CN115172190A - 一种功率芯片在t型管壳上的合金焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种功率芯片在T型管壳上的合金焊接方法，包含步骤如下：将T型管壳放入丙酮中超声清洗15分钟，去除管壳表面的油污、杂质，然后用无水乙醇脱水，吹干后备用；选择铅铟银焊料片作为焊料，焊料大小与待焊接的功率芯片尺寸一致；将待焊接的T型管壳分别插入到专用加热模具的安装孔内，将T型管壳上端外沿的定位端嵌入安装孔上端的定位豁口内，将合适尺寸的铅铟银焊料片摆放到T型管壳顶面的芯片粘接区，并在铅铟银焊料片上摆放待焊接的功率芯片；将摆放好T型管壳、铅铟银焊料片和功率芯片的专用加热模具放入可编程共晶焊炉内进行烧结焊接。采用该方法制备的器件焊接强度高，散热好，储存时间长，能够满足军用航天领域对电子元器件的要求。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件制造领域，特别涉及一种功率芯片在T型管壳上的合金焊接方法。
背景技术
近年来，电子元器件作为整机质量可靠性的重要基础资源，其质量可靠性已得到了人们的高度重视。对于某些特殊用途如军用航天领域的整机系统，由于其特殊的工作环境，对电子元器件长期质量可靠性的要求越来越高，越来越严格。某些功率器件对散热要求越来越高，而且对封装的小型化也提出更高的要求。
目前，功率芯片在T型管壳上通常采用导电有机胶粘剂粘接固定，其散热效果差，粘接强度一般，储存时间短，不适合军用航天领域对电子元器件的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种功率芯片在T型管壳上的合金焊接方法，采用该方法制备的器件焊接强度高，散热好，储存时间长，能够满足军用航天领域对电子元器件的要求。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种功率芯片在T型管壳上的合金焊接方法，包含步骤如下：
1、将T型管壳放入丙酮中超声清洗15分钟，去除管壳表面的油污、杂质，然后用无水乙醇脱水，吹干后备用；
2、选择铅铟银焊料片作为焊料，焊料大小与待焊接的功率芯片尺寸一致；
3、将待焊接的T型管壳分别插入到专用加热模具的安装孔内，将T型管壳上端外沿的定位端嵌入安装孔上端的定位豁口内，将合适尺寸的铅铟银焊料片摆放到T型管壳顶面的芯片粘接区，并在铅铟银焊料片上摆放待焊接的功率芯片；
4、将摆放好T型管壳、铅铟银焊料片和功率芯片的专用加热模具放入可编程共晶焊炉内进行烧结焊接，具体操作如下：
4.1、先抽真空，时间为80～120s，使真空度小于500Pa；随后向共晶焊炉内充入氮气，时间为100～120s，控制充氮气量为15～20slm；如此反复进行二次，使共晶焊炉内的空气置换为氮气；
4.2、开始加热升温，升温时间120s，使炉内温度达到220℃，同时控制充氮气量为15slm；到达220℃后恒温60s，此时通入甲酸，流量为10slm，使甲酸分解产生氢气，利用氢气的还原作用，以提高共晶焊接质量；
4.3、重新开始加热升温，升温至350℃后恒温200s，同时保持通入甲酸；恒温结束后再次加热升温，直至升温到410℃，控制恒温30～50s，使铅铟银焊料片充分熔化；然后停止通入甲酸，抽真空，再次恒温60s后，便可完成共晶焊接；
4.4、焊接结束后通入氮气开始降温冷却，待温度降到70度以下时，打开共晶焊炉腔室门，取出焊接好的器件。
作为进一步优选，所述专用加热模具包括外形为长方体的导热块，导热块厚度稍大于T型管壳的长度，在导热块上均布加工多个所述安装孔，安装孔为阶梯状，其上端的大径与T型管壳上端外沿的直径间隙配合，在安装孔上端内缘处分别设置所述定位豁口，用于实现T型管壳的定位摆放。
作为进一步优选，所述导热块为铝块，以便于加工和导热。
作为进一步优选，所述导热块上的安装孔数量为五个。
作为进一步优选，所述步骤4.3中重新开始加热升温时间为150～200s，使温度达到350℃；再次加热升温时间为80～100s，使温度达到410℃。
本发明的有益效果为：
1、通过使用铅铟银焊料片采用共晶烧结的方法将功率芯片焊接到T型管壳上，通过在共晶焊炉内进行三次升温恒温，可使专用加热模具充分吸收热量，确保放置在T型管壳上的铅铟银焊料片充分熔化；通过在共晶焊炉内加热过程中通入的甲酸分解产生氢气，利用氢气的还原作用，能够提高共晶焊接质量；工艺合理，操作简单，解决了T型管壳和功率芯片一起共晶烧结问题，适合工业化生产,大大提高了军工产品的质量可靠性。
2、采用该方法焊接的芯片与传统的有机胶粘剂相比，粘接强度高，散热好，长时间储存而不失效，能够满足军用航天领域对电子元器件的要求。
附图说明
图1是本发明焊接功率芯片后的T型管壳的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明专用加热模具的结构示意图。
图4是图3的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本发明涉及的一种功率芯片在T型管壳上的合金焊接方法，包含步骤如下：
1、将T型管壳1放入丙酮中超声清洗15分钟，去除管壳表面的油污、杂质，然后用无水乙醇脱水，吹干后备用；
2、选择铅铟银焊料片作为焊料，焊料大小与待焊接的功率芯片3尺寸一致；
3、将待焊接的T型管壳1的引脚101分别插入到专用加热模具的安装孔内，将T型管壳1上端外沿的定位端嵌入安装孔上端的定位豁口内，将合适尺寸的铅铟银焊料片2摆放到T型管壳1顶面的芯片粘接区，并在铅铟银焊料片2上摆放待焊接的功率芯片3；
4、将摆放好T型管壳1、铅铟银焊料片2和功率芯片3的专用加热模具放入可编程共晶焊炉内进行烧结焊接，具体操作如下：
4.1、先抽真空，时间为80～120s，使真空度小于500Pa；随后向共晶焊炉内充入氮气，时间为100～120s，控制充氮气量为15～20slm；如此反复进行二次，使共晶焊炉内的空气置换为氮气；以确保焊接质量和提高传热效率；
4.2、开始加热升温，升温时间120s，使炉内温度达到220℃，同时控制充氮气量为15slm；到达220℃后恒温60s，此时通入甲酸，流量为10slm，使甲酸分解产生氢气，利用氢气的还原作用，使共晶焊接质量更好；
4.3、重新开始加热升温，时间为150～200s，升温至350℃后恒温200s，使专用加热模具逐渐吸收热量，同时保持通入甲酸；恒温结束后再次加热升温，时间为80～100s，直至升温到410℃，控制恒温30～50s，使铅铟银焊料片充分熔化；然后停止通入甲酸，抽真空，再次恒温60s后，便可完成共晶焊接；
4.4、焊接结束后通入氮气开始降温冷却，待温度降到70度以下时，打开共晶焊炉腔室门，取出焊接好的器件即可，如图1和图2所示。
如图3和图4所示，所述专用加热模具包括外形为长方体的导热块4，导热块4厚度稍大于T型管壳1的长度，在导热块4上均布加工多个所述安装孔401，本实施例以五个为例，安装孔401为阶梯状，其上端的大径与T型管壳1上端外沿的直径间隙配合，在安装孔401上端内缘处分别设置有所述定位豁口402，用于实现T型管壳1的定位摆放。所述导热块4为铝块，以便于加工和导热。
选取5只采用该方法焊接功率芯片后的器件进行剪切力测试，检测数据完全合格，在30倍显微镜下观察，焊料100％残留。检测数据如下表所示。
| 编号 | 芯片面积(mm<sup>2</sup>) | 剪切强度(kg) | 结论 |
| 1# | 4.1 | 12.1 | 合格 |
| 2# | 4.1 | 13.9 | 合格 |
| 3# | 4.1 | 11.1 | 合格 |
| 4# | 4.1 | 12.6 | 合格 |
| 5# | 4.1 | 12.9 | 合格 |
由上表可以看出，本发明的剪切力数据，完全符合GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序》的标准要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种功率芯片在T型管壳上的合金焊接方法，其特征在于，包含步骤如下：
(1)将T型管壳放入丙酮中超声清洗15分钟，去除管壳表面的油污、杂质，然后用无水乙醇脱水，吹干后备用；
(2)选择铅铟银焊料片作为焊料，焊料大小与待焊接的功率芯片尺寸一致；
(3)将待焊接的T型管壳分别插入到专用加热模具的安装孔内，将T型管壳上端外沿的定位端嵌入安装孔上端的定位豁口内，将合适尺寸的铅铟银焊料片摆放到T型管壳顶面的芯片粘接区，并在铅铟银焊料片上摆放待焊接的功率芯片；
(4)将摆放好T型管壳、铅铟银焊料片和功率芯片的专用加热模具放入可编程共晶焊炉内进行烧结焊接，具体操作如下：
4.1、先抽真空，时间为80～120s，使真空度小于500Pa；随后向共晶焊炉内充入氮气，时间为100～120s，控制充氮气量为15～20slm；如此反复进行二次，使共晶焊炉内的空气置换为氮气；
4.2、开始加热升温，升温时间120s，使炉内温度达到220℃，同时控制充氮气量为15slm；到达220℃后恒温60s，此时通入甲酸，流量为10slm，使甲酸分解产生氢气，利用氢气的还原作用，以提高共晶焊接质量；
4.3、重新开始加热升温，升温至350℃后恒温200s，同时保持通入甲酸；恒温结束后再次加热升温，直至升温到410℃，控制恒温30～50s，使铅铟银焊料片充分熔化；然后停止通入甲酸，抽真空，再次恒温60s后，便可完成共晶焊接；
4.4、焊接结束后通入氮气开始降温冷却，待温度降到70度以下时，打开共晶焊炉腔室门，取出焊接好的器件。
2.根据权利要求1所述的一种功率芯片在T型管壳上的合金焊接方法，其特征在于：所述专用加热模具包括外形为长方体的导热块，导热块厚度稍大于T型管壳的长度，在导热块上均布加工多个所述安装孔，安装孔为阶梯状，其上端的大径与T型管壳上端外沿的直径间隙配合，在安装孔上端内缘处分别设置所述定位豁口，用于实现T型管壳的定位摆放。
3.根据权利要求2所述的一种功率芯片在T型管壳上的合金焊接方法，其特征在于：所述导热块为铝块，以便于加工和导热。
4.根据权利要求2或3所述的一种功率芯片在T型管壳上的合金焊接方法，其特征在于：所述导热块上的安装孔数量为五个。
5.根据权利要求1所述的一种功率芯片在T型管壳上的合金焊接方法，其特征在于：所述步骤4.3中重新开始加热升温时间为150～200s，使温度达到350℃；再次加热升温时间为80～100s，使温度达到410℃。
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| CN116309446A (zh) * | 2023-03-14 | 2023-06-23 | 浙江固驰电子有限公司 | 用于工业控制领域的功率模块制造方法及系统 |
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