CN116900544A - 一种热敏电阻焊接贴装用焊片、贴装方法及igbt模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热敏电阻焊接贴装用焊片、贴装方法及IGBT模块，焊片包括焊片主体，焊片主体为矩形，焊片主体的四个角均向上翻折形成翻折角部，焊片主体的长边上的两个翻折角部之间形成热敏电阻的限位区，焊片主体的长边上的两个翻折角部可将热敏电阻的一端电极限位于限位区中；限位区的边长为1.9‑2.3cm。在进行贴片时，焊片上相邻的两个翻折角部可将热敏电阻的端部电极限位于翻折角部之间的限位区中，从而使热敏电阻的端部电极被固定于焊片上，防止热敏电阻在自动化送料和焊接的过程中从焊片上滑出，不需要再使用工装夹具，达到了NTC易放置、焊接质量可靠的目的，且易于自动化生产，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体封装技术领域，具体涉及一种热敏电阻焊接贴装用焊片、贴装方法及IGBT模块。
背景技术
IGBT，即绝缘栅双极型晶体管，是大功率的主流元器件之一，具有导通电阻小、频率高、散热稳定、节能等特点，被广泛应用于各个领域。为防止IGBT模块的工作温度过高，出现意外导致损坏，在IGBT模块上通常会安装一个NTC热敏电阻来进行温度监测。
在IGBT模块封装工艺中，通常采用将NTC进行贴装，然后经回流焊接工艺将NTC焊接至基板上的方式。在对于NTC贴装方式，目前采用的主要有以下几种方法：第一种是通过人工将NTC在基板上的位置固定，完成NTC的贴装，但人工贴装单位价值流低，由于人工贴装时间长，造成有效工作时间缩短，工作质量不可控，工厂单位时间内所获得的利润降低。第二种是采用锡膏工艺，通过锡膏的粘黏性将NTC焊接端固定在设计位置，此种方案贴装比较牢靠，也容易实现自动化贴装，但由于锡膏的应用，为了保证产品的性能，后续须要增加清洗工序以去除残留，增加了产品的生产成本及质量把控的难度，对环境也有一定的影响。第三种是采用焊片工艺，通过一种较小的专用夹具将NTC在焊片及基板上的位置固定，以使其焊接端与焊片不发生偏移。此种方案较锡膏工艺来说，虽然不需要增加新的工序，但使用的专用夹具较小，不易在自动化生产线实现。公开号为CN115740670A的中国专利文献公开了一种热敏电阻焊接方法及焊接固定设备，其通过通知其控制抓取机构将热敏电阻固定于半导体模块的预设焊接位置，保持了焊接过程中热敏电阻与半导体模块的相对位置，从而降低热敏电阻在焊接的过程中移动的可能性，降低热敏电阻虚焊的概率。但是，还需要在生产线上设立新的用于夹取固定NTC的抓手及相应传感器、控制器，整个设备组成复杂，也需要投入一定的生产成本。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种热敏电阻焊接贴装用焊片、贴装方法及IGBT模块，在进行贴片时，焊片上相邻的两个翻折角部可将热敏电阻的端部电极限位于翻折角部之间的限位区中，从而使热敏电阻的端部电极被固定于焊片上，防止热敏电阻在自动化送料和焊接的过程中从焊片上滑出，不需要再使用工装夹具，达到了NTC易放置、焊接质量可靠的目的，且易于自动化生产，提高了生产效率。
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种IGBT模块中热敏电阻焊接贴装用焊片：
包括焊片主体，所述焊片主体为矩形，所述焊片主体的四个角均向上翻折形成翻折角部，所述焊片主体的长边上的两个所述翻折角部之间形成热敏电阻的限位区，所述焊片主体的长边上的两个所述翻折角部可将所述热敏电阻的一端电极限位于所述限位区中；所述限位区的边长为1.9-2.3cm。
优选地，所述翻折角部与所述焊片主体的夹角为95o-125o。
优选地，所述焊片主体的长度为3.5cm，宽度为2cm，厚度为0.1cm。
优选地，所述翻折角部的位于长边上的直角边的长度为0.6-0.8cm，位于短边上的直角边的长度为0.55-0.75cm。
优选地，所述焊片主体的材质为SnSb5、SnSb8.5、SnSb10中的一种。
本发明的第二方面提供一种IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，包括以下步骤：
于基板上热敏电阻两端的预定焊接位置处分别设置上述的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装用焊片，然后将所述热敏电阻放置于所述焊片上，所述热敏电阻的两端的电极位于所述焊片的所述限位区中。
优选地，还包括在于基板上设置所述焊片之前，在所述焊片的朝向所述基板的一侧的表面设置易挥发液体层，或在所述基板的设置所述焊片的位置设置易挥发液体层。
优选地，所述易挥发液体层为乙醇、甲醇、丙二醇、乙二醇、异丙醇中的至少一种。
本发明的第三方面提供一种IGBT模块中热敏电阻的焊接方法，包括采用上述的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法将热敏电阻固定于基板上，然后进行回流焊接工艺。
本发明的第四方面提供一种IGBT模块，采用包含上述的IGBT模块中热敏电阻的焊接方法的制备方法制备得到。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装用焊片，采用矩形焊片并将矩形四个角设置为向上翻折的形状，在进行贴片时，热敏电阻设置于焊片上后，焊片上相邻的两个翻折角部可将热敏电阻的端部电极限位于翻折角部之间的限位区中，从而使热敏电阻的端部电极被固定于焊片上，防止热敏电阻在自动化送料和焊接的过程中从焊片上滑出。利用该焊片对热敏电阻的限位作用，不需要再使用工装夹具，达到了NTC易放置、焊接质量可靠的目的，易于自动化生产。本发明进一步对焊片的翻折角部之间的限位区的边长进行了优化，限位区的边长为1.9-2.3cm时，可保证自动化NTC放置成功率和焊接成功率均达到较高数值，对自动化设备贴装精度要求较低，可节省大量的时间用于自动化设备的调试和NTC贴装位置的修改，提高了自动化产线的生产效率。
本发明的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，在进行贴片时，利用上述焊片的两个翻折角部可将热敏电阻的端部电极限位于翻折角部之间的限位区中，使热敏电阻的端部电极被固定于焊片上，从而防止热敏电阻在自动化送料和焊接的过程中从焊片上滑出。该焊接贴装方法不需要再使用工装夹具，易于自动化生产，且相比于锡膏工艺，不需要清洗工序去除残留。
附图说明
图1是本发明实施例中所述的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装用焊片的结构示意图；
图2是本发明实施例中的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装用焊片贴装至覆铜基板上的结构示意图；
图3是本发明实施例中所述的覆铜基板的结构示意图。
其中：1-焊片主体；2-翻折角部；3-覆铜基板；4-热敏电阻。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明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。
在IGBT模块封装工艺中，在通过回流焊接工艺将NTC焊接至覆铜基板之前，需要将焊接材料和NTC固定在基板上的预定位置，即进行焊接贴片工序，以防止NTC和焊片在自动化送料和焊接过程中的移位。对于焊片工艺，通常需要采用较小的专用夹具将NTC、焊片与基板的位置进行固定。但所使用的专用夹具较小，不易在自动化生产线实现。
为此，本发明实施例的第一方面提供一种IGBT模块中热敏电阻焊接贴装用焊片，包括焊片主体，所述焊片主体为矩形，所述焊片主体的四个角均向上翻折形成翻折角部，所述焊片主体的长边上的两个所述翻折角部之间形成热敏电阻的限位区，所述焊片主体的长边上的两个所述翻折角部可将所述热敏电阻的一端电极限位于所述限位区中；所述限位区的边长为1.9-2.3cm。
本发明实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装用焊片，采用矩形焊片并将矩形四个角设置为向上翻折的形状，在进行贴片时，热敏电阻设置于焊片上后，焊片上相邻的两个翻折角部可将热敏电阻的端部电极限位于翻折角部之间的限位区中，从而使热敏电阻的端部电极被固定于焊片上，防止热敏电阻在自动化送料和焊接的过程中从焊片上滑出。利用该焊片对热敏电阻的限位作用，不需要再使用工装夹具，达到了NTC易放置、焊接质量可靠的目的，易于自动化生产。
本发明实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装用焊片，对焊片的翻折角部之间的限位区的边长进一步限定。限位区的边长过短，在自动化设备将NTC放置于焊片限位区时易产生位置不准导致失效，并且大大提高了对自动化设备贴装精度的要求；而限位区的边长过长，超过上述2.3cm长度时，在自动化送料时热敏电阻的端部在焊片上的活动范围过大，热敏电阻从焊片限位区脱离的概率显著提高，造成焊接失败。经大量重复实验尝试发现，限位区的边长为1.9-2.3cm时，可保证自动化NTC放置成功率和焊接成功率均达到较高数值，对自动化设备贴装精度要求较低，可节省大量的时间用于自动化设备的调试和NTC贴装位置的修改，提高了自动化产线的生产效率。
在一些实施方式中，优选地，限位区的边长为2.1cm。
在一些实施方式中，焊片的翻折角部与焊片主体的夹角的大小对热敏电阻的固定限位效果、焊接效果有显著影响，具体地，夹角过大，无法起到很好的限位作用，热敏电阻易在焊片上滚动，夹角过小，焊片熔化后，翻折角部的焊料易向焊片中心部位集中，造成热敏电阻焊点处焊料过多，容易造成虚焊。经大量重复实验尝试发现，优选地，所述翻折角部与所述焊片主体的夹角为95o-125o。在该角度范围内时，既可使焊片对热敏电阻具有很好的限位作用，又可保证焊点处焊片适当，不易造成虚焊。进一步优选地，所述翻折角部与所述焊片主体的夹角为110o。
在一些实施方式中，所述焊片主体的长度为3.5cm，宽度为2cm，厚度为0.1cm。该结构尺寸的焊片，可适用于目前IGBT市场上所使用的绝大部分的NTC型号，具有较强的通用性。只需要在自动化设备上增加一个焊片成型模具，就能批量生产出上述焊片，以实现NTC及焊片的贴装要求，为工厂的大批量生产节约了生产成本，提高了生产效率。
在一些实施方式中，焊片的翻折角部的翻折大小热敏电阻的焊接效果具有显著影响，具体地，翻折角部翻折的长度过小，意味着向焊片中部聚集的焊料减少，焊料过少易造成焊接强度不够；而翻折角部翻折的长度过大，意味着向焊片中部聚集的焊料增多，焊料过多，易造成虚焊。经大量重复实验尝试发现，优选地，所述翻折角部的位于长边上的直角边的长度为0.6-0.8cm，位于短边上的直角边的长度为0.55-0.75cm。翻折角部的大小在上述尺寸范围内时，可对热敏电阻具有很好的焊接效果。进一步优选地，所述翻折角部的位于长边上的直角边的长度为0.7cm，位于短边上的直角边的长度为0.65cm。
在一些实施方式中，所述焊片主体的材质为SnSb5、SnSb8.5、SnSb10中的一种。
本发明实施例的第二方面提供一种IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，包括以下步骤：
于基板上热敏电阻两端的预定焊接位置处分别设置上述的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装用焊片，然后将所述热敏电阻放置于所述焊片上，所述热敏电阻的两端的电极位于所述焊片的所述限位区中。
本发明实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，在进行贴片时，利用上述焊片的两个翻折角部可将热敏电阻的端部电极限位于翻折角部之间的限位区中，使热敏电阻的端部电极被固定于焊片上，从而防止热敏电阻在自动化送料和焊接的过程中从焊片上滑出。该焊接贴装方法不需要再使用工装夹具，易于自动化生产，且相比于锡膏工艺，不需要清洗工序去除残留。
在一些实施方式中，本发明实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，还包括在于基板上设置所述焊片之前，在所述焊片的朝向所述基板的一侧的表面设置易挥发液体层，或在所述基板的设置所述焊片的位置设置易挥发液体层。
本发明实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，进一步在焊片与基板之间设置了易挥发液体层，利用液体材料的表面张力，将焊片与基板定位，并且易挥发液体层在回流焊接过程中随着温度的提升而彻底挥发，不需要再进行额外的清洗作业，节约了生产成本。
在一些实施方式中，设置易挥发液体层的方法可以为喷涂、涂覆、涂膜等方式。
在一些实施方式中，易挥发液体层不单指层状结构，具体也可以为液滴状、膜状的结构。
在一些实施方式中，易挥发液体层的具体材料可采用在回流焊接的升温过程中可完全挥发，且不会与基板或焊片发生化学反应或其他作用的任意液体，例如，可以为乙醇、甲醇、丙二醇、乙二醇、异丙醇中的至少一种。优选地，易挥发液体层为乙二醇。相同条件下，乙二醇的表面张力更大，对焊片与基板的连接性更强，乙二醇在回流焊升温过程中可完全挥发。
本发明实施例的第三方面提供一种IGBT模块中热敏电阻的焊接方法，包括采用上述的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法将热敏电阻固定于基板上，然后进行回流焊接工艺。
本发明实施例的第四方面提供一种IGBT模块，采用上述的IGBT模块中热敏电阻的焊接方法的制备方法制备得到。
实施例1
本实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，包括以下步骤：
（1）利用成型模具制备焊片。如图1所示，焊片包括焊片主体1，焊片主体材质为SnSb10，焊片主体为矩形，长度为3.5cm，宽度为2cm，厚度为0.1cm，焊片主体1的四个角均向上翻折形成翻折角部2，翻折角部与焊片主体的夹角为110o，每个翻折角部2的位于矩形长边上的直角边的长度为0.7cm，位于矩形短边上的直角边的长度为0.65cm，位于矩形长边上的相邻的两个翻折角部之前形成的限位区的边长为2.1cm。
（2）在焊片的底面（即贴装时朝向基板的一侧的表面）上采用喷射头喷涂99.5%的高纯度乙醇溶液，然后在覆铜基板3上热敏电阻4两端的预定焊接位置处分别放置喷涂乙二醇后的上述焊片，将焊片定位，如图2、3所示。
（3）将热敏电阻放置于焊片上，热敏电阻的两端的电极分别位于两侧焊片的矩形长边上形成的限位区中，完成IGBT模块中热敏电阻焊接贴装。
实施例2
本实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，其他步骤与实施例1均相同，区别为焊片的结构，本实施例中，翻折角部与焊片主体的夹角为95o。
实施例3
本实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，其他步骤与实施例1均相同，区别为焊片的结构，本实施例中，翻折角部与焊片主体的夹角为125o。
实施例4
本实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，其他步骤与实施例1均相同，区别为焊片的结构，本实施例中，翻折角部与焊片主体的夹角为80o。
实施例5
本实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，其他步骤与实施例1均相同，区别为焊片的结构，本实施例中，翻折角部与焊片主体的夹角为135o。
实施例6
本实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，其他步骤与实施例1均相同，区别为焊片的结构，本实施例中，每个翻折角部2的位于矩形长边上的直角边的长度为0.6cm，位于矩形短边上的直角边的长度为0.75cm，位于矩形长边上的相邻的两个翻折角部之前形成的限位区的边长为2.3cm。
实施例7
本实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，其他步骤与实施例1均相同，区别为焊片的结构，本实施例中，每个翻折角部2的位于矩形长边上的直角边的长度为0.8cm，位于矩形短边上的直角边的长度为0.55cm，位于矩形长边上的相邻的两个翻折角部之前形成的限位区的边长为1.9cm。
实施例8
本实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，其他步骤与实施例1均相同，区别为步骤（2）中，在焊片上喷涂乙醇。
实施例9
本实施例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，其他步骤与实施例1均相同，区别为步骤（2）中，在焊片上喷涂甲醇。
对比例1
本对比例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，其他步骤与实施例1均相同，区别为焊片的结构，本实施例中，每个翻折角部2的位于矩形长边上的直角边的长度为0.9cm，位于矩形短边上的直角边的长度为0.65cm，位于矩形长边上的相邻的两个翻折角部之前形成的限位区的边长为1.7cm。
对比例2
本对比例的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法，其他步骤与实施例1均相同，区别为焊片的结构，本实施例中，每个翻折角部2的位于矩形长边上的直角边的长度为0.5cm，位于矩形短边上的直角边的长度为0.65cm，位于矩形长边上的相邻的两个翻折角部之前形成的限位区的边长为2.5cm。
采用上述各实施例的方法，利用自动化设备进行NTC放置及焊接，统计各实施例自动化NTC放置成功率（NTC放置失败指自动化送料和焊接的过程中NTC从焊片上滑出）和焊接成功率（焊接失败包括NTC滑出、焊接强度不够、虚焊等情况），如下表1所示。
表1
| NTC放置成功率 | 焊接成功率 | |
| 实施例1 | 99.7% | 99.5% |
| 实施例2 | 99.5% | 99.3% |
| 实施例3 | 99.4% | 99.2% |
| 实施例4 | 99.5% | 92.4% |
| 实施例5 | 93.5% | 91.5% |
| 实施例6 | 99.2% | 98.5% |
| 实施例7 | 99.1% | 98.3% |
| 实施例8 | 99.2% | 98.9% |
| 实施例9 | 99.1% | 98.8% |
| 对比例1 | 95.2% | 93.5% |
| 对比例2 | 92.2% | 89.5% |
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种热敏电阻焊接贴装用焊片，其特征在于：
包括焊片主体，所述焊片主体为矩形，所述焊片主体的四个角均向上翻折形成翻折角部，所述焊片主体的长边上的两个所述翻折角部之间形成热敏电阻的限位区，所述焊片主体的长边上的两个所述翻折角部可将所述热敏电阻的一端电极限位于所述限位区中；所述限位区的边长为1.9-2.3cm。
2.根据权利要求1所述的热敏电阻焊接贴装用焊片，其特征在于：
所述翻折角部与所述焊片主体的夹角为95o-125 o。
3.根据权利要求1所述的热敏电阻焊接贴装用焊片，其特征在于：
所述焊片主体的长度为3.5cm，宽度为2cm，厚度为0.1cm。
4.根据权利要求1所述的热敏电阻焊接贴装用焊片，其特征在于：
所述翻折角部的位于长边上的直角边的长度为0.6-0.8cm，位于短边上的直角边的长度为0.55-0.75cm。
5.根据权利要求1所述的热敏电阻焊接贴装用焊片，其特征在于：
所述焊片主体的材质为SnSb5、SnSb8.5、SnSb10中的一种。
6.一种热敏电阻焊接贴装方法，其特征在于，包括以下步骤：
于基板上热敏电阻两端的预定焊接位置处分别设置如权利要求1-5中任一项所述的热敏电阻焊接贴装用焊片，然后将所述热敏电阻放置于所述焊片上，所述热敏电阻的两端的电极位于所述焊片的所述限位区中。
7.根据权利要求6所述的热敏电阻焊接贴装方法，其特征在于：
还包括在于基板上设置所述焊片之前，在所述焊片的朝向所述基板的一侧的表面设置易挥发液体层，或在所述基板的设置所述焊片的位置设置易挥发液体层。
8.根据权利要求7所述的热敏电阻焊接贴装方法，其特征在于：
所述易挥发液体层为乙醇、甲醇、丙二醇、乙二醇、异丙醇中的至少一种。
9.一种热敏电阻的焊接方法，其特征在于：
包括采用如权利要求6-8中任一项所述的IGBT模块中热敏电阻焊接贴装方法将热敏电阻固定于基板上，然后进行回流焊接工艺。
10.一种IGBT模块，采用包含如权利要求9所述的热敏电阻的焊接方法的制备方法制备得到。
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| CN202311164378.0A CN116900544A (zh) | 2023-09-11 | 2023-09-11 | 一种热敏电阻焊接贴装用焊片、贴装方法及igbt模块 |
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