CN1909201A - 半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模 - Google Patents

半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模 Download PDF

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Abstract

本发明是对半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模的改进，其特征是由51－100wt％的金属硅或Sialon或氮化硅，0－49wt％的氮化硼，和/或成型烧结后表面涂覆氮化硼。所得焊接模，不仅能够用于600－950℃高温焊接、封装，在高温中使用长期不变形，而且用于玻壳封装不粘玻璃，可以长期使用，并保持高的成品率。

Description

半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模
技术领域
本发明是对申请人先前申请的中国专利200410071751.9的后续改进申请，尤其涉及一种使用寿命长，特别可适用于玻壳封装的陶瓷焊接模。
背景技术
申请人在中国专利200410071751.9中，公开了一种电子行业半导体器件例如二极管、三极管、桥堆等，芯片与引出线焊接、封装模具，此模具相对行业中长期使用的石墨或金属焊接模具有极大进步，对于温度要求在300-500℃的焊接及塑料封装，具有很好的使用效果，使用寿命大大延长，焊接成品率大大提高。然而在实际使用中发现，对温度要求更高例如600-950℃的玻壳封装，尚会出现玻壳与模具相互粘结现象，卸下时会造成玻壳破损而报废。因此仍有值得改进的地方。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种适用于封装温度更高，尤其是玻壳封装的半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模。
本发明目的实现，主要改进是选择采用金属硅粉或Sialon或氮化硅粉作主原料，混合至少有氮化硼；或是采用全金属硅粉或Sialon或氮化硅粉模压烧结，再在成型烧结模表面涂覆氮化硼，通过掺混和/或表面涂覆氮化硼，从而解决了焊接、封装过程中玻壳粘模的技术难题，实现本发明目的。具体说，本发明半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模，由陶瓷粉料经模压、烧结而成，其特征在于所说陶瓷粉料为51-100wt％的金属硅或Sialon或氮化硅，0-49wt％的氮化硼，和/或成型烧结后表面涂覆氮化硼。
本发明通过大量试验，获得在金属硅粉或Sialon或氮化硅粉原料中添加氮化硼粉，或在烧结模具表面涂覆氮化硼，使陶瓷焊接模能够有效抵抗高温熔融封装玻壳的侵蚀粘结，克服了先前申请专利的陶瓷焊接模用于玻壳封装不够理想的缺陷。
为延长焊接模的使用寿命，减少因使用造成涂层脱落而降低使用寿命，本发明较好是将氮化硼粉加入物料中混合模压，其中更好是除混合有氮化硼再在烧结后表面喷涂或刷涂氮化硼。氮化硼的加入，试验表明随着封装温度的提高，氮化硼用量需增加，例如封装温度为650℃，氮化硼加入量可在15-30wt％之间即具有较好效果，而封装温度在800℃以上时，氮化硼加入量提高至40-49wt％则效果更好。
从经济性角度出发，本发明金属硅或Sialon或氮化硅，与氮化硼配比还可以是60-96wt％∶4-40wt％，以及70-90wt％∶10-30wt％。
同时，通过试验发现，随着金属硅粉或Sialon用量的提高，烧结模具脆性变大，尤其是纯金属硅粉制作的模具，氮化烧结后成为氮化硅，脆性极大，在使用过程中容易出现模孔崩口，造成崩口区不能使用，崩口过多则造成焊接模报废。通过试验，加入0-30wt％的如氧化铝粉、氧化钙、锆莫来石、碳化硅、氮化硅、堇青石、氮化铝、铝粉、B2O3、二氧化硅中一种或数种，适当减少前两类物料用量，不仅可以增加烧结模具的韧性，减少或消除崩口现象发生，而且还能促进烧结，降低烧结温度、缩短烧结时间。
本发明所述烧结模具表面涂覆氮化硼，可以是冷态喷涂或涂刷，如模具冷态时使表面湿润，用氮化硼粉进行喷涂或涂刷形成覆盖层，覆盖模具表面；也可以采用热喷涂法，例如公知的等离子喷涂、火焰喷涂、超音速喷涂等热喷涂。试验比较，热喷涂效果优于冷涂覆，可以保持更长时间不脱落，从而延长使用寿命。
本发明为有利于陶瓷粉模压成型，可以如先前专利外加部分粘结剂，所述粘结剂无特别讲究，可以采用陶瓷常用粘结剂，例如聚乙烯醇(PVA)，黄糊精、白糊精、纸浆等，为粉料的成型提供初始结合力。
本发明由于选择采用金属硅粉或Sialon或氮化硅粉作主原料，并通过加入氮化硼粉，和/或成型烧结后表面涂覆氮化硼，使所得焊接模，不仅能够用于600-950℃高温焊接、封装，在高温中使用长期不变形，而且用于玻壳封装不粘玻璃，可以长期使用，并保持高的成品率。此外，通过加入部分如氧化铝粉、氧化钙、锆莫来石、碳化硅、氮化硅、堇青石、氮化铝、铝粉、B2O3、氧化硅中一种或数种，还有效消除了崩口现象的发生。
以下结合几个具体实施方式，进一步说明本发明，但实施例具体参数，不是对本发明保护的具体限定。
具体实施方式
实施例1：金属硅粉或Sialon 100％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在表面喷涂或涂刷氮化硼粉。
实施例2：金属硅粉或Sialon 55％，氮化硼粉40％，氮化铝5％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例3：金属硅粉或Sialon65％，氮化硼粉30％，氮化铝5％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例4：金属硅粉或Sialon77％，氮化硼粉20％，氮化铝3％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例5：金属硅粉或Sialon95％，氮化硼粉5％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在表面喷涂或涂刷氮化硼粉。
实施例6：金属硅粉80％，氮化硼粉10％，氧化铝粉5％，氧化钙4％，B2O31％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例7：金属硅粉85％，氮化硼粉10％，氧化硅粉5％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例8：金属硅粉80％，锆莫来石粉14％，氧化铝粉6％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在两表面喷涂或涂刷氮化硼粉。
实施例9：金属硅粉70％，氮化硼粉10％，氧化铝粉10％，锆莫来石10％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例10：金属硅粉或Sialon90％，碳化硅粉10％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在表面喷涂氮化硼粉。
实施例11：金属硅粉或Sialon80％，碳化硅粉10％，氮化硼粉10％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例12：金属硅粉70％，氮化硅粉30％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在表面喷涂氮化硼粉。
实施例13：金属硅粉70％，氮化硅粉20％，氮化硼粉10％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例14：金属硅粉90％，合成堇青石粉10％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在表面喷涂或涂刷氮化硼粉。
实施例15：金属硅粉85％，合成堇青石粉5％，锆莫来石粉10％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在表面喷涂或涂刷氮化硼粉。
实施例16：金属硅粉74％，合成堇青石粉8％，锆莫来石8％，氮化硼粉10％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例17：金属硅粉77％，合成堇青石粉5％，氮化硼粉15％，氮化铝3％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例18：金属硅粉67％，莫来石粉8％，氮化硼粉20％，铝粉和/或氮化铝5％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例19：金属硅粉90％，锆莫来石粉10％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在表面喷涂或涂刷氮化硼粉。
实施例20：金属硅粉75％，碳化硅粉10％，氧化硅粉5％，氮化硼粉10％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例21：金属硅粉95％，氧化硅粉5％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在表面喷涂或涂刷氮化硼粉。
实施例22：金属硅粉90％，氧化铝10％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在表面喷涂氮化硼粉。
实施例23：金属硅粉85％，莫来石15％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在表面喷涂氮化硼粉。
实施例24：氮化硅粉70％，氮化硼粉25％，氮化铝粉5％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结。
实施例25：氮化硅粉100％，外加0.8-4％粘结剂，模压成型，氮化气氛烧结后，在表面喷涂或涂刷氮化硼粉。
此外，实施例中加有氮化硼粉的，也还可以在烧结后的表面再涂覆氮化硼。氮化硼涂覆可以是冷态喷涂，也可以为热喷涂。以上实施例，烧结温度约为1450±10℃。
本发明中百分量，无特别说明，均指重量百分量。

Claims (9)

1、半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模，由陶瓷粉料经模压、烧结而成，其特征在于所说陶瓷粉料为51-100wt％的金属硅或Sialon或氮化硅，0-49wt％的氮化硼，和/或成型烧结后表面涂覆氮化硼。
2、根据权利要求1所述半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模，其特征在于所说氮化硼加入物料中。
3、根据权利要求2所述半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模，其特征在于金属硅或Sialon或氮化硅与氮化硼配比为60-96wt％∶4-40wt％。
4、根据权利要求3所述半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模，其特征在于金属硅或Sialon或氮化硅与氮化硼配比为70-90wt％∶10-30wt％。
5、根据权利要求1、2、3或4所述半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模，其特征在于氮化硼用量随着使用温度提高而增加。
6、根据权利要求5所述半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模，其特征在于有0-30wt％的氧化铝粉、氧化钙、锆莫来石、碳化硅、氮化硅、堇青石、氮化铝、铝粉、B2O3、二氧化硅中一种或数种。
7、根据权利要求5所述半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模，其特征在于混合有氮化硼再在烧结后表面涂覆氮化硼。
8、根据权利要求6所述半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模，其特征在于混合有氮化硼再在烧结后表面涂覆氮化硼。
9、根据权利要求1、7或8所述半导体芯片与引出线焊接、封装陶瓷焊接模，其特征在于所说涂覆氮化硼为热喷涂。
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