【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率半导体模块封装，具体涉及一种银烧结装置及烧结方法。
技术介绍
1、以碳化硅sic为代表的宽禁带半导体具有高耐压、低损耗以及可高频、高温操作等优越特性，在航空航天、轨道交通、汽车和新能源等领域有出色的应用前景，sic芯片可在300℃以上稳定工作，预计模块结温将达到175℃～200℃，而传统igbt功率模块芯片一般使用含铅钎料或者无铅钎料通过软钎焊工艺连接到基板上，这类钎料熔点基本在300℃以下，结温一般低于150℃，当应用于结温为175℃～200℃情况时，其连接层会急剧退化，影响模块工作的可靠性。因此，sic功率器件对连接材料及连接工艺提出了更高的要求。
2、银烧结作为低温连接技术，是通过微米级、纳米级或微纳米级混合银原子的扩散达到致密化连接目的，具有和传统软钎焊料相近的烧结温度；其连接层为银，具有优异的导电和导热性能；银熔点961℃，不会产生熔点小于300℃的软钎焊连接层中出现的典型疲劳效应，具有高可靠性。因此，银烧结工艺在sic功率模块封装中受到越来越多的关注。
3、现有银烧结设备对模具的加热一般通过电热丝发热传输给烧结基板和芯片，加热慢，生产效率低；且现有银烧结设备对烧结温度的监测一般通过在上、下模具内插入温度传感器来实现，监测的温度是模具的温度，与烧结基板的实际温度是有差异的，不能做到对烧结产品温度的精确管控。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种用于功率半导体模块的银烧结装置，解决以上技术问题；
2、本专利技
3、本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
4、一种用于功率半导体模块的银烧结装置，包括，
5、底座；
6、下模，设于所述底座上，所述下模的上表面设有基板凹槽，用于放置烧结基板；
7、下模感应加热器，设于所述下模的周侧，用于加热所述下模；
8、接触式温度传感器，设于所述基板凹槽内，用于测量所述烧结基板的温度；
9、顶座，通过底座支架设于所述底座的上方；
10、气缸组件，设于所述顶座上，所述气缸组件的底部设有活塞，所述气缸组件内设有压力传感器；
11、上模，连接所述活塞并朝向所述下模设置，于所述活塞的上下运动带动所述上模沿设定路径移动，所述上模的底部设有数量和位置与所述烧结基板上的烧结芯片相对应上模凸台；
12、上模感应加热器，设于所述上模的周侧，用于加热所述上模；
13、非接触式温度传感器，设于所述上模的一侧，用于测量所述上模凸台的温度。
14、优选的，所述基板凹槽的形状与所述烧结基板的形状相对应，所述基板凹槽的轮廓相对于所述烧结基板的轮廓扩大一定尺寸，所述基板凹槽的深度与所述烧结基板的厚度相同，所述基板凹槽内设有开孔，所述接触式温度传感器设于所述开孔内，所述底座的表面设有线槽，所述接触式温度传感器的连接线从所述线槽引出。
15、优选的，所述开孔为竖直的通孔，所述开孔自所述基板凹槽向下贯通至所述底座的上表面，所述开孔内还设有，
16、夹紧工装，用于夹紧固定所述接触式温度传感器，所述接触式温度传感器的底部设于所述夹紧工装内，所述夹紧工装的外侧壁与所述开孔的内侧壁可滑动连接；
17、弹簧，可弹性伸缩地设于所述开孔内，所述弹簧的底部端面连接所述底座，所述弹簧的顶部端面连接所述夹紧工装的下表面；
18、所述接触式温度传感器包括所述基板凹槽内未设有所述烧结基板，所述弹簧处于初始状态支撑所述夹紧工装和所述接触式温度传感器，所述接触式温度传感器的感应头凸出所述基板凹槽的底部表面一定高度的第一位置状态和所述基板凹槽内设有所述烧结基板，基于所述上模下压所述烧结基板使所述弹簧受力压缩，所述接触式温度传感器的感应头与所述基板凹槽的上表面齐平且与所述烧结基板的下底面相抵接的第二位置状态。
19、优选的，所述上模与所述下模具备的相同的轴线，所述上模以所述轴线为所述设定路径移动，所述上模凸台的高度大于等于所述基板凹槽的深度，所述上模凸台的下表面形状与所述烧结芯片的形状相对应，所述上模凸台的下表面边缘相较于所述烧结芯片的轮廓扩大一定尺寸。
20、优选的，所述气缸组件通过所述活塞对所述上模传输压力，所述上模的边缘设有一体式支架，所述一体式支架上设有所述上模感应加热器，所述一体式支架的底部设有所述非接触式温度传感器，所述一体式支架用于保持所述上模感应加热器和所述非接触式温度传感器与所述上模相对固定。
21、优选的，还包括，
22、冷却台，设于所述底座的一侧，用于对烧结后的所述烧结基板进行冷却；
23、电气柜，设于所述底座的一侧，连接所述接触式温度传感器、所述下模感性加热器、所述非接触式温度传感器，所述上模感应加热器和所述气缸组件，用于接收所述接触式温度传感器、所述非接触式温度传感器和所述压力传感器的感应信号以及用于向所述下模感应加热器、所述上模感应加热器和所述气缸组件输出电气驱动信号；
24、工控机，连接所述电气柜，用于收集和分析所述感应信号并基于所述感应信号向所述电气柜输出控制指令，控制所述下模感应加热器、所述上模感应加热器和所述气缸组件的工作状态。
25、一种用于功率半导体模块的银烧结方法，应用于所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，包括，
26、步骤s0，在所述烧结基板上印刷银浆，烘干印刷有所述银浆的所述烧结基板，在银浆印刷区域贴装所述烧结芯片；
27、步骤s1，将所述烧结基板放置到所述基板凹槽内，并用隔膜进行覆盖；
28、步骤s2，下压所述上模，所述上模凸台预压所述烧结芯片的表面；
29、步骤s3，打开所述下模感应加热器加热所述下模，所述接触式温度传感器测量所述烧结基板的温度，加热至所述烧结基板的温度达到第一设定烧结温度以及打开所述上模感应加热器加热所述上模，所述非接触式测量所述上模凸台的温度，加热至所述上模凸台的温度达到第二烧结温度；
30、步骤s4，增加所述气缸组件的气缸压力至设定的烧结压力，保持所述设定的烧结压力，按设定的烧结时间开始烧结；
31、步骤s5，烧结结束，所述气缸组件泄压，所述上模抬升，移去所述隔膜取下所述烧结基板至冷却台冷却。
32、优选的，步骤s0中，所述烧结基板为镀银或镀金的直接覆铜的陶瓷覆铜板或活性金属钎焊的陶瓷覆铜板，所述银浆烘干温度为80℃～150℃，烘干时间为30min～100min，所述烧结芯片的贴装温度为80℃～150℃，所述烧结芯片的贴装压力为0.2mpa～1mpa。
33、优选的，步骤s3中，所述下模感应加热器的可调工作频率为50hz～1000hz，加热功率不超过20kw，所述上模感应加热器的可调工作频率为50hz～1000hz，加热功率不超过20kw。
34、优选的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，所述基板凹槽(16)的形状与所述烧结基板(25)的形状相对应，所述基板凹槽(16)的轮廓相对于所述烧结基板(25)的轮廓扩大一定尺寸，所述基板凹槽(16)的深度与所述烧结基板(25)的厚度相同，所述基板凹槽(16)内设有开孔，所述接触式温度传感器(15)设于所述开孔内，所述底座(1)的表面设有线槽(27)，所述接触式温度传感器(15)的连接线(14)从所述线槽(27)引出。
3.根据权利要求2所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，所述开孔为竖直的通孔，所述开孔自所述基板凹槽(16)向下贯通至所述底座(1)的上表面，所述开孔内还设有，
4.根据权利要求1所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，所述上模(6)与所述下模(2)具备的相同的轴线，所述上模(6)以所述轴线为所述设定路径移动，所述上模凸台(26)的高度大于等于所述基板凹槽(16)的深度，所述上模凸台(26)的下表面形状与所述烧结芯片(24)的
5.根据权利要求1所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，所述气缸组件(9)通过所述活塞(7)对所述上模(6)传输压力，所述上模(6)的边缘设有一体式支架(10)，所述一体式支架(10)上设有所述上模感应加热器(5)，所述一体式支架(10)的底部设有所述非接触式温度传感器(11)，所述一体式支架(10)用于保持所述上模感应加热器(5)和所述非接触式温度传感器(11)与所述上模(6)相对固定。
6.根据权利要求1所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，还包括，
7.一种用于功率半导体模块的银烧结方法，应用于如权利要求1-6中任意一项所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，包括，
8.根据权利要求7所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，步骤S0中，所述烧结基板(25)为镀银或镀金的直接覆铜的陶瓷覆铜板或活性金属钎焊的陶瓷覆铜板，所述银浆(23)烘干温度为80℃～150℃，烘干时间为30min～100min，所述烧结芯片(24)的贴装温度为80℃～150℃，所述烧结芯片(24)的贴装压力为0.2MPa～1MPa。
9.根据权利要求7所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，步骤S3中，所述下模感应加热器(3)的可调工作频率为50Hz～1000Hz，加热功率不超过20KW，所述上模感应加热器(5)的可调工作频率为50Hz～1000Hz，加热功率不超过20KW。
10.根据权利要求7所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，步骤S1中，所述隔膜为聚四氟乙烯膜；步骤S2中预压所述烧结芯片(24)的表面的预压压力位0.2MPa～1MPa；步骤S3中所述第一烧结温度为200℃～300℃，所述第二烧结温度为200℃～300℃；步骤S4中所述设定的烧结压力为5Mpa～50Mpa，所述设定的烧结时间为1min～30min。
...【技术特征摘要】
1.一种用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，所述基板凹槽(16)的形状与所述烧结基板(25)的形状相对应，所述基板凹槽(16)的轮廓相对于所述烧结基板(25)的轮廓扩大一定尺寸，所述基板凹槽(16)的深度与所述烧结基板(25)的厚度相同，所述基板凹槽(16)内设有开孔，所述接触式温度传感器(15)设于所述开孔内，所述底座(1)的表面设有线槽(27)，所述接触式温度传感器(15)的连接线(14)从所述线槽(27)引出。
3.根据权利要求2所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，所述开孔为竖直的通孔，所述开孔自所述基板凹槽(16)向下贯通至所述底座(1)的上表面，所述开孔内还设有，
4.根据权利要求1所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，所述上模(6)与所述下模(2)具备的相同的轴线，所述上模(6)以所述轴线为所述设定路径移动，所述上模凸台(26)的高度大于等于所述基板凹槽(16)的深度，所述上模凸台(26)的下表面形状与所述烧结芯片(24)的形状相对应，所述上模凸台(26)的下表面边缘相较于所述烧结芯片(24)的轮廓扩大一定尺寸。
5.根据权利要求1所述的用于功率半导体模块的银烧结装置，其特征在于，所述气缸组件(9)通过所述活塞(7)对所述上模(6)传输压力，所述上模(6)的边缘设有一体式支架(10)，所述一体式支架(10)上设有所述上模感应加热器(5)，所述一体式支架(10)的底部设有所述非接触式温...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊伟，
申请(专利权)人：斯达半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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