热加工技术，尤其涉及一种焊接式电力半导体模块焊接方法。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）模块主要应用在变频器的主回路逆变器及一切逆变电路，即直流/交流（DC/AC）变换中。当今以IGBT模块为代表的新型电力电子器件是高频电力电子线路和控制系统的核心开关元器件，它的性能参数直接决定着电力电子系统的效率和可靠性。现已广泛应用于电力机车、高压输变电、电动汽车、伺服控制器、开关电源、斩波电源等领域，市场前景非常好。诸如IGBT模块这样的焊接式电力半导体模块，通常包括底板、陶瓷基板和芯片。底板用于承载整个模块，陶瓷基板是在陶瓷层上形成焊接层，来承载芯片和电极，采用直接键合铜(Direct Bonding Copper，简称DBC)技术的基板（DBC基板）就是常用的陶瓷基板。芯片则是实现各焊接式电力半导体模块的主要功能部件，其通过电极引出，与其他电气元件配合使用。
焊接工艺是IGBT模块封装制造过程的关键，焊接工艺的优劣直接影响着IGBT模块的电气特性、安全性和可靠性。
对于目前的焊接式IGBT模块，焊接工艺包括芯片与DBC基板之间的焊接，DBC基板与底板间的焊接以及电极与DBC基板之间的焊接。而现有焊接式IGBT模块封装工艺大多都是采用三步焊接工艺完成焊接的，三步焊接过程具体是：
芯片一次焊接→DBC基板二次焊接→端子三次焊接其中，芯片一次焊接是指实现IGBT芯片与DBC之间的焊接；DBC基板二次焊接是指DBC与底板间的焊接；端子三次焊接是指电极与DBC之间的焊接。三次焊接工艺需要进行三次独立的焊接，且要求三次焊接所选则的焊料熔点温度满足：一次焊接焊料熔点温度T1＞二次焊接焊料熔点温度T2＞三次焊接焊料熔点温度T3＞IGBT芯片最高结温，保证在进行二次焊接时一次焊料不会熔化，三次焊接时一次、二次焊料不会熔化。
但是，现有IGBT模块三步焊接工艺需要完成三次不同的焊接，且完成三次不同的焊接需要较长的时间，因此IGBT模块封装的焊接时间较长，效率较低，对能源、特种气体等资源的消耗相对较大，制造成本较高。
除IGBT模块之外，其他具有类似底板、陶瓷基板和芯片结构的焊接式电力半导体模块的焊接工艺也同样存在上述缺陷。
发明内容
本发明提供一种焊接式电力半导体模块焊接方法，以简化焊接步骤，提高焊接效率。
本发明提供一种焊接式电力半导体模块焊接方法，包括：
在焊接式电力半导体模块的底板和陶瓷基板的陶瓷层之间设置第一焊料，在陶瓷基板的焊接层和芯片之间设置第二焊料；
将上述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片置入加热设备中进行加热，以使所述第一焊料和第二焊料熔化，进行第一次焊接；
将电极与完成第一次焊接后的所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块。
本发明的焊接式电力半导体模块焊接方法，由于采用在焊接式电力半导体模块的底板和陶瓷基板的陶瓷层之间设置第一焊料，在陶瓷基板的焊接层和芯片之间设置第二焊料，并将上述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片置入加热设备中进行加热，以使所述第一焊料和第二焊料熔化，从而通过一次焊接完成对底板和陶瓷基板之间以及陶瓷基板和芯片之间的焊接，简化焊接步骤，提高焊接效率，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的焊接式电力半导体模块焊接方法的流程图。
具体实施方式
图1为本发明实施例提供的焊接式电力半导体模块焊接方法的流程图，焊接式电力半导体模块焊接方法的具体步骤如下：
步骤110，在焊接式电力半导体模块的底板和陶瓷基板的陶瓷层之间设置第一焊料，在陶瓷基板的焊接层和芯片之间设置第二焊料。
其中，在进行加热前，在焊接式电力半导体模块的底板和陶瓷基板的陶瓷层之间设置第一焊料，且在陶瓷基板的焊接层和芯片之间设置第二焊料，为实现在第一次焊接过程中一次性完成对底板和陶瓷基板之间以及陶瓷基板和芯片之间的焊接做准备，其中，芯片可为IGBT芯片、二极管芯片或者晶闸管芯片，陶瓷基板可为DBC基板，当然，本方法同样适用于其他电力半导体芯片和具有焊接层的陶瓷基板，本发明不限定于此。
步骤120，将上述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片置入加热设备中进行加热，以使所述第一焊料和第二焊料熔化，进行第一次焊接。
优选的，所述第一焊料的熔点大于或等于所述第二焊料的熔点，且所述第一焊料和第二焊料的熔点差值小于等于50℃，则将上述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片置入加热设备中进行加热，其中，所述加热设备底部设置的加热板，对所述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片由下至上进行加热，以使所述第一焊料和第二焊料熔化，进行第一次焊接。
由于加热设备的底部设有加热板释放热量，对所述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片由下至上进行加热，因此在热传递过程中会产生温差，且陶瓷基板有热阻，使得存在温度梯度，所以第一焊料处的温度要稍高于第二焊料处的温度，因此第一焊料的熔点要稍高于或等于第二焊料的熔点，且第一焊料和第二焊料的熔点差值小于等于50℃，以尽量保证在第一次焊接过程中使第一焊料和第二焊料同步熔化，从而简化焊接步骤。当然，如果采用以其他方式加热的加热设备，可以根据加热设备的加热特点，改变第一焊料和第二焊料的熔点值，本发明不限定于此。
其中，加热设备可设有夹具，用于调整和固定底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片的位置，加热设备可为焊接炉。
步骤130，将电极与完成第一次焊接后的所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块。
其中，可采用导电线将电极与完成第一次焊接后的所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块。
另外，也可先将电极与陶瓷基板进行焊接，之后再将电极与完成第一次焊接后的所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块。
当所述焊接层为导电材料制成时，优选的，步骤130包括步骤140、150。
步骤140，在完成第一次焊接的所述陶瓷基板的焊接层与电极之间设置第三焊料。
其中，第三焊料的熔点要分别小于所述第一焊料和第二焊料的熔点，以保证在进行第二次焊接时第三焊料熔化，而第一焊料、第二焊料不会熔化。
步骤150，将上述底板、陶瓷基板、芯片、第三焊料和电极置入加热设备中进行加热，以使所述第三焊料熔化，进行第二次焊接，以形成所述焊接式电力半导体模块，由于所述焊接层为导电材料制成的导电层，所述电极与所述芯片通过所述导电层电气相连。
其中，加热设备对底板、陶瓷基板、芯片、第三焊料和电极由下至上进行加热，由于第三焊料的熔点分别小于所述第一焊料和第二焊料的熔点，因此，在第三焊料熔化时，第一焊料、第二焊料不会熔化，从而完成对底板、陶瓷基板、芯片、电极的焊接。
当所述焊接层为绝缘材料制成时，优选的，步骤130包括步骤160、170、180。
步骤160，在完成第一次焊接的所述陶瓷基板的焊接层与电极之间设置第三焊料，其中所述第三焊料的熔点分别小于所述第一焊料和第二焊料的熔点。
其中，第三焊料的熔点要分别小于所述第一焊料和第二焊料的熔点，以保证在进行第二次焊接时第三焊料熔化，而第一焊料、第二焊料不会熔化。
步骤170，将上述底板、陶瓷基板、芯片、第三焊料和电极置入加热设备中进行加热，以使所述第三焊料熔化，进行第二次焊接。
其中，加热设备对底板、陶瓷基板、芯片、第三焊料和电极由下至上进行加热，由于第三焊料的熔点分别小于所述第一焊料和第二焊料的熔点，因此，在第三焊料熔化时，第一焊料、第二焊料不会熔化，从而完成对底板、陶瓷基板、芯片、电极的焊接。
步骤180，采用导电线将完成第二次焊接后的电极与所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块。
本发明的焊接式电力半导体模块焊接方法，由于采用在焊接式电力半导体模块的底板和陶瓷基板的陶瓷层之间设置第一焊料，在陶瓷基板的焊接层和芯片之间设置第二焊料，并将上述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片置入加热设备中进行加热，以使所述第一焊料和第二焊料熔化，从而通过一次焊接完成对底板和陶瓷基板之间以及陶瓷基板和芯片之间的焊接，从而简化焊接步骤，提高焊接效率，降低了生产成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种焊接式电力半导体模块焊接方法，其特征在于，包括：
在焊接式电力半导体模块的底板和陶瓷基板的陶瓷层之间设置第一焊料，在陶瓷基板的焊接层和芯片之间设置第二焊料；
将上述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片置入加热设备中进行加热，以使所述第一焊料和第二焊料熔化，进行第一次焊接；
将电极与完成第一次焊接后的所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块。
2.根据权利要求1所述的焊接式电力半导体模块焊接方法，其特征在于，将电极与完成第一次焊接后的所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块包括：
采用导电线将电极与完成第一次焊接后的所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块。
3.根据权利要求1所述的焊接式电力半导体模块焊接方法，其特征在于，将电极与完成第一次焊接后的所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块包括：
在完成第一次焊接的所述陶瓷基板的焊接层与电极之间设置第三焊料，其中所述第三焊料的熔点分别小于所述第一焊料和第二焊料的熔点；
将上述底板、陶瓷基板、芯片、第三焊料和电极置入加热设备中进行加热，以使所述第三焊料熔化，进行第二次焊接，以形成所述焊接式电力半导体模块，其中，所述焊接层为导电材料制成的导电层，所述电极与所述芯片通过所述导电层电气相连。
4.根据权利要求1所述的焊接式电力半导体模块焊接方法，其特征在于，将电极与完成第一次焊接后的所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块包括：
在完成第一次焊接的所述陶瓷基板的焊接层与电极之间设置第三焊料，其中所述第三焊料的熔点分别小于所述第一焊料和第二焊料的熔点，所述焊接层为绝缘材料制成；
将上述底板、陶瓷基板、芯片、第三焊料和电极置入加热设备中进行加热，以使所述第三焊料熔化，进行第二次焊接；
采用导电线将完成第二次焊接后的电极与所述芯片电气相连，以形成所述焊接式电力半导体模块。
5.根据权利要求1-4任一所述的焊接式电力半导体模块焊接方法，其特征在于，所述第一焊料的熔点大于或等于所述第二焊料的熔点，且所述第一焊料和第二焊料的熔点差值小于或等于50℃，则将上述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片置入加热设备中进行加热，以使所述第一焊料和第二焊料熔化，进行第一次焊接包括：
将上述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片置入加热设备中，以所述加热设备底部设置的加热板，对所述底板、第一焊料、陶瓷基板、第二焊料和芯片由下至上进行加热，以使所述第一焊料和第二焊料熔化，进行第一次焊接。
6.根据权利要求1-4任一所述的焊接式电力半导体模块焊接方法，其特征在于：所述芯片为绝缘栅双极型晶体管芯片或二极管芯片，陶瓷基板为采用直接键合铜技术的基板。
CN201210277148.0A 2012-08-06 焊接式电力半导体模块焊接方法 Expired - Fee Related CN103579023B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210277148.0A CN103579023B (zh) 2012-08-06 焊接式电力半导体模块焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210277148.0A CN103579023B (zh) 2012-08-06 焊接式电力半导体模块焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103579023A true CN103579023A (zh) 2014-02-12
CN103579023B CN103579023B (zh) 2016-11-30

Family

ID=

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106920781A (zh) * 2015-12-28 2017-07-04 意法半导体有限公司 半导体封装体和用于形成半导体封装体的方法
CN108364940A (zh) * 2018-02-24 2018-08-03 韩德军 一种电力用逆变电路装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101667562A (zh) * 2009-09-10 2010-03-10 嘉兴斯达微电子有限公司 一种新型功率端子直接键合功率模块
CN102074536A (zh) * 2009-10-15 2011-05-25 三菱电机株式会社 功率半导体装置及其制造方法
CN102208378A (zh) * 2010-03-29 2011-10-05 株式会社丰田自动织机 冷却装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101667562A (zh) * 2009-09-10 2010-03-10 嘉兴斯达微电子有限公司 一种新型功率端子直接键合功率模块
CN102074536A (zh) * 2009-10-15 2011-05-25 三菱电机株式会社 功率半导体装置及其制造方法
CN102208378A (zh) * 2010-03-29 2011-10-05 株式会社丰田自动织机 冷却装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106920781A (zh) * 2015-12-28 2017-07-04 意法半导体有限公司 半导体封装体和用于形成半导体封装体的方法
CN108364940A (zh) * 2018-02-24 2018-08-03 韩德军 一种电力用逆变电路装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106972762B (zh) 电源模块
CN102728917B (zh) 焊接方法
CN111903049A (zh) 双面冷却式功率模块及其制造方法
CN107919349A (zh) 双侧冷却式电源模块及其制造方法
CN105210281B (zh) 变流器设备和用于制造变流器设备的方法
CN102593020B (zh) 制造半导体设备的方法、半导体设备以及使用该半导体设备的点火器
CN104392942A (zh) 无压低温烧结纳米银焊膏封装大功率igbt器件的方法
CN204190731U (zh) 大功率半导体电路
CN104637832A (zh) 半导体装置及其制造方法
CN102201396A (zh) 一种大规格igbt模块及其封装方法
Liang et al. Planar bond all: A new packaging technology for advanced automotive power modules
CN105103286B (zh) 半导体模块
Solomon et al. Highly integrated low-inductive power switches using double-etched substrates with through-hole viases
CN113497014B (zh) 一种多芯片并联的功率模块的封装结构及封装方法
JP2009105266A (ja) 半導体装置の製造方法
US20190122998A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN102208498A (zh) 一种led高导热绝缘基座封装的方法及器件
CN110071079A (zh) 一种功率器件封装结构及其方法
CN101937909B (zh) 电模块
CN103071876B (zh) 一种封装焊接方法和装置
CN103579023A (zh) 焊接式电力半导体模块焊接方法
CN115411018B (zh) 优化寄生参数的功率半导体器件封装结构
CN103579023B (zh) 焊接式电力半导体模块焊接方法
CN116581034A (zh) 半导体功率模块的封装方法、半导体功率模块和处理器
Solomon et al. Modular power converter integration based on non-conventional power switch assembly and interconnects

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20161130

Termination date: 20170806