[发明专利]一种散热芯片的固体焊接工艺

说明书

本发明涉及一种散热芯片的固体焊接工艺，包括以下步骤：1）选取与芯片本体匹配的第一散热装置；2）散热芯片的装配：所述芯片本体和第一散热装置同时放置于热等静压机的密封舱内，对密封舱进行抽真空操作；经抽真空后在密封舱内注入惰性气体，采用热等静压工艺将芯片本体与第一散热装置固相连接；所述热等静压工艺中，加热温度为第一散热装置熔点温度的0.3～0.8倍。本发明的固体焊接工艺，制备出的散热芯片，散热性能好，空洞率低，整体使用性能高。

技术领域

本发明属于芯片封装加工技术领域，具体涉及一种散热芯片的固体焊接工艺。

背景技术

功率器件在电子、电力、高铁领域应用非常广泛，它们通常工作在高压、大电流的情况下，工作时自身发热和损耗很严重，应用环境恶劣，因此功率器件很容易发生失效，造成一定经济损失和事故。在功率器件的失效中，小部分是由于使用问题引起。大部分是由功率器件本身的工艺和质量问题引起的失效，而功率器件最常见的工艺和质量问题就是芯片的粘片空洞问题，粘片采用钎焊和共晶焊(如锡铅焊料、金锑合金片、锡银铜、锡铅银、导电胶等焊料)，这是一种液相焊接技术，在焊料固化过程，液态焊料中空气排出，造成焊接面形成大量空洞，这些空洞给功率器件留下了可靠性隐患。当空洞率超过一定比例时，在功率器件应用中，芯片下面的空洞处散热不好，形成局部“热点”，使器件热阻增大，“热点”处局部电场集中，造成功率器件芯片性能劣化，形成恶性循环，最终“热点”导致功率器件诱发二次击穿烧毁失效。

科研人员，花大量的时间都在研究如何降低功率器件芯片粘片空洞率，每年都有这方面的研究课题，产生大量的研究论文。但由于芯片液相粘片技术存在“天生”的固有缺点，在芯片粘片空洞率减少方面作用不大，效果不明显。迫切需要一种新工艺和新技术，来彻底解决功率器件的粘片空洞问题。这个问题解决了，功率器件热阻下降了，粘片空洞率大幅下降，功率器件的可靠性会大幅度提升。

因此功率器件芯片粘片的新技术和新工艺，有很好的经济效益和社会效益。许多电子厂都非常渴求这种新技术来解决困扰功率器件业界达几十年的技术难题。比如附图1中所示的现有技术中功率管芯片下锡铅粘结层的X光照片；图2中所示的功率管芯片下锡铅焊料的X 光照片；图3中所示的功率管芯片下锡铅焊料的剖面图；图4所示的电阻器端头锡铅焊料的剖面图；图5所示的表贴电感器锡铅焊料的剖面图。从图1-5均可看出，现有技术中，芯片粘片层中空洞大，而且空洞率较多，导致整个芯片使用中性能下降。现有技术中，这些空洞存在的根本原因是芯片形成过程中，散热不均，导致热堆积，形成的空洞，具体为芯片粘片时，粘片浆料中空气逸出，在粘接层中形成许多空洞，这些空洞在芯片工作时，形成局部“热岛”，导致热堆积，散热不均，影响器件可靠性。

发明内容

为了解决现有技术中芯片粘片空洞率高的不足，本发明提供了一种固体焊接工艺，通过采用热等静压工艺，解决了传统工艺中，芯片粘片时，在粘接层中易产生大量空洞的问题。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种散热芯片的固体焊接工艺，包括以下步骤：

1)选取与芯片本体匹配的第一散热装置；

2)散热芯片的装配：所述芯片本体和第一散热装置同时放置于热等静压机的密封舱内，对密封舱进行抽真空操作；经抽真空后在密封舱内注入惰性气体，采用热等静压工艺将芯片本体与第一散热装置固相连接，得到散热芯片；

所述热等静压工艺中，加热温度为第一散热装置熔点温度的0.3 倍～0.8倍。

进一步地，所述散热芯片的装配步骤中，所述密封舱中抽真空后，真空度为1×10^-3Pa～20×10^-3Pa。

进一步地，所述散热芯片的装配步骤中，所述热等静压工艺中，对惰性气体加压，所述惰性气体的升压速度为0.7MPa/s～1.3MPa/s。