CN109243984A - 一种igbt铝碳化硅散热基板的阻焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，将铝碳化硅基板进行表面处理，然后进行电镀镍，最后对电镀后的碳化硅基板进行激光阻焊，铝碳化硅激光阻焊时间短，速度快，效率高，适合于大批量生产，激光阻焊能够节省能源，不对环境造成污染，成本大幅下降。
Description
技术领域
本发明属于IGBT封装技术领域，具体涉及一种IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法。
背景技术
碳化硅增强铝基复合材料具有高热导率、热膨胀系数可调、高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、低密度和良好的尺寸稳定性等优异的力学和热物理性能，这些性能够使得封装体与芯片的热膨胀系数相匹配，并起到良好的导热作用，从而解决了电路的热失效问题，提高了元器件的可靠性和稳定性，能够大幅度提高了各种微波、微电子以及功率器件、光电器件的封装性能，是恶劣环境下的首选材料。目前，在欧美等发达国家，高体积分数SiC p/Al已率先实现工业化生产，其应用领域也从军事、航空航天普及到民用市场，如大功率民用电子、IGBT功率基板、无线基站、汽车电子、高亮度LED等。然而由于铝碳化硅的特性，在封装过程中其阻焊方法还局限于油墨阻焊，即用液体油墨印刷到铝碳化硅散热板上，然后进行烘烤，曝光，显影等工艺，其开窗尺寸和精度很难保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，提高铝碳化硅的阻焊效果，降低IGBT封装成本，提高焊接可靠性。
本发明采用以下技术方案：
一种IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，将铝碳化硅基板进行表面处理，然后进行电镀镍，最后对电镀后的碳化硅基板进行激光阻焊。
具体的，包括以下步骤：
S1、将铝碳化硅基板进行表面处理，然后电镀一层厚度10～25um的镍；
S2、调整激光发射器功率5～50KW，使激光焦点落在镀镍层上；
S3、控制激光刻蚀深度与宽度，将镀镍层打掉，露出铝碳化硅表面铝层，控制激光刻蚀线条沿芯片边缘形成一个封闭区域；
S4、在步骤S3制备的封闭区域外，用激光刻蚀一个线框，控制激光刻蚀深度，打掉镀层和铝层，露出铝碳化硅层。
进一步的，步骤S3中，激光刻蚀深度为12～30um，宽度为25～40um。
进一步的，步骤S4中，激光刻蚀的深度为30～50um，激光刻蚀的线框宽度为30～40um。
更进一步的，两个线框的间距为0.5～1.0mm。
进一步的，步骤S4中，线框包括多个，在碳化硅基板上构成若干阻焊区域。
具体的，电镀镍的厚度为15～25um。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法将铝碳化硅基板进行表面处理，然后进行电镀镍，最后对电镀后的碳化硅基板进行激光阻焊，铝碳化硅激光阻焊时间短，速度快，效率高，适合于大批量生产，激光阻焊能够节省能源，不对环境造成污染，成本大幅下降。
进一步的，本发明的核心在于制备铝碳化硅基板时，通过工艺要求控制铝碳化硅表面铝层厚度一致，并且整体基板平面度达到行业标准要求；镀镍层的目的在于提高产品的可焊性及耐腐蚀强度，镀层厚度可以根据客户要求进行调节，一般控制在10-25um之内。
进一步的，第一步激光刻蚀深度为12～30um，宽度为25～40um，目的在于打掉表面镀镍层，露出提前设计好的铝层，因为铝层的特殊性，它与焊料润湿性较差，当焊料与铝层接触时，在表面张力作用下会形成一个隆起槽樑，阻止焊料向外围流出。
进一步的，激光刻蚀的深度为30～50um，线框宽度为30～40um，目的在于打掉镀层和铝层，露出铝碳化硅层。由于铝层是在铝碳化硅基础上原位生长出来的(基板制备的特殊工艺)，加上铝碳化硅具有导热率高，热膨胀系数低的特点，铝碳化硅中的铝与表面铝层中的铝各向同性，在焊接过程中，此设计不仅阻焊效果好，而且能够防止镀液飞溅，有助于提高焊接良率，减少焊接后空洞率低，更适用用于铝碳化硅基板TGBT大功率模块封装焊接过程。
综上所述，本发明铝碳化硅激光阻焊工艺稳定性好，开窗尺寸精度高，速度快，效率高，适用面更广泛，对于提高铝碳化硅基板阻焊性能具有重要意义。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为阻焊线框定义图；
图2为阻焊线框尺寸定义图；
图3为整体铝碳化硅基板阻焊图。
具体实施方式
本发明提供了一种IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，将铝碳化硅基板进行表面处理，然后进行电镀镍，厚度保持在10～20um，然后对电镀后的碳化硅基板进行激光阻焊。此方法与传统油墨阻焊相比，具有阻焊效果好，精度高，且不会对环境造成污染等特点，在IGBT铝碳化硅散热基板的使用上具有重要意义。
请参阅图1，本发明一种IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，包括以下步骤：
S1、将铝碳化硅基板进行表面处理，然后进行电镀镍，厚度保持在10～20um；
S2、将电镀后铝碳化硅基板平放于大理石平台，调整激光发射器功率5～50KW，对焦，使激光焦点落在镀层上；
S3、控制激光刻蚀深度与宽度，使激光刚好将镀层打掉，露出铝碳化硅表面铝层，控制激光刻蚀线条沿芯片边缘形成一个封闭区域(图1中1#线框)；
S4、在图1中1#封闭区域外，再用激光刻蚀一个线框(图1中2#线框)，此次控制激光刻蚀深度，打掉镀层和铝层，露出铝碳化硅层。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例1
1.将铝碳化硅基板进行表面处理，然后进行电镀镍，厚度保持在12～15um；
2.将电镀后铝碳化硅基板平放于大理石平台，调整激光发射器功率，设定输出功率P1为30KW，对焦，使激光焦点落在镀层上；
3.控制激光刻蚀深度与宽度，控制深度H1为16um，宽度H2为30um，使激光刚好将镀层打掉，露出铝碳化硅表面铝层，控制激光刻蚀线条沿芯片边缘形成一个封闭区域；
4.在封闭区域外，再用激光刻蚀一个线框，线宽M1为30um，此次控制激光刻蚀深度M2为40～50um，打掉镀层和铝层，露出铝碳化硅层，控制两个线框之间的距离为L1为0.5mm；
5.每个碳化硅基板分别刻蚀六个相同线框组，每组线框相同，即有六个阻焊区域。
实施例2与实施例1的不同在于激光输出功率为40KW；激光刻蚀深度H1为20um；刻蚀宽度H2为40um；
实施例3与实施例1的不同在激光输出功率P1为50KW；线宽M1为40um；深度M2为30um；
实施例4与实施例1的不同在于两个线框距离L1为0.8mm；
实施例5与实施例1的不同在于输出功率P1为25KW；深度H1为12um；宽度H2为25um；
实施例6与实施例1的不同在于铝碳化硅电镀厚度为15～25um；激光输出功率为50KW；激光刻蚀深度H1为30um；激光刻蚀深度M2为38um。
实施例7与实施例1的不同在于铝碳化硅电镀厚度为15～25um；激光输出功率为50KW；激光刻蚀深度H1为30um；线距L1为1mm；
实施例8与实施例1的不同在于每块碳化硅基板刻蚀四个线框组，即有四个阻焊区域。
以上实施例旨在于提供一种IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，其中任何镀层改变，激光功率改变，激光刻蚀深度变化，激光刻蚀线径变化，线框尺寸大小以及之间距离变化，刻蚀形状变化等都在此发明专利之列。
Claims (7)
1.一种IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，其特征在于，将铝碳化硅基板进行表面处理，然后进行电镀镍，最后对电镀后的碳化硅基板进行激光阻焊。
2.根据权利要求1所述的IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将铝碳化硅基板进行表面处理，然后电镀一层厚度10～25um的镍；
S2、调整激光发射器功率5～50KW，使激光焦点落在镀镍层上；
S3、控制激光刻蚀深度与宽度，将镀镍层打掉，露出铝碳化硅表面铝层，控制激光刻蚀线条沿芯片边缘形成一个封闭区域；
S4、在步骤S3制备的封闭区域外，用激光刻蚀一个线框，控制激光刻蚀深度，打掉镀层和铝层，露出铝碳化硅层。
3.根据权利要求2所述的IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，其特征在于，步骤S3中，激光刻蚀深度为12～30um，宽度为25～40um。
4.根据权利要求2所述的IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，其特征在于，步骤S4中，激光刻蚀的深度为30～50um，激光刻蚀的线框宽度为30～40um。
5.根据权利要求4所述的IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，其特征在于，两个线框的间距为0.5～1.0mm。
6.根据权利要求2所述的IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，其特征在于，步骤S4中，线框包括多个，在碳化硅基板上构成若干阻焊区域。
7.根据权利要求1所述的IGBT铝碳化硅散热基板的阻焊方法，其特征在于，电镀镍的厚度为15～25um。
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