CN104339059A - Igbt模块一次焊接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IGBT模块一次焊接的方法，工装包括底板、定位板和压块，压块尺寸比芯片长宽单边略小，首先将基板放在底板凹槽中，盖上定位板，依次将焊片和芯片放入定位板开口位置，每个定位板开口位置的芯片上放入压块，高温下完成焊接。本发明通过压块代替盖板的设计来固定芯片，使焊接时芯片受力均匀，焊料均匀向四处流动，焊接后芯片倾斜角度极小，芯片表面平整，提高焊接质量，利于后续工序的完成。

Description

IGBT模块一次焊接的方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及IGBT模块封装工艺，具体涉及一种IGBT模块一次焊接的方法。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，全文简称IGBT）是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。基于IGBT具有高频率、高电压、大电流、尤其是容易开通和关断的性能特点，是国际上公认的电力电子技术第三次革命的最具代表性的产品，至今已经发展到第六代，商业化已发展到第五代。目前，IGBT已广泛应用于国民经济的各行各业中。
目前，IGBT模块制造过程关键是焊接工艺。将芯片与DBC（陶瓷基板）的焊接称为一次焊接，一次焊接是模块封装工艺中的第一道工序，也是最基础的一道工序，一次焊接的质量影响着后续工艺的顺利进行，特别是对键合工艺来说，一次焊接后芯片倾斜角度小、表面平整利于键合的顺利进行。
现有的一次焊接工装包括底板、定位板和盖板，底板的作用是用来固定DBC，定位板是用来定位芯片位置，盖板上的定位销压在芯片中心位置处，使芯片受力均匀，焊接中焊料均匀向四处流动，保证焊接后芯片倾斜角度很小，利于后续键合工艺的完成。首先将DBC放在底板凹槽中，盖上定位板，依次将焊片和芯片放入定位板开口位置，最后盖上盖板。理想情况下盖板上的定位销压在芯片中心位置处，但是在盖板的实际加工中很难精确控制定位销的位置，只要其稍微偏离中心，芯片受力不均匀，高温中焊料会朝着受力重的一侧流动，芯片会产生很大的倾斜角，严重影响焊接质量。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种改良的IGBT模块一次焊接的方法，以克服上述缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能保持稳定焊接质量的IGBT模块一次焊接的方法，焊接过程中芯片均匀受力，焊接后芯片表面平整度稳定性更好。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明去掉了盖板，改由单个的压块来完成芯片的定位，保证了焊接过程中芯片受力均匀，焊料均匀向四处流动，焊接后芯片倾斜角度很小，芯片表面平整。
本发明的IGBT模块一次焊接的方法，工装包括底板、定位板和压块，首先将基板放在底板凹槽中，盖上定位板，依次将焊片和芯片放入定位板开口位置，每个定位板开口位置的芯片上放入压块，高温下完成焊接，所述的压块尺寸比芯片长宽单边略小。
优选的，所述的压块与芯片接触面为实体的矩形。
进一步的，上述的压块尺寸比芯片长宽单边各小0.1mm。
优选的，所述的压块与芯片接触面为中间镂空的“回”字型。
进一步的，上述的压块外围的尺寸比芯片长宽单边各小0.1mm。
优选的，所述的压块与芯片接触面为镂空或凸起的“星”型。
优选的，所述的压块与芯片接触面分散排布至少三个凸块，所述的凸块表面位于同一平面上。
从上述技术方案可以看出，本发明通过压块代替盖板的设计来固定芯片，使焊接时芯片受力均匀，焊料均匀向四处流动，焊接后芯片倾斜角度极小，芯片表面平整，提高焊接质量，利于后续工序的完成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中IGBT模块一次焊接方法所用工装盖板的结构示意图；
图2是本发明的IGBT模块一次焊接方法所用工装结构及位置示意图；
图3是本发明的IGBT模块一次焊接方法所用工装压块的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种IGBT模块一次焊接的方法，工装包括底板、定位板和压块，首先将基板放在底板凹槽中，盖上定位板，依次将焊片和芯片放入定位板开口位置，每个定位板开口位置的芯片上放入压块，高温下完成焊接，所述的压块尺寸比芯片长宽单边略小。
优选的，所述的压块与芯片接触面为实体的矩形。
进一步的，上述的压块尺寸比芯片长宽单边各小0.1mm。
优选的，所述的压块与芯片接触面为中间镂空的“回”字型。
进一步的，上述的压块外围的尺寸比芯片长宽单边各小0.1mm。
优选的，所述的压块与芯片接触面为镂空或凸起的“星”型。
优选的，所述的压块与芯片接触面分散排布至少三个凸块，所述的凸块表面位于同一平面上。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有的一次焊接工装包括底板、定位板和盖板，底板的作用是用来固定基板，定位板是用来定位芯片位置，盖板结构如图1所示，盖板上的定位销01压在芯片中心位置处，使芯片受力均匀，焊接中焊料均匀向四处流动，保证焊接后芯片倾斜角度很小，利于后续键合工艺的完成。具体的，首先将基板放在底板凹槽中，盖上定位板，依次将焊片和芯片放入定位板开口位置，最后盖上盖板。理想情况下盖板上的定位销01压在芯片中心位置处，但是在盖板的实际加工中很难精确控制定位销的位置，只要其稍微偏离中心，芯片受力不均匀，高温中焊料会朝着受力重的一侧流动，芯片会产生很大的倾斜角，严重影响焊接质量。
发明人分析，由于定位销01对于芯片的定位可认为是点定位，而芯片作为一个完整的面，很难在一点受力的情况下，让整个面去均衡的分担压力，稍有定位销01的定位不准，芯片就会受力不均。发明人考虑到焊接过程中受力均匀是整个一次焊接的关键所在，而将现有技术的对芯片施加点压力转换为面压力，不仅可以使得芯片受力均匀，而且对工艺的操作要求更低，无需去准确定位芯片的中心点，也更方便，基于以上考虑，发明人提出将现有的盖板替换为单个的压块。
如图2所示，本发明的IGBT模块一次焊接的方法，工装包括底板1、定位板2和压块，底板1的作用是用来固定基板，定位板2是用来定位芯片3位置，二者和现有技术中所起的作用相同，此处不在详细说明。
具体的，首先将基板放在底板1的凹槽中，盖上定位板2，依次将焊片和芯片3放入定位板2的开口位置，每个定位板2开口位置的芯片3上放入压块，高温下焊片熔化，由于压块使得芯片3受力均匀，熔化的焊料均匀向四处流动并完成焊接，压块尺寸比芯片长宽单边略小，是为了既方便压块放入定位板2的开口位置又能使得压块的重力最大限度的平均分担到芯片3上，同时也使得操作非常容易和方便，省却了定位和精确控制的烦恼。
本发明通过芯片大小和定位板框架的大小来设计压块，压块的尺寸和重量要根据待焊接芯片的条件加以调整控制。压块尺寸根据芯片大小设计，以比芯片长宽单边各小0.1mm最为适宜，确保能放入到定位板放芯片的孔内，正好压在芯片上方，每个芯片孔内安放一个，确保焊接时芯片的位置固定。
如图3所示，为本发明的IGBT模块一次焊接方法所用工装压块的主视图和俯视图，压块与芯片接触面的形状为实体的矩形，考虑到压块的重量控制和成本等因素，可以对压块与芯片接触面形状加以改变，只要能保证将压块的自身重力平均的分摊到芯片上，便可以实现焊接后芯片倾斜角度极小，几乎可以认为在同一个水平面上。可以将压块与芯片接触面部分掏空，诸如中间镂空的“回”字型；压块与芯片接触面也可以为镂空或凸起的“星”型；甚至压块与芯片接触面分散排布三个以上位于同一平面上的凸块，也可以将压块的重力均匀分散到芯片上，实际焊接工艺过程中，可以灵活的采用不同形状接触面的压块，不仅限于上述所例举的类型。
综上所述，本发明通过压块代替盖板的设计来固定芯片，使焊接时芯片受力均匀，焊料均匀向四处流动，焊接后芯片倾斜角度极小，芯片表面平整，提高焊接质量，利于后续工序的完成。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种IGBT模块一次焊接的方法，其特征在于：工装包括底板、定位板和压块，首先将基板放在底板凹槽中，盖上定位板，依次将焊片和芯片放入定位板开口位置，每个定位板开口位置的芯片上放入压块，高温下完成焊接，所述的压块尺寸比芯片长宽单边略小。
2.根据权利要求1所述的一次焊接的方法，其特征在于：所述的压块与芯片接触面为实体的矩形。
3.根据权利要求2所述的一次焊接的方法，其特征在于：所述的压块尺寸比芯片长宽单边各小0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一次焊接的方法，其特征在于：所述的压块与芯片接触面为中间镂空的“回”字型。
5.根据权利要求4所述的一次焊接的方法，其特征在于：所述的压块外围的尺寸比芯片长宽单边各小0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一次焊接的方法，其特征在于：所述的压块与芯片接触面为镂空或凸起的“星”型。
7.根据权利要求1所述的一次焊接的方法，其特征在于：所述的压块与芯片接触面分散排布至少三个凸块，所述的凸块表面位于同一平面上。
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