[发明专利]一种适用于TPAK器件有压烧结的定位夹具及贴装方法

说明书

本发明提供一种适合TPAK器件有压烧结的定位夹具及贴装方法，包括一个载体、两个导向板、一个支撑板、两个定位销、两个支撑环；本发明针对没有专用贴TPAK器件设备的情况下，通过夹具设计能够实现TPAK器件与散热器各凸台的精准定位和稳固贴片，为高质量有压烧结奠定基础。本发明可以节省TPAK贴装设备的成本，适合研究型以及小批量生产，且装配简单，使用范围广，可以用于各种散热器结构、多个TPAK器件并联贴装。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件(封装)技术领域，具体地涉及一种适用于TPAK器件有压烧结的定位夹具及贴装方法。

背景技术

目前Tesla在Model3的主驱逆变器中采用了SiC型TPAK器件烧结方案，及通过有压银烧结工艺将TPAK功率器件与铝散热器进行连接，构成了可进行电能变换的功率模组。TPAK器件结构如图1所示。

与导热硅脂、高温无铅钎料相比，银烧结技术的烧结连接层成分为银，具有优异的导电和导热性能，由于银的熔点高达961℃，将不会产生熔点小于300℃的软钎焊连层中出现的典型疲劳效应，具有极高的可靠性，且其烧结温度和传统软钎焊料温度相当。采用银烧结技术可使功率模组使用寿命提高5-10倍，烧结层厚度较焊接层厚度薄60-70％，热传导率提升3倍。

目前国内尚未开发出成熟可量产的TPAK烧结模组。

TPAK器件有压烧结的工艺流程，如图2所示，印刷即通过丝网印刷机将银膏印刷在散热器上。烘烤即将印刷后的散热器放入烘箱，从而挥发出银膏中的有机物，此时银膏固化。贴片即通过专用贴片机将器件贴装在散热器对应凸台的银膏上，此时贴片机能够提供一定的温度和压力，使得器件与散热器呈现一种预烧结的状态，TPAK器件能够稳固的贴装在散热器上。烧结即将贴装好的TPAK模组放入烧结设备中，烧结温度一般在230-250℃，并通过压头在TPAK器件表面施加压力，通过有压烧结的方式实现TPAK器件与散热器的连接。

现有对TPAK器件贴装方式是通过设备贴装，如Tesla。但是将TPAK器件与散热器进行银烧结的技术路线是一种高成本方案，而且国内尚没有开发出可成熟可量产的TPAK烧结模组，国内仍然处于试研阶段。因此，对于一些研究院所以及小批量试研的企业，通过购置专用TPAK器件贴片设备无疑增加研发成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于TPAK器件有压烧结的定位夹具及贴装方法，针对没有专用贴TPAK器件设备的情况下，通过夹具设计能够实现TPAK器件与散热器各凸台的精准定位和稳固贴片，为高质量有压烧结奠定基础。本发明通过手动形式即可实现TPAK器件与散热器的贴装，降低成本。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适合TPAK器件有压烧结的定位夹具，包括一个载体、两个导向板、一个支撑板、两个定位销、两个支撑环；

所述载体用于承载散热器，根据散热器的结构进行设计；所述导向板用于对TPAK器件进行手动定位和支撑，安装在载体中的轨道槽中，所述支撑板用于对TPAK器件的支撑，所述支撑环用于避免在有压烧结后，支撑板受挤压抽取不出；所述导向板设置有定位齿，所述定位齿的间距以及个数取决于并联的TPAK器件的个数，用于对TPAK器件的精准定位以及固定；所述导向板通过长度小于6mm的M3内六角螺丝固定在载体的导轨槽上；所述支撑板上端两侧进行斜切30°倒角，用于支撑TPAK器件，使得TPAK器件在烧结过程的压力施加下保持稳固状态。

进一步地，所述导向板的长度根据散热器整体长度进行设计，高度根据散热器与其表面所印刷的银膏高度之后进行设计，导向板上的定位齿根据TPAK器件并联个数以及并联间距进行设计。