一种批量焊接方法，包括：提供第一无源器件；将第一无源器件布置在衬底的第一金属区域上，其中，第一焊料材料的区域在第一无源器件与衬底之间；提供半导体管芯；将半导体管芯布置在衬底的第二金属区域上，其中，第二焊料材料的区域在半导体管芯与衬底之间；以及执行共同的焊接步骤，共同的焊接步骤同时地从第一焊料材料的区域形成第一焊接接头并且从第二焊料材料的区域形成第二焊接接头。共同的焊接步骤以焊接温度执行，使得在第二焊接接头内形成一个或多个金属间相，一个或多个金属间相中的每一个具有高于第二焊料材料和焊接温度的熔点。点。点。
【技术实现步骤摘要】
功率模块中不同元件的批量焊接
技术介绍
[0001]半导体功率模块在各种各样的应用(例如，汽车、工业电机驱动、AC
‑
DC电源等)中是常见的。半导体功率模块通常包括多个功率半导体器件(例如，功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅极双极型晶体管)、HEMT(高电子迁移率晶体管)等)以及安装在共同的衬底上的其他元件(例如，无源部件、键合导线等)。
[0002]一般而言，期望使用批量处理技术来生产半导体功率模块，在这种技术中，并行地形成各种处理步骤，例如，管芯附接、导线键合、接触形成等。这样，有利地减少了与生产模块相关联的时间和费用。然而，功率模块的各个部件的焊接不是非常适合于批量处理。这是因为某些焊接接头可能要求高抗张强度和低延展性，而其他焊接接头可能要求相反的性能。常规的批量焊接技术不能单独定制焊接接头以满足这些要求。
技术实现思路
[0003]根据批量焊接的方法的实施例，方法包括：提供包括金属接合表面的第一无源器件；将第一无源器件布置在衬底的第一金属区域上，其中，第一焊料材料的区域在第一无源器件的金属接合表面与衬底之间；提供包括金属接合表面的半导体管芯；将半导体管芯布置在衬底的第二金属区域上，其中，第二焊料材料的区域在半导体管芯的金属接合表面与衬底之间；以及执行共同的焊接步骤，共同的焊接步骤同时地从第一焊料材料的区域形成第一焊接接头并且从第二焊料材料的区域形成第二焊接接头。共同的焊接步骤以焊接温度执行，使得第二焊料材料的区域熔化并且与半导体管芯的金属接合表面和衬底的第二金属区域反应，以在第二焊接接头内形成一个或多个金属间相。一个或多个金属间相中的每一个具有高于第二焊料材料和焊接温度的熔点。
[0004]单独地或组合地，在不向第一无源器件施加机械压力并且在不向半导体管芯施加机械压力的情况下，执行共同的焊接步骤。
[0005]单独地或组合地，第一焊接接头的最小厚度大于第二焊接接头的最大厚度。
[0006]单独地或组合地第一焊料材料包括具有等于或低于焊接温度的回流温度的焊膏，方法还包括将焊膏模版印刷在衬底的第一金属区域上，并且，第一无源器件的布置包括将第一无源器件放置在模版印刷的焊膏上。
[0007]单独地或组合地，第二焊料材料包括预成型焊料，并且方法还包括在将半导体管芯布置在衬底的第二金属区域上之前，将预成型焊料施加到半导体管芯的金属接合表面或衬底的第二金属区域。
[0008]单独地或组合地，在共同的焊接步骤之前，模版印刷的焊膏的最小厚度等于或大于30μm，并且，在共同的焊接步骤之前，预成型焊料的最大厚度等于或小于10μm。
[0009]单独地或组合地，第二焊料材料包括液体焊料或焊膏，在共同的焊接步骤之前，第二焊料材料的最大厚度大于第二焊接接头的最大厚度，并且，在共同的焊接步骤期间，第二焊料材料的厚度减小，以达到第二焊接接头的最大厚度。
[0010]单独地或组合地，第二焊接接头的金属间相比率为至少60％。
[0011]单独地或组合地，第二焊接接头的金属间桥比率为至少50％。
[0012]单独地或组合地，第一无源器件是机械连接器。
[0013]单独地或组合地，衬底包括陶瓷层和设置在陶瓷层上的金属层，并且其中，第一金属区域和第二金属区域是金属层的物理隔离部分。
[0014]单独地或组合地，第一无源器件是分立的电部件。
[0015]单独地或组合地，半导体管芯包括背离第一金属接合表面的第二金属接合表面，并且，方法还包括：在半导体管芯的第二金属接合表面上形成焊料材料的另一区域；以及由焊料材料的另一区域在第二金属接合表面与接合元件之间形成第三焊接接头。共同的焊接步骤同时地形成第一焊接接头、第二焊接接头和第三焊接接头。
[0016]根据电子设备的实施例，电子设备包括：衬底，衬底包括第一金属区域和第二金属区域；第一无源器件，第一无源器件包括金属接合表面并且被布置在衬底上，其中，第一无源器件的金属接合表面面向第一金属区域；半导体管芯，半导体管芯包括金属接合表面并且被布置在衬底上，其中，半导体管芯的金属接合表面面向第二金属区域；第一焊接接头，第一焊接接头在第一金属区域与第一无源器件的金属接合表面之间；以及第二焊接接头，第二焊接接头在第二金属区域与半导体管芯的金属接合表面之间。第一焊接接头的最小厚度大于第二焊接接头的最大厚度。
[0017]单独地或组合地，第一焊接接头的最小厚度等于或大于30μm，并且，第二焊接接头的最大厚度等于或者小于10μm。
[0018]单独地或组合地，第一焊接接头具有比第二焊接接头大的延展性，并且其中，第二焊接接头具有比第一焊接接头大的抗张强度。
[0019]单独地或组合地，第二焊接接头的金属间相比率为至少60％，并且，第一焊接接头的金属间相比率不大于40％。
[0020]单独地或组合地，第二焊接接头的金属间桥比率为至少50％，并且，第一焊接接头的金属间桥比率不大于20％。
[0021]单独地或组合地，衬底包括陶瓷层和设置在陶瓷层上的金属层，第一金属区域和第二金属区域是金属层的物理隔离部分，并且，第一无源器件是机械连接器。
[0022]单独地或组合地，电子设备还包括无源电元件和第三焊接接头，第三焊接接头将无源电元件电连接到金属层，并且第三焊接接头具有与第一焊接接头或第二焊接接头相同的成分和厚度。
[0023]本领域技术人员在阅读以下具体实施方式时并且在查看附图时将认识到附加的特征和优点。
附图说明
[0024]附图中的元件不一定相对于彼此按比例绘制。类似的附图标记指示对应的类似部分。各种所示实施例的特征可以组合，除非它们彼此排斥。实施例在附图中描绘并且在以下的描述中详细描述。
[0025]图1示出了根据实施例的批量焊接方法的块图。
[0026]图2A至图2F示出了图1的方法的块102至块130的实施例的相应截面图。
[0027]图3示出了根据实施例的第一无源器件与第一金属区域之间的第一焊接接头以及
半导体管芯与第二金属区域之间的第二焊接接头。
[0028]图4示出了根据实施例的具有形成在管芯的相对侧上的两个焊接接头的半导体管芯。
[0029]图5示出了根据实施例的存在于根据图1的方法通过扩散焊接工艺形成的焊接接头中的金属间相。
[0030]图6示出了根据实施例的用于功率半导体模块的衬底上的机械连接器和半导体管芯的焊接位置。
[0031]图7示出了根据实施例的功率半导体模块。
具体实施方式
[0032]本文描述了批量焊接工艺的实施例，其中，通过共同的焊接步骤同时地形成具有不同特征的多个焊接接头。根据该技术，第一无源器件(例如，机械连接器)布置在衬底的第一金属区域上，其中，第一焊料材料(例如，焊膏)的区域设置在第一无源器件的金属接合表面与衬底之间。另外，半导体管芯(例如，功率晶体管)布置在衬底的第二金属区域上，其中，第二焊料材料的区域设置在半导体管芯的金属接合本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种批量焊接的方法，包括：提供包括金属接合表面的第一无源器件；将所述第一无源器件布置在衬底的第一金属区域上，其中，第一焊料材料的区域在所述第一无源器件的所述金属接合表面与所述衬底之间；提供包括金属接合表面的半导体管芯；将所述半导体管芯布置在所述衬底的第二金属区域上，其中，第二焊料材料的区域在所述半导体管芯的所述金属接合表面与所述衬底之间；以及执行共同的焊接步骤，所述共同的焊接步骤同时地从所述第一焊料材料的区域形成第一焊接接头并且从所述第二焊料材料的区域形成第二焊接接头，其中，所述共同的焊接步骤以焊接温度执行，使得所述第二焊料材料的区域熔化并且与所述半导体管芯的所述金属接合表面和所述衬底的所述第二金属区域反应，以在所述第二焊接接头内形成一个或多个金属间相，所述一个或多个金属间相中的每一个具有高于所述第二焊料材料和所述焊接温度的熔点。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在不向所述第一无源器件施加机械压力并且在不向所述半导体管芯施加机械压力的情况下，执行所述共同的焊接步骤。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一焊接接头的最小厚度大于所述第二焊接接头的最大厚度。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一焊料材料包括具有等于或低于所述焊接温度的回流温度的焊膏，并且其中，所述方法还包括将所述焊膏模版印刷在所述衬底的所述第一金属区域上，并且其中，所述第一无源器件的所述布置包括将所述第一无源器件放置在模版印刷的焊膏上。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二焊料材料包括预成型焊料，其中，所述方法还包括在将所述半导体管芯布置在所述衬底的所述第二金属区域上之前，将所述预成型焊料施加到所述半导体管芯的所述金属接合表面或所述衬底的所述第二金属区域。6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述共同的焊接步骤之前，所述模版印刷的焊膏的最小厚度等于或大于30μm，并且其中，在所述共同的焊接步骤之前，所述预成型焊料的最大厚度等于或小于10μm。7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二焊料材料包括液体焊料或焊膏，其中，在所述共同的焊接步骤之前，所述第二焊料材料的最大厚度大于所述第二焊接接头的所述最大厚度，并且其中，在所述共同的焊接步骤期间，所述第二焊料材料的所述厚度减小，以达到所述第二焊接接头的所述最大厚度。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二焊接接头的金属间相比率为至少60％。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二焊接接头的金属间桥比率为至少50％。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一无源器件是机械连接器。11.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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