[发明专利]在基板上分配焊料的方法和安装半导体芯片的方法

说明书

技术领域

本发明一方面涉及在基板上分配焊料的方法，并且另一方面涉及在分配的焊料上安装半导体芯片的方法。

背景技术

这种焊接方法通常但并不唯一地用于将半导体芯片安装在称之为引线框架的金属基板上。与利用粘合剂进行安装相比，功率半导体器件通常主要利用软焊料与基板相连接，基板通常由铜组成，以便确保半导体芯片的热损失通过焊接接头更有效地散发。尤其是在功率密度增加的情况下，对焊接接头的同质性的要求较高，即，要求焊料层在整个芯片区域上有限定的厚度、均匀的分布和理想的浸湿以及完全没有气泡和焊接接头的纯度。另一方面，焊料必须不能横向地渗出焊接间隙，并且不能紧接于半导体芯片散布，这就再次要求对焊料部分的精确定量和定位。

在安装半导体芯片的领域中，在实际使用中广泛应用的一种方法是，将焊丝的端部接触已被加热至焊料熔化温度以上的基板，以便熔化一部分焊丝。由于其简便且灵活，这种方法一般非常适于大量生产。然而，所获得的近似圆形的浸湿表面并不理想地适于矩形或方形的半导体芯片。此外，借助从美国专利US6,056,184获知的一种落料模(punching die)，可将沉积在基板上的焊料部分制成一种适于矩形半导体芯片的平坦形状。还获知的是，用写头(writing head)沿着特定路径移动焊接金属丝的端部，使得受热的基板持续熔化焊料。焊料轨迹从而沉积在基板上。

从US5,878,939获知一种方法，其中可将液态焊料注射进形成在成型模和基板之间的腔中。

这些已知的方法具有几个缺点。或者所沉积焊料的形状为圆形，或者必须为每个矩形制出特定的落料模。这样的落料模包括侧壁，所述侧壁将占据基板的一部分。因此，焊料不能被施加到芯片岛的边缘，所述芯片岛容纳半导体芯片。另外，基板必须被加热到焊料的熔化温度之上，并且所沉积的焊料从施加开始直到沉积到半导体芯片上必须保持在液态。另外的缺点是，必须定期地清洗与液态焊料相接触的部位，为此目的就必须中断生产。

从美国专利US4,577,398和美国专利US4,709,849中获知一种方法，在该方法中预制由焊接金属制成的扁平预成型坯(所谓的“焊料预成型坯”)，这种坯的尺寸适用于半导体芯片。焊料预成形坯随后会被放置在基板上并且被基板熔化，以便形成具有所需尺寸的焊接层。由于对焊料预成型坯的必要预制以及额外的安装操作，这种方法相对昂贵并且不灵活。

从US2009145950获知通过焊料分配器的写头引导焊丝的方法和装置，当施加焊料时，将焊丝与受热的基板相接触，使得焊料在焊丝的端部处熔化，并且写头沿着平行于基板的表面的预定路径移动。焊料分配器以这种方式在基板上写出焊料轨迹。这种方法中的缺点是，基板仅能被不充分地浸湿，而未预先清洗。

发明内容

本发明的目的是开发一种不再表现出上述缺点的用于对基板施加焊料的方法。

根据本发明的在基板上分配焊料的方法包括如下步骤：

A)将基板加热至位于焊料的熔化温度以上的温度；

B)将至少一个焊料部分分配在基板的表面上；

C)将引脚降低到焊料部分中，直到引脚接触基板的表面为止；

D)对引脚施加预定力，使得引脚压靠基板；

E)对引脚施加超声，使得在引脚中产生超声波，超声波被取向成相对于基板的表面垂直或成角度；

F)沿着预定路径移动引脚，所述预定路径延伸平行于基板的所述表面，以及

G)提升引脚，直到引脚从焊料部分分离为止。

优选地，该方法进一步包括将引脚冷却到如下温度：该温度比焊料的熔化温度低至少10K并且位于焊料的固相线温度之上。

可替代地，该方法进一步包括在步骤C至F期间将引脚保持在如下温度：该温度比焊料的熔化温度低至少10K并且位于焊料的固相线温度之上。

如果在步骤B中将焊料分配在基板上，则所述沿着预定路径移动引脚包括至少部分地沿着基板场所(substrate place)的边缘移动引脚，引脚的接触表面伸到基板场所之外并且因此仅部分地接触基板场所。

在单个焊料部分被分配在基板场所上的情况下，引脚的直径小于焊料部分的平均直径。

除上面描述的将焊料部分分配在基板上的步骤之外，在基板上安装半导体芯片的方法另外包括将半导体芯片放置在焊料部分上。

附图说明

合并到该说明书中并且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的一个或更多个实施例，并且与详细描述一起用于解释本发明的原理和实施。附图不按比例。在附图中：

图1-4示出根据本发明的用于将焊料施加到基板的方法，并且