一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺，包括以下步骤：S1、材料组装：将铝基板、芯片和功率端子按顺序组装到模治具中；S2、回流焊接：将组装好材料的模治具进行高温烧结，通过焊料熔化进行互连，得到半成品；S3、铝线键合：将焊接后的半成品进行铝线键合，铝线一端连接芯片上表面，另一端连接铝基板的覆铜层；S4、后处理。本发明专利技术的优点在于：采用铝基板，降低材料成本，替代了传统的铜底板和陶瓷覆铜板，减少了材料种类和数量，简化了后道装配难度。同时采用铝线键合技术，替代了传统的衬片和铜连桥，降低了芯片结构应力，材料也从稀有金属和需要特殊处理的铜连桥变成了常规的铝线，进一步降低成本，极大的提升了产品竞争力。

An aluminum wire bonding process with high reliability and low structural stress

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺
本专利技术涉及功率半导体器件的制备
，特别是一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺。
技术介绍
目前国内外制造功率半导体器件主流使用的工艺有两种：第一种是铜底板+陶瓷覆铜板+芯片+衬片+铜连桥+功率端子通过含铅焊料融化焊接在一起形成，该制造方法存在材料组成多，材料需要特殊处理，特别是铜连桥需要高温退火软化，以降低结构应力；同时为了进一步降低应力，在铜连桥和芯片之间会增加一层衬片，衬片的材质通常是稀有金属钼，价格高，不可再生；第二种是陶瓷覆铜板+芯片先通过含铅焊料融化焊接，然后铝线键合，再组装焊有芯片的陶瓷覆铜板+铜底板+功率端子再次焊接在一起形成，该制造方法通过铝线键合替代了衬片和铜连桥，但是需要通过多次回流焊接和铝线键合来装配完成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺，包括以下步骤：S1、材料组装：将铝基板、芯片和功率端子按顺序组装到模治具中；S2、回流焊接：将组装好材料的模治具进行高温烧结，通过焊料熔化进行互连，得到半成品；S3、铝线键合：将焊接后的半成品进行铝线键合，铝线一端连接芯片上表面，另一端连接铝基板的覆铜层；S4、后处理。进一步地，步骤S1中，在所述铝基板和所述芯片之间垫设一层衬片，该衬片的材质为钼片、可伐片或紫铜片。进一步地，步骤S4中，后处理步骤包括：S41、塑壳装配：将完成电路连接的半成品装配上塑料外壳；S42、胶体灌封：将胶体灌封到塑壳内，形成电气保护和机械强度保护；S43、成品测试：进行电气参数测试，合格后，得到产品。进一步地，步骤S42中，胶体所用的材料为凝胶或环氧树脂。进一步地，步骤S43中，合格的电气参数测试包括：(1)额定电流@壳温：IO＝25-250A@TC≤100℃；(2)反向重复峰值电压VRRM≥1400V，IRRM≤20uA；(3)正向重复峰值电压:VFM≤1.40V，IFM＝IO；(4)各端子与底板之间的绝缘耐压：VISO≥2500VAC，t＝60s。进一步地，步骤S2中，焊接温度为260℃，焊接十分钟后，气孔率控制在2.5％以内，单体最大空洞率控制在0.5％以内。进一步地，焊接材料为无铅焊料，型号为：SnAg3Cu0.5。进一步地，步骤S3中，将焊接后的半成品进行铝线键合采用超声键合形成电路。本专利技术具有以下优点：1、采用铝基板，降低材料成本，替代了传统的铜底板和陶瓷覆铜板，减少了材料种类和数量，简化了后道装配难度。同时采用铝线键合技术，替代了传统的衬片和铜连桥，降低了芯片结构应力，材料也从稀有金属和需要特殊处理的铜连桥变成了常规的铝线，进一步降低成本，极大的提升了产品竞争力。2、采用铝基板+芯片+功率端子高温260℃，10分钟真空焊接后，气孔率控制在2.5％以内，单体最大空洞率控制在0.5％，然后再采用粗铝线超声键合形成电路，缩减了传统的多次焊接工艺(最高温会达到350℃以上)，使得器件只需承受一次高温回流焊接，而且高温温度只有260℃。结合铝线键合带来的极低的互连应力，使得器件在降低成本的同时，还保证了高可靠性的特点，采用这种方法生产的产品HTRB(150℃，80％VRRM，1000h)，TC(-40℃～150℃，循环次数100次)，OP-life(Tc：100℃，I＝Io，1000次循环)后性能依然良好。附图说明图1为本申请的整流桥结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。【实施例1】一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺，包括以下步骤：S1、材料组装：将铝基板、芯片和功率端子按顺序组装到模治具中，优选地，铝基板为铝基板；S2、回流焊接：将组装好材料的模治具进行高温烧结，通过焊料熔化进行互连，焊接温度为260℃，焊接十分钟后，气孔率控制在2.5％以内，单体最大空洞率控制在0.5％以内，焊接材料为无铅焊料，型号为：SnAg3Cu0.5，得到半成品；S3、铝线键合：将焊接后的半成品进行铝线键合，进一步地，采用超声键合形成电路，铝线一端连接芯片上表面，另一端连接铝基板的覆铜层；S4、后处理。进一步地，步骤S4中，后处理步骤包括：S41、塑壳装配：将完成电路连接的半成品装配上塑料外壳；S42、胶体灌封：将胶体灌封到塑壳内，形成电气保护和机械强度保护，胶体所用的材料为凝胶或环氧树脂；S43、成品测试：进行电气参数测试，合格的电气参数测试包括：(1)额定电流@壳温：IO＝25-250A@TC≤100℃；(2)反向重复峰值电压VRRM≥1400V，IRRM≤20uA；(3)正向重复峰值电压:VFM≤1.40V，IFM＝IO；(4)各端子与底板之间的绝缘耐压：VISO≥2500VAC，t＝60s，合格后，得到产品。【实施例2】一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺，包括以下步骤：S1、材料组装：将铝基板、芯片和功率端子按顺序组装到模治具中，优选地，铝基板为铝基板，在铝基板和所述芯片之间垫设一层衬片，该衬片的材质为钼片、可伐片或紫铜片；S2、回流焊接：将组装好材料的模治具进行高温烧结，通过焊料熔化进行互连，焊接温度为260℃，焊接十分钟后，气孔率控制在2.5％以内，单体最大空洞率控制在0.5％以内，焊接材料为无铅焊料，型号为：SnAg3Cu0.5，得到半成品；S3、铝线键合：将焊接后的半成品进行铝线键合，进一步地，采用超声键合形成电路，铝线一端连接芯片上表面，另一端连接铝基板的覆铜层；S4、后处理。进一步地，步骤S4中，后处理步骤包括：S41、塑壳装配：将完成电路连接的半成品装配上塑料外壳；S42、胶体灌封：将胶体灌封到塑壳内，形成电气保护和机械强度保护，胶体所用的材料为凝胶或环氧树脂；S43、成品测试：进行电气参数测试，合格的电气参数测试包括：(1)额定电流@壳温：IO＝25-250A@TC≤100℃；(2)反向重复峰值电压VRRM≥1400V，IRRM≤20uA；(3)正向重复峰值电压:VFM≤1.40V，IFM＝IO；(4)各端子与底板之间的绝缘耐压：VISO≥2500VAC，t＝60s，合格后，得到产品。采用铝基板+芯片+功率端子高温260℃，10分钟真空焊接后，气孔率控制在2.5％以内，单体最大空洞率控制在0.5％，然后再采用粗铝线超声键合形成电路，缩减了传统的多次焊接工艺(最高温会达到350℃以上)，使得器件只需承受一次高温回流焊接，而且高温温度只有260℃。结合铝线键合带来的极低的互连应力，使得器件在降低成本的同时，还保证了高可靠性的特点，采用这种方法生产的产品HTRB(150℃，80％VRRM，1000h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺，其特征在于：包括以下步骤：/nS1、材料组装：将铝基板、芯片和功率端子按顺序组装到模治具中；/nS2、回流焊接：将组装好材料的模治具进行高温烧结，通过焊料熔化进行互连，得到半成品；/nS3、铝线键合：将焊接后的半成品进行铝线键合，铝线一端连接芯片上表面，另一端连接铝基板的覆铜层；/nS4、后处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、材料组装：将铝基板、芯片和功率端子按顺序组装到模治具中；
S2、回流焊接：将组装好材料的模治具进行高温烧结，通过焊料熔化进行互连，得到半成品；
S3、铝线键合：将焊接后的半成品进行铝线键合，铝线一端连接芯片上表面，另一端连接铝基板的覆铜层；
S4、后处理。


2.根据权利要求1所述的一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺，其特征在于：步骤S1中，在所述铝基板和所述芯片之间垫设一层衬片，该衬片的材质为钼片、可伐片或紫铜片。


3.根据权利要求1或2所述的一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺，其特征在于：步骤S4中，后处理步骤包括：
S41、塑壳装配：将完成电路连接的半成品装配上塑料外壳；
S42、胶体灌封：将胶体灌封到塑壳内，形成电气保护和机械强度保护；
S43、成品测试：进行电气参数测试，合格后，得到产品。


4.根据权利要求3所述的一种高可靠性低结构应力的铝基板铝线键合工艺，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国勇，吕壮志，卢伟，田尉成，
申请(专利权)人：浙江固驰电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33