CN110416101A - 用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺，包括铜片焊接步骤，在所述铜片焊接步骤中采用烧结银浆作为铜片与芯片焊接区及框架焊接区之间的粘接剂。本发明的有益效果是：铜片通过银浆与芯片铝基垫层连接，具有优越的导电、电热性能，在高温固化后没有化学物残留，节省了常规化学试剂和水清洗及处理排放等过程，节约了制程时间及成本。

Description

用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺
技术领域
本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及半导体封装技术中大电流电源模块引线键合技术中的用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺。用烧结银浆作为粘结剂的大电流电源模块引线键合的铜片焊接工艺。
背景技术
引线键合是当前最重要的微电子封装技术之一，目前90%以上的芯片均采用这种技术进行封装。按照原理的不同，引线键合可以分为热压键合、超声键合和热压超声键合3种方式；根据键合点形状，又可分为球形键合和楔形键合；在电流电源模块中，最常见的互连方法是引线键合法，电流电源模块的单芯片电流高达数十安培，目前电流电源模块焊接工艺目前通用的方法为高温焊膏（Solder Paste）粘接与高温固化结合的方法，但在实际生产工艺中， 经常会遇到以下问题。
1)半导体芯片生产工艺中， 对于芯片表面电极焊接区，最通用最成熟的工艺就是铝垫（Al Pad）工艺。但是铝是属于惰性金属元素，和焊膏（Pb/Sn/Ag）相互排斥，不能形成很好的连接。通常做法是在芯片铝垫上化镀或蒸发镀上一层或几层其它金属（Ni/Pd/Au或Ti/Ni/Ag）,这样既增加了工艺复杂性， 也增加了产品成本。
2)高温铅锡焊膏中， 为保证焊接效果，含有一定量的助焊剂（FLUX）,在焊接后的Reflow固化中，这些助焊剂（FLUX）会粘附在芯片表面，为保证后续工序正常打线、模封效果， 需采取清洗工艺，除了清洗设备，试剂，水等增加制造成本外，清洗用的化学物质，漂洗过的废水等，对自然环境造成很大影响，处理排放方面面临着环保方面的问题。
针对上述技术缺陷，迫切需要一种更好键合工艺来解决上述技术问题。
发明内容
为克服上述现有技术缺陷，本发明提供了用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺。
本发明所采用的具体技术方案为：
用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺，包括铜片焊接步骤，在所述铜片焊接步骤中采用烧结银浆作为铜片与芯片焊接区及框架焊接区之间的粘接剂，采用烧结银浆取代传统的铅锡高温焊膏，通过特殊的高温固化工艺， 铜片通过银浆能和芯片铝基垫层连接效果更好， 且具有优越的导电、电热性能，烧结银浆在高温固化后基本没有化学物残留，一般产品可直接进入后续的打线、模封工序， 个别要求特别的产品， 也仅需PLASMA清洗即可，免去了常规化学试剂和水清洗及处理排放等过程，大大节约了制程时间及成本。
所述铜片焊接步骤包括点烧结银浆工序、铜片焊接工序、烧结银浆固化工序，其中用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺包括：
（a）芯片贴膜、划片；
（b）芯片粘片；
（c）点烧结银浆；
（d）铜片焊接；
（e）烧结银浆固化；
（f）塑封，塑封后固化；
（g）引脚去溢料，镀锡；
（h）激光打标；
（i）切筋整形分离；
（j）测试分档；
（k）包装入库；
上述工艺步骤除去（c）点烧结银浆、（d）铜片焊接、（e）烧结银浆固化，其余工艺步骤均为现有已知的成熟工艺步骤，这些工艺步骤为本领域技术人员熟知的，不再累述，可以看出，通过烧结银浆工序、铜片焊接工序、烧结银浆固化工序，这三道工序将传统的采用高温焊膏焊接铜片改为了采用烧结银浆的焊接铜片，经实验测得:导热性方面：采用烧结银浆进行焊接导热系数为45W/mK至60W/mK, 采用铅锡焊膏进行焊接导热系数为32W/mK至41W/mK至，可见采用烧结银浆进行焊接的导热性优于采用铅锡焊膏进行焊接的导热性；采用烧结银浆进行焊接导电系数为6.0E-04（Ohm.cm）至8.0E-04（Ohm.cm）, 采用铅锡焊膏进行焊接导热系数为4.5E-04 （Ohm.cm）至5.8E-04 （Ohm.cm），可见采用烧结银浆进行焊接的导电性略优于采用铅锡焊膏进行焊接的导热性，由上述数据可以看出，采用烧结银浆代替铅锡焊膏进行焊接既在工艺上进行简化，仅需PLASMA清洗即可，免去了常规化学试剂和水清洗及处理排放等过程，大大节约了制程时间及成本，又在产品的导电性和导热性方面得到了提升。
作为本发明的进一步改进，所述点烧结银浆工序中烧结银浆点在芯片上的形状为半球形，采用半球形能够使的烧结银浆在锁料孔的周围均匀分布，锁料孔是在设置在铜片上用来增加烧结银浆在铜片上分布面积的通孔，由于锁料孔的作用，铜片在被轻轻按压在焊接位置时，烧结银浆从锁料孔内溢出，到达铜片的上方，这样在烧结银浆被固化后，铜片便嵌在烧结银浆内部了，焊接更牢固。
作为本发明的进一步改进，所述烧结银浆固化工序包括：
（1）升温：起始温度为室温，终止温度为130℃至160℃，升温时间为25分钟至35分钟；
（2）保温：保温温度为130℃至160℃，保温时间为50分钟至70分钟；
（3）升温：起始温度为130℃至160℃，终止温度为200℃至240℃，升温时间为25分钟至35分钟；
（4）保温：保温温度为200℃至240℃，保温时间为50分钟至70分钟；
（5）冷却：起始温度为200℃至240℃，终止温度为80℃，降温时间为25分钟至35分钟；
作为本发明的进一步改进，所述烧结银浆包括烧结银浆银粉含量≥85% ，该烧结采用烧结银浆为市场现有的成熟产品，其中该烧结银浆中银粉的含量须≥85%，以保证焊接完成后，焊点具有良好的导电性和导热性。
作为本发明的进一步改进，所述烧结银浆固化后，芯片上表面与金属薄片上表面垂直高度为0.3mm至0.35mm。
本发明的积极效果是：铜片通过银浆与芯片铝基垫层连接，具有优越的导电、电热性能， 在高温固化后没有化学物残留，节省了常规化学试剂和水清洗及处理排放等过程，节约了制程时间及成本。
附图说明
图1是本发明用烧结银浆作为粘结剂的大电流电源模块引线键合的铜片焊接工艺所应用产品的正视图；
图2是本发明用烧结银浆作为粘结剂的大电流电源模块引线键合的铜片焊接工艺所应用产品的俯视图；
图3是本发明用烧结银浆作为粘结剂的大电流电源模块引线键合的铜片焊接工艺烧结银浆固化的时间-温度曲线图；
图4是本发明用烧结银浆作为粘结剂的大电流电源模块引线键合的铜片焊接工艺的产品与采用铅锡焊膏进行焊接产品性能对比图；
图例说明：1—管脚，2—金属薄片，3—烧结银浆，4—芯片，5—软焊料，6—载片区，7—垂直高度。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：
具体实施例一：
用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺，包括铜片焊接步骤，在所述铜片焊接步骤中采用烧结银浆作为铜片与芯片焊接区及框架焊接区之间的粘接剂，焊接工艺包括：
（a）芯片贴膜、划片；
（b）芯片粘片；
（c）点烧结银浆:将烧结银浆3点在管脚1和芯片4上表面，烧结银浆的形状为半球形；
（d）铜片焊接：将铜片焊接按压在（c）点烧结银浆所点的烧结银浆3处，确保烧结银浆从铜片的锁料孔处溢出，
（e）烧结银浆固化：再通过回流焊固化，采用设备台式回流焊炉，共分为五个阶段：
（1）升温：起始温度为室温，终止温度为140℃，升温时间为25分钟；
（2）保温：保温温度为140℃，保温时间为50分钟；
（3）升温：起始温度为140℃，终止温度为240℃，升温时间为25分钟；
（4）保温：保温温度为240℃，保温时间为50分钟；
（5）冷却：起始温度为240℃，终止温度为80℃，降温时间为25分钟；
其中（e）烧结银浆固化的五个步骤中均在同一个回流焊炉内进行，即步骤（5）冷却完成后才将产品从回流焊炉内取出；
（f）塑封，塑封后固化；
（g）引脚去溢料，镀锡；
（h）激光打标；
（i）切筋整形分离；
（j）测试分档；
（k）包装入库；
上述工艺步骤除去（c）点烧结银浆、（d）铜片焊接、（e）烧结银浆固化，其余工艺步骤均为现有已知的成熟工艺步骤，这些工艺步骤为本领域技术人员熟知的，不再累述。
焊接完成后与同类产品采用铅锡焊膏焊接的样品作比较，结果如下表：
。
具体实施例二：
用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺，包括铜片焊接步骤，在所述铜片焊接步骤中采用烧结银浆作为铜片与芯片焊接区及框架焊接区之间的粘接剂，所述一种用于大电流电源模块键合的焊接工艺包括：
（a）芯片贴膜、划片；
（b）芯片粘片；
（c）点烧结银浆:将烧结银浆点在管脚1和芯片4上表面，烧结银浆的形状为半球形；
（d）铜片焊接：将铜片焊接按压在（c）点烧结银浆所点的烧结银浆出，确保烧结银浆从铜片的锁料孔处溢出，
（e）烧结银浆固化：再通过回流焊固化，采用设备台式回流焊炉：
（1）升温：起始温度为室温，终止温度为160℃，升温时间为35分钟；
（2）保温：保温温度为160℃，保温时间为70分钟；
（3）升温：起始温度为160℃，终止温度为230℃，升温时间为25分钟；
（4）保温：保温温度为230℃，保温时间为70分钟；
（5）冷却：起始温度为230℃，终止温度为80℃，降温时间为35分钟；
其中（e）烧结银浆固化的五个步骤中均在同一个回流焊炉内进行，即步骤（5）冷却完成后才将产品从回流焊炉内取出；
（f）塑封，塑封后固化；
（g）引脚去溢料，镀锡；
（h）激光打标；
（i）切筋整形分离；
（j）测试分档；
（k）包装入库；
上述工艺步骤除去（c）点烧结银浆、（d）铜片焊接、（e）烧结银浆固化，其余工艺步骤均为现有已知的成熟工艺步骤，这些工艺步骤为本领域技术人员熟知的，不再累述。
焊接完成后与同类产品采用铅锡焊膏焊接的样品作比较，结果如下表：
上述实施例对本发明做了详细说明。当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述例子，相关技术人员在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或减少、替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺，包括铜片焊接步骤，其特征在于，在所述铜片焊接步骤中采用烧结银浆作为铜片与芯片焊接区及框架焊接区之间的粘接剂。
2.根据权利要求1所述用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺，其特征在于，所述铜片焊接步骤包括点烧结银浆工序、铜片焊接工序、烧结银浆固化工序。
3.根据权利要求2其中任意一项所述用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺，其特征在于，所述点烧结银浆工序中烧结银浆点在芯片上的形状为半球形。
4.根据权利要求2所述用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺，其特征在于，所述烧结银浆固化工序包括：
（1）升温：起始温度为室温，终止温度为130℃至160℃，升温时间为25分钟至35分钟；
（2）保温：保温温度为130℃至160℃，保温时间为50分钟至70分钟；
（3）升温：起始温度为130℃至160℃，终止温度为200℃至240℃，升温时间为25分钟至35分钟；
（4）保温：保温温度为200℃至240℃，保温时间为50分钟至70分钟；
（5）冷却：起始温度为200℃至240℃，终止温度为80℃，降温时间为25分钟至35分钟。
5.根据权利要求1至4任意一项所述用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺，其特征在于，所述烧结银浆银粉含量≥85%。
6.根据权利要求5所述用烧结银浆作为粘接剂的电源模块铜片焊接工艺，其特征在于,所述烧结银浆固化后，芯片上表面与金属薄片上表面垂直高度为0.3mm至0.35mm。
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