一种用于功率芯片与PCB基板之间的连接工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种用于功率芯片与PCB基板之间的连接工艺，连接工艺包括：建立由第一PCB基板、功率芯片、泡沫金属、第二PCB基板依次层叠形成的搭接结构；搭接结构通过温度工艺曲线处理，将泡沫金属与功率芯片进行连接，以及将泡沫金属与第二PCB基板进行连接；在第一PCB基板和第二PCB基板之间注入高分子材料进行密封固化处理。本发明专利技术基于泡沫金属以实现功率芯片与PCB基板互连，使用金属泡沫作为在印刷电路板内嵌的功率模块的顶部和电路的其余部分之间的压触点，能更好的实现连接界面的应力释放，实现较高可靠性互连，提升散热性能。提升散热性能。提升散热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于功率芯片与PCB基板之间的连接工艺


[0001]本专利技术属于功率半导体连接
，尤其涉及一种用于功率芯片与PCB基板之间的连接工艺。

技术介绍

[0002]几乎所有分立功率器件和模块都使用键合线将芯片的顶部连接到引线。虽然这一工艺成本低且成熟，但对于高功率半导体来说仍有一些局限性。首先，引线键合的连接结构会产生相对较高的杂感，在高开关速度下会产生过电压，这迫使设计师加大半导体的尺寸。其次，键合线相对较低的可靠性通常降低了封装寿命。以前的研究主要是寻求用改进的技术取代电力电子中的键合线。翻转芯片(如BGA封装等)是应用于平面晶体管的小信号电子器件中的常见方法。然而，这种技术不适用于主要使用垂直元件的电力电子设备。
[0003]可以在芯片上表面用烧结或焊接连接柔性箔以代替键合线，从而将杂散电感降低约10％，同时提高功率模块的可靠性。此外，如果柔性箔的一侧用于连接电源管芯，则可以在另一侧构建栅极驱动电路。然而，对于这种技术，模具的顶部金属化(通常由铝合金组成)必须兼容。
[0004]以银膏、铜膏为代表的金属烧结技术目前已经逐步应用于功率模块特别是第三代半导体碳化硅功率模块的封装互连。金属泡沫具有密度低、比表面积大、导热系数高、机械强度高、刚度好等优点，在热应用领域受到越来越多的关注。并广泛应用于工业应用，如热交换器，电子冷却，燃料电池，催化反应堆，航空航天飞机和空气冷却。特别是高渗透性和高导热性导热性，金属泡沫是广泛研究的热转移增强材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种用于功率芯片与PCB基板之间的连接工艺，旨在解决传统焊接方式以及引线键合导致的功率模块散热性能差、可靠性差的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的，一种用于功率芯片与PCB基板之间的连接工艺，包括：
[0007]建立由第一PCB基板、功率芯片、泡沫金属、第二PCB基板依次层叠形成的搭接结构；
[0008]所述搭接结构通过温度工艺曲线处理，将所述泡沫金属与所述功率芯片进行连接，以及将所述泡沫金属与所述第二PCB基板进行连接；
[0009]在所述第一PCB基板和所述第二PCB基板之间注入高分子材料进行密封固化处理。
[0010]进一步地，所述建立由第一PCB基板、功率芯片、泡沫金属、第二PCB基板依次层叠形成的搭接结构，包括：
[0011]通过焊接工艺将所述功率芯片焊接于所述第一PCB基板的一侧；
[0012]放置所述泡沫金属于所述功率芯片远离所述第一PCB基板的一侧；
[0013]在所述泡沫金属远离所述功率芯片的一侧放置所述第二PCB基板，以使所述第一
PCB基板、所述功率芯片、所述泡沫金属、所述第二PCB基板形成搭接结构。
[0014]进一步地，所述泡沫金属包括金、银、铜、镍、锡、铅中的至少一种。
[0015]进一步地，所述泡沫金属由金属韧带相互连接的随机开放单元组成开孔，每个开孔由五边形或六边形组成孔隙直径，所述五边形或六边形的数量为12－14个。
[0016]进一步地，所述泡沫金属的长宽尺寸小于所述功率芯片的源极长宽尺寸，所述泡沫金属的长宽尺寸与所述功率芯片的源极长宽尺寸的差值范围为1－3mm。
[0017]进一步地，所述第二PCB基板与所述泡沫金属的连接面设置有金属镀层，所述金属镀层的材质包括金、银、铜、镍、铝中的至少一种。
[0018]进一步地，所述温度工艺曲线处理包括：将所述搭接结构放置于0.5－10Mpa的工艺压力下，控制工艺温度经室温逐步上升至100－250℃的温度阈值，并在所述温度阈值下保持30－150分钟。
[0019]进一步地，所述温度工艺曲线处理包括至少一个工艺处理窗口，每个所述工艺处理窗口对应不同所述工艺温度与所述工艺压力的组合。
[0020]进一步地，所述温度工艺曲线处理对应的升温速率为0.1℃
·
S
‑
1。
[0021]进一步地，所述高分子材料为分子链重复单元含有环氧官能团或者硅亚甲基基团的高分子材质。
[0022]本专利技术中提供一种用于功率芯片与PCB基板之间的连接工艺，与现有技术相比，本专利技术提出：建立由第一PCB基板、功率芯片、泡沫金属、第二PCB基板依次层叠形成的搭接结构；搭接结构通过温度工艺曲线处理，将泡沫金属与功率芯片进行连接，以及将泡沫金属与第二PCB基板进行连接；完成连接后，在第一PCB基板和第二PCB基板之间注入高分子材料进行密封固化处理；本专利技术基于泡沫金属以实现功率芯片与PCB基板互连，使用金属泡沫作为在印刷电路板内嵌的功率模块的顶部和电路的其余部分之间的压触点，能够更好的实现连接界面的应力释放，实现高可靠性互连，提升散热性能。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例中连接工艺流程示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例中基于结构显示的连接流程示意图；
[0025]在附图中，各附图标记表示：10－第一PCB基板；20－焊料；30－功率芯片；40－泡沫金属；50－金属镀层；60－第二PCB基板；70－固化层。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]参阅图1所示，本专利技术提供一种用于功率芯片与PCB基板之间的连接工艺，主要用于功率半导体的封装连接，尤其涉及一种基于泡沫金属实现功率芯片与PCB基板的电气连接工艺。包括：
[0028]步骤S101，建立由第一PCB基板、功率芯片、泡沫金属、第二PCB基板依次层叠形成的搭接结构。
[0029]其中，预先通过焊接工艺将功率芯片焊接于第一PCB基板的一侧。作为优选地，通过回流焊的方式完成功率芯片与第一PCB基板之间的焊接，在功率芯片与第一PCB基板之间放置焊料，将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向焊料，焊料熔化后完成功率芯片与第一PCB基板之间的粘接，回流焊工艺中温度易于控制，焊化过程中还能避免氧化，制造成本也更容易控制。
[0030]然后，放置泡沫金属于功率芯片远离第一PCB基板的一侧。该泡沫金属的成分包括金、银、铜、镍、锡、铅中的一种或多种金属合金。是由金属韧带相互连接的随机开放单元组成开孔，每个开孔由12－14个五角形或六角形面组成孔隙直径，孔隙密度是每英寸的孔隙数量，范围为5－100，空隙尺度在纳米以及亚微米；孔隙率是样品的重量和体积测定的孔隙体积分数，范围为80％－99％。
[0031]在泡沫金属的放置过程中，泡沫金属放置于功率芯片表面源极电极中央区域，且泡沫金属的长宽尺寸小于功率芯片的源极长宽尺寸，具体的，泡沫金属的长宽尺寸与功率芯片源极长宽尺寸的差值为1
‑
3mm，这是因为在上下PCB板间施加压力及高温环境时，泡沫金属将会被压缩，泡沫金属尺寸外延将会扩大。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于功率芯片与PCB基板之间的连接工艺，其特征在于，包括：建立由第一PCB基板、功率芯片、泡沫金属、第二PCB基板依次层叠形成的搭接结构；所述搭接结构通过温度工艺曲线处理，将所述泡沫金属与所述功率芯片进行连接，以及将所述泡沫金属与所述第二PCB基板进行连接；在所述第一PCB基板和所述第二PCB基板之间注入高分子材料进行密封固化处理。2.根据权利要求1所述的连接工艺，其特征在于，所述建立由第一PCB基板、功率芯片、泡沫金属、第二PCB基板依次层叠形成的搭接结构，包括：通过焊接工艺将所述功率芯片焊接于所述第一PCB基板的一侧；放置所述泡沫金属于所述功率芯片远离所述第一PCB基板的一侧；在所述泡沫金属远离所述功率芯片的一侧放置所述第二PCB基板，以使所述第一PCB基板、所述功率芯片、所述泡沫金属、所述第二PCB基板形成搭接结构。3.根据权利要求1所述的连接工艺，其特征在于，所述泡沫金属包括金、银、铜、镍、锡、铅中的至少一种。4.根据权利要求3所述的连接工艺，其特征在于，所述泡沫金属由金属韧带相互连接的随机开放单元组成开孔，每个开孔由五边形或六边形组成孔隙直径，所述五边形或六边形的数量为12...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宏浩，周福明，和巍巍，郑泽东，陈霏，
申请(专利权)人：深圳基本半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：