CN106270871A - 一种半导体器件的焊接方法及焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率半导体器件的焊接方法，包括如下步骤：向功率半导体器件的散热器换热腔中通入预定温度的换热介质；将所述功率半导体器件的衬板与所述散热器焊接。采用本发明的焊接方法进行焊接，利用散热器本身的导热特性，向散热器的换热腔通入预定温度的换热介质，能够使换热介质快速的换热，使散热器快速升温，进而提高加热效率。同时因为散热器散热，需要均匀散热，反向地，所以换热介质也就能够使散热器均匀升温，进而保证散热器被焊接位置的温度均匀性，继而保证焊接质量，所以该功率半导体器件的焊接方法能够有效地解决焊接时焊接位置升温效果不好的问题。本发明还公开了一种采样上述焊接方法的半导体器件的焊接系统。

Description

一种半导体器件的焊接方法及焊接系统

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，更具体地说，涉及一种半导体器件的焊接方法，还涉及一种半导体器件的焊接系统。

背景技术

典型的功率半导体器件模块(如IGBT模块)，一般包括从上到下依次设置的功率半导体芯片、绝缘衬板、基板以及水冷散热器，其中功率半导体芯片通过芯片焊层与绝缘衬板连接，而其中的绝缘衬板通过衬板焊接层与基板焊接。同时基板通过导热材料安装到内部带流道结构的散热器上，工作过程中芯片产生的热量通过多层结构传递到散热器并与其中的循环冷却介质进行热交换。

但随着应用需求对功率密度以及工作结温越来越高，目前较为新的功率半导体器件模块，其内部结构为“无基板”结构，即去除基板，将绝缘衬板直接焊接到散热器表面，此结构去除了基板及导热材料两层，可有效降低结壳热阻，提升功率半导体芯片的散热效率。

对于该新型“无基板”封装结构，实现绝缘衬板与散热器之间的焊接是整个模块或组件加工的关键技术难点。为了使焊接位置达到焊接温度，以方便进行焊接，目前常采用的是，通过焊接设备加热板给散热器底部加热，热量经过散热器本体传递到焊接部位。

但是进过发明人长期研究发现，焊接方式存在以下缺点：散热器内部带有针翅等流道结构，热量传递不均匀，焊接部位温度分布不均匀，影响焊接层均匀性和一致性等指标；同时散热器内部带有空腔，影响传热效率，导致整体焊接效率低。

综上所述，如何有效地解决焊接时焊接位置升温效果不好的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种功率半导体器件的焊接方法，该焊接方法可以有效地解决焊接时焊接位置升温效果不好的问题，本发明的第二个目的是提供一种采用上述焊接方法的焊接系统。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种功率半导体器件的焊接方法，包括如下步骤：向功率半导体器件的散热器换热腔中通入预定温度的换热介质；将所述功率半导体器件的衬板与所述散热器焊接。

优选地，所述将所述功率半导体器件的衬板与所述散热器焊接之前还包括：将所述衬板与所述散热器置于密闭的保护空间中。

优选地，所述保护空间内填充有还原性气体。

优选地，所述功率半导体器件的散热器中通入预定温度的换热介质包括：

将温度的换热介质从所述散热器的第一端接续灌入，并在散热器的第二端持续接收流出的换热介质，将接收的换热介质加热至所述预定温度后以再次送入所述散热器的第一端。

优选地，所述换热介质为甘油。

本发明提供的一种功率半导体器件的焊接方法，具体的方法主要是用于将功率半导体器件的衬板与散热器焊接。具体的该方法，包括如下步骤。步骤100：向功率半导体器件的散热器换热腔中通入预定温度的换热介质，以通过位于该温度的换热介质在进入散热器后，将自身携带的热量通过热传导，传递至散热器上，进而使散热器升温。步骤200：将功率半导体器件的衬板与散热器焊接，一般采用钎焊和扩散焊等焊接方式。

根据上述的技术方案，可以知道，在需要对功率半导体器件的衬板和散热器进行焊接时，采用该方法，先向散热器的换热腔中通入预定温度的换热介质，以通过位于该温度的换热介质对散热器进行加热，然后可以待到加热预定温度后，再将衬板与散热器焊接。采用该方法进行焊接，利用散热器本身的导热特性，尤其散热器与衬板之间的换热性，在向散热器的换热腔通入预定温度的换热介质，能够使换热介质快速的换热，使散热器快速升温，进而提高加热效率。同时因为散热器散热，需要均匀散热，反向地，所以换热介质也就能够使散热器均匀升温，进而保证散热器被焊接位置的温度均匀性，继而保证焊接质量，所以该功率半导体器件的焊接方法能够有效地解决焊接时焊接位置升温效果不好的问题。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种功率半导体器件的焊接系统，具体的，该焊接系统包括：供热装置，所述供热装置用于向功率半导体器件的散热器换热腔中通入预定温度的换热介质；焊接装置，所述焊接装置用于将所述功率半导体器件的衬板与所述散热器焊接。

由于该焊接系统的焊接方式采用上述焊接方法，由于上述的焊接方法具有上述的效果，所以采用该焊接方法焊接的焊接系统也应具有相应的技术效果

优选地，所述供热装置包括与所述散热器一端连通的进管、与所述散热器另一端连通的出管以及设置在所述进管的进口与所述出管的出口之间的加热组件。

优选地，还包括用于将所述衬板与所述散热器置密封在保护空间中的保护罩。

优选地，所述保护罩内填充有还原性气体。

优选地，所述供热装置还设置有用于加速内部换热介质流动的加速泵。

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为本发明实施例提供的半导体器件的焊接方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的半导体器件的焊接系统的结构示意图。

附图中标记如下：

进管1、出管2、加热组件3、保护罩4、衬板5、散热器6。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种功率半导体器件的焊接方法，以有效地解决焊接时焊接位置升温效果不好的问题。

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清楚、完整地描述，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。

请参阅图1-图2，图1为本发明实施例提供的半导体器件的焊接方法的流程图；图2为本发明实施例提供的半导体器件的焊接系统的结构示意图。

在一种具体实施例中，本实施例提供了一种功率半导体器件的焊接方法，具体的方法主要是用于将功率半导体器件的衬板与散热器焊接。具体的该方法，包括如下步骤。

步骤100：向功率半导体器件的散热器换热腔中通入预定温度的换热介质。

向功率半导体器件的散热器的换热腔通入预定温度的换热介质，以通过位于该温度的换热介质在进入散热器后，将自身携带的热量通过热传导，传递至散热器上，进而使散热器升温。其中预定温度，一般根据后期焊接需要的焊接温度来定，为了保证达到要求，一般预定温度要略高于焊接温度，以补充热量散失的情况，需要说明的是，此处限定换热介质的温度为预定温度，旨在描述处于该温度换热介质能够满足对散热器加热的要求，因此换热介质在预定温度的左右小范围内波动亦是允许的。其中换热介质应当尽量避免污染散热器的内腔，以方便散热器内腔的后期使用，具体的换热介质，可以采用洁净气体，如高温水蒸气，也可以采用甘油，具体为200摄氏度左右的甘油，当然还可以采用水银，但是考虑到水银对散热器的腔体存在一定的污染性，此处不建议使用。还需要说明的是，其中换热介质可以一次通入到散热器的腔体中，也可以连续向散热器的腔体中通入换热介质，为了尽量进行恒温控制，此处优选在连续向换热器中通入预定温度的换热介质。

进一步的，为了避免能量的散失，可以使该步具体包括：将换热介质从散热器的第一端持续灌入，并在散热器的第二端持续接收流出的换热介质，将接收的换热介质加热至预定温度后以再次送入至散热器的第一端。进而使整个流程形成一个完整的循环，以使具有余热的换热介质的热量还能够继续使用，进而避免热量的浪费。

步骤200：将功率半导体器件的衬板与散热器焊接。

将功率半导体器件的衬板与散热器焊接，一般采用钎焊和扩散焊等焊接方式，具体焊接方法可以参考现有技术，在此不再详细赘述。需要说明的是，为了保证焊接效果，此处优选在开始向散热器内通入换热介质后，并等待散热器被加热至焊接温度后再进行焊接。在焊接完成后，若无需其他操作，应当停止通入换热介质，并将换热介质导出，继续保持散热器腔体内部的洁净性。

在本实施例中，在需要对功率半导体器件的衬板和散热器进行焊接时，采用该方法，先向散热器的换热腔中通入预定温度的换热介质，以通过位于该温度的换热介质对散热器进行加热，然后可以待到加热预定温度后，再将衬板与散热器焊接。采用该方法进行焊接，利用散热器本身的导热特性，尤其散热器与衬板之间的换热性，在向散热器的换热腔通入预定温度的换热介质，能够使换热介质快速的换热，使散热器快速升温，进而提高加热效率。同时因为散热器散热，需要均匀散热，反向地，所以换热介质也就能够使散热器均匀升温，进而保证散热器被焊接位置的温度均匀性，继而保证焊接质量，所以该功率半导体器件的焊接方法能够有效地解决焊接时焊接位置升温效果不好的问题。

进一步的，为了提高焊接环境的洁净性，以提高焊接质量，可以使步骤2：将所述功率半导体器件的衬板与散热器焊接，之前，还包括将衬板与散热器置于密闭的保护空间中，需要说明的是，可以在开始通入换热介质之前，也可以在开始通入换热介质之后，执行该步骤。其中保护空间指的是能够避免焊接时，焊接位置受到杂质污染。具体的该保护空间，可以是真空空间，也可以是填充洁净气体的密闭空间，进一步的，可以使保护空间内填充有还原性气体，该还原性气体能够有效地去除被焊接物体表面的氧化物，进而提升焊接效果。

在另一种具体实施例中，本实施例提供了一种功率半导体器件的焊接系统，具体的该焊接系统包括供热装置和焊接装置。

其中，供热装置用于向功率半导体器件的散热器6换热腔中通入预定温度的换热介质，以通过位于该温度的换热介质在进入散热器6后，将自身携带的热量通过热传导，传递至散热器6上，进而使散热器6升温。其中预定温度，一般根据后期焊接需要的焊接温度来定，为了保证达到要求，一般预定温度要略高于焊接温度，以补充热量散失的情况，需要说明的是，此处限定换热介质的温度为预定温度，旨在描述处于该温度换热介质能够满足对散热器6加热的要求，因此换热介质在预定温度的左右小范围内波动亦是允许的。其中换热介质应当尽量避免污染散热器6的内腔，以方便散热器6内腔的后期使用，具体的换热介质，可以采用洁净气体，如高温水蒸气，也可以采用甘油。还需要说明的是，其中供热系统可以将换热介质一次通入到散热器6的腔体中，也可以连续向散热器6的腔体中通入换热介质，为了尽量进行恒温控制，此处优选在连续向换热器中通入预定温度的换热介质。

具体的供热装置，可以包括与散热器6的换热腔一端连通的进管1，以及用于对进管1内的换热介质加热的加热组件3。进一步的，为了避免能量的散失，可以使供热装置还包括一端与散热器6的另一端连接的出管2，并将加热组件3连接在进管1的进口与出管2的出口之间，不仅能够循环的向散热器6的换热腔中提供换热介质，还可以使具有余热的换热介质的热量还能够继续使用，进而避免热量的浪费。为了方便连接，此处优选进管1的出口可以设置有快速接头，以方便与散热器6连通，同理，优选在出管2的进口设置有快速接头，以方便与散热器6连通。进一步的，为了加速换热介质的流动，还可以是设置有加速泵，以对供热装置内部的换热介质进行加速流动，优选将加速泵设置有在出管2上。为了方便更换，此处优选在进管1和出管2上均设置有阀门。

其中焊接装置，用于将所述功率半导体器件的衬板5与所述散热器6焊接。焊接装置可以是用钎焊焊接装置和扩散焊焊接装置等焊接装置，具体的如何进行焊接，可以参考现有技术，在此不再详细赘述。需要说明的是，为了保证焊接效果，此处优选在供热装置开始向散热器6内通入换热介质后，并等待散热器6被加热至焊接温度后再启动焊接装置进行焊接。在焊接完成后，若无需其他操作，应当停止通入换热介质，并将换热介质导出，继续保持散热器6腔体内部的洁净性。

需要说明的，该焊接系统采用的焊接方法，为上述实施例的焊接方法，，所以该焊接系统的有益效果请参考上述实施例。

进一步的，为了提高焊接环境的洁净性，以提高焊接质量，还可以是设置有用于将衬板5与散热器6置密封在保护空间中的保护罩4，即保护罩4具有这样的保护空间，能够避免焊接时，焊接位置受到杂质污染。具体的该保护空间，可以是真空空间，也可以是填充有洁净气体的密闭空间，进一步的，可以使保护罩4内填充有还原性气体，该还原性气体能够有效地去除被焊接物体表面的氧化物，进而提升焊接效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种功率半导体器件的焊接方法，包括如下步骤：

向功率半导体器件的散热器换热腔中通入预定温度的换热介质；

将所述功率半导体器件的衬板与所述散热器焊接。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述将所述功率半导体器件的衬板与所述散热器焊接之前还包括：

将所述衬板与所述散热器置于密闭的保护空间中。

3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述保护空间内填充有还原性气体。

4.根据权利要求1-3任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述功率半导体器件的散热器中通入预定温度的换热介质包括：

将温度的换热介质从所述散热器的第一端接续灌入，并在散热器的第二端持续接收流出的换热介质，将接收的换热介质加热至所述预定温度后以再次送入所述散热器的第一端。

5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述换热介质为甘油。

6.一种功率半导体器件的焊接系统，其特征在于，包括：

供热装置，所述供热装置用于向功率半导体器件的散热器换热腔中通入预定温度的换热介质；

焊接装置，所述焊接装置用于将所述功率半导体器件的衬板与所述散热器焊接。

7.根据权利要求6所述的焊接系统，其特征在于，所述供热装置包括与所述散热器一端连通的进管、与所述散热器另一端连通的出管以及设置在所述进管的进口与所述出管的出口之间的加热组件。

8.根据权利要求7所述的焊接系统，其特征在于，还包括用于将所述衬板与所述散热器置密封在保护空间中的保护罩。

9.根据权利要求8所述的焊接系统，其特征在于，所述保护罩内填充有还原性气体。

10.根据权利要求9所述的焊接系统，其特征在于，所述供热装置还设置有用于加速内部换热介质流动的加速泵。