[发明专利]一种基于半导体温控的晶粒取向控制方法

说明书

本发明公开了一种基于半导体温控的晶粒取向控制方法，包括该方法包括将第一焊盘、焊锡接头、待焊接件和第二焊盘在加热重熔前通过真空钎焊焊接连接；加载电源于第一焊盘上，焊锡接头在通电后产生焦耳热重新融化；加载电源于第一半导体制冷模块和第二半导体制冷模块上，使第一半导体制冷模块贴合于第一焊盘的一面制热，第二半导体制冷模块贴合于第二焊盘的一面制冷，在焊锡接头的冷却过程中形成温度梯度；本发明提供的凝固装置通过给第一焊盘和第二焊盘加载电源，从而给焊锡接头施加电流实现焦耳热加热重熔，使焊锡接头的晶粒取向重新排列，提高了IGBT高功率元器件抗功率疲劳损伤的能力。

技术领域

本发明涉及金属焊接工艺领域，具有而言涉及一种基于半导体温控的晶粒取向控制方法及装置。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）是一种由双极结型晶体三极管（BJT）和绝缘栅型场效应管（MOS）组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件，具有驱动功率小和饱和压低的优点。内部包含数层不同功能的结构材料，通常采用软钎焊工艺将芯片下表面通过焊层与绝缘陶瓷衬板相连（一次焊接），并将半导体芯片并联，以提高电流承载能力；芯片上表面采用引线键合的方式实现电气互连（二次焊接）。IGBT功率电子器件在实际工作过程中不仅会因为热疲劳、剪切疲劳等因素而失效，疲劳问题也是影响器件可靠性的关键性因素之一。IGBT原件的疲劳失效会导致相关的高功率电子器件失效，在控制系统可靠性要求较高的领域会造成严重的影响。在焊接封装过程中焊锡接头的粒子运动方向散乱且不可控，导致接头处抗疲劳可靠性较低，大大降低了电路的使用寿命。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的技术问题，本发明在此的提供一种可以使焊锡接头的晶粒取向重新排列，提高元器件抗功率疲劳损伤能力的分区电流驱动重熔与半导体温控定向凝固装置。

为实现本发明的目的，在此提供的分区电流驱动重熔与半导体温控定向凝固装置包括第一半导体制冷模块、第二半导体制冷模块、第一焊盘、第二焊盘和焊锡接头；所述第一半导体制冷模块与所述第一焊盘的上表面贴合接触，所述第二半导体制冷模块与所述第二焊盘的下表面贴合接触，所述第一焊盘和所述第二焊盘相对设置；所述第一焊盘和所述第二焊盘在电源加载时，所述焊锡接头呈电阻性，被电加热后重新融化，焊锡呈流动状态；所述第一半导体制冷模块在电源加载时，贴合于所述第一焊盘的一面制热；所述第二半导体制冷模块在电源加载时，贴合于所述第二焊盘的一面制冷，在焊锡接头的冷却过程中形成温度梯度。

本发明提供的凝固装置通过给第一焊盘和第二焊盘加载电源，从而给焊锡接头施加电流实现焦耳热加热重熔，再通过第一半导体制冷模块和第二半导体制冷模块实现焊锡接头在凝固过程中的一维温度梯度，使焊锡接头的晶粒取向重新排列，提高了IGBT高功率元器件抗功率疲劳损伤的能力。

进一步的，所述第一半导体制冷模块包括第一半导体制冷子模块A和第一半导体制冷子模块B，所述第一半导体制冷子模块A和所述第一半导体制冷子模块B均包括第一半导体制冷片。

进一步的，所述第一半导体制冷子模块A和所述第一半导体制冷子模块B还包括第一冷却腔，所述第一半导体制冷片与所述第一冷却腔层叠设置；所述第一半导体制冷片和所述第一冷却腔之间用第一盖板电隔离并进行热传递。

进一步的，所述第一冷却腔包括蛇形流管和用于密封所述蛇形流管的密封槽，所述蛇形流管的两端分别开设有冷却水入口和冷却水出口。

进一步的，所述第一冷却腔与所述第一盖板的接触面上涂有导热硅脂，提高导热性。

进一步的，所述第一半导体制冷子模块A和所述第一半导体制冷子模块B独立加载电源，电源可以仅加载于所述第一半导体制冷子模块A，或仅加载于所述第一半导体制冷子模块B，或者同时加载于所述第一半导体制冷子模块A和所述第一半导体制冷子模块B。