一种功率器件的整体封装方法技术

本发明专利技术涉及一种功率器件的整体封装方法，属于功率器件处理技术领域。为了解决现有的稳定性和散热性差的问题，提供一种功率器件的整体封装方法，包括将芯片焊接在铜框架的焊盘上进行上芯；再经过压焊、塑封固化、电镀和切筋成型，得到功率器件，上芯具体在氢氮混合气体的保护下，使铜框架进行预加热处理；再进行点焊处理，在焊盘上形成锡球；再对锡球进行整形，使锡球铺开在焊盘上；然后进入焊接区将芯片放置在相应的焊盘锡球上进行焊接，使芯片的背面焊接在焊盘上；再进入后加热区进行加热处理后，冷却后，完成功率器件芯片的上芯。本发明专利技术能够提高操作的稳定性，且能够有效防止焊锡出现体积收缩现象，实现保证低空洞率和倾斜度低的效果。

Integral encapsulation method for power device

The invention relates to a whole encapsulation method of power devices, belonging to the technical field of power device processing. In order to solve the stability and dissipation of the existing problems of providing the overall packaging method of power devices, including the chip welding pads on the core in the framework of the copper; after pressure welding, plastic solidification, electroplating and cutting molding, power devices, the core concrete in the protection of hydrogen and nitrogen mixed gas under the framework of the copper pre heating treatment; then the spot welding process, solder balls formed on the pad; then the shaping of the ball, the ball rolled out on the pad; and then enter the welding area will be placed in the corresponding chip pads on the chip solder welding, welding in the back of the pad; then after entering the heating zone of heating, cooling, the core chip of power devices. The invention can improve the operation stability, and can effectively prevent the volume contraction phenomenon of the solder, and can realize the effect of low hole rate and low inclination.

【技术实现步骤摘要】
一种功率器件的整体封装方法
本专利技术涉及一种功率器件的整体封装方法，属于功率器件处理

技术介绍
随着科学技术的发展，越来越多的电子设备朝着小型化、集成化方向发展，而功率器件作为电子设备产品的主要器件，也在致力于小型化和集成化。其中，功率器件小型化的方向之一是采用封装结构，其结构形式是将功率器件集成在一个封装体内，内嵌印制电路板或其它基板。如对于DC/DC电源、晶振等功耗比较大的功率器件，由于封装结构的功率密度越来越高。因此，如何提高功率器件的散热成为功率器件设计需要解决的技术问题之一；另一方面，由于集成化程度的要求越来越高，对于芯片的加工过程中如何有效防止击穿的要求也越来越高。一般是通过封装加工过程的控制来提高产品的稳化性和散热效果；对于芯片的击穿一般是在划片过程中出现的缺陷。具体来说，对于功率器件封装通常包括将晶圆放置在具有粘性的粘膜(如蓝膜)上，再依次经过划片(切片)、上芯(粘片)、压焊、塑封固化、管脚上锡(电镀)、老化、切盘、测试、检测和包装等工序过程。然而，由于器件集成度不断增加，芯片的尺寸也相应减少，线沟宽度不断缩小，而由于晶圆中切割的尺寸一般比较小，在切割的过程中很容易造成芯片正面和背面的崩边损坏或出现微损伤和裂痕，因此，传统的切割方法其合格率只能达到70％左右，不既影响封装后芯片的质量，又间接的增加了生产的成本；同时，由于切割过程中切刀的转速非常快，容易产生静电，而导致芯片出现击穿等现象；另一方面，现有的上芯工艺中普遍存在的几个问题为：1.芯片空洞率大，芯片空洞率指得就是芯片与焊锡料结合面有未完全结合的区域，此区域面积过大会导致功率器件在正常工作状态下散热能力变差，热量集中，导致器件失效。2.芯片焊锡厚度不均匀，芯片倾斜度较大，焊锡厚度同样影响器件散热能力，焊锡厚度太厚增加该区域导通电阻大小，增加能耗；焊锡厚度不均匀导致芯片倾斜度偏大，影响下一工序焊线的稳定性。3.焊锡易氧化，熔化不开：由于现有的上芯工艺中轨道温度都保持在360℃～390℃之间，温度较高且生产速度较快，极易造成框架和焊锡氧化，引起焊锡化不开，无法全部覆盖芯片底面，造成芯片与框架表面接触不良，最后表现为散热能力差，热阻偏大，极易在工作状态下引起炸管，从而使功率器件的整体稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种功率器件的整体封装方法，解决的问题是如何提高封装的稳定性及功率器件的整体散热性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种功率器件的整体封装方法，该方法包括将芯片焊接在铜框架的焊盘上进行上芯工序处理；然后，再经过压焊工序、塑封固化工序、电镀工序和切筋成型，得到相应的功率器件，其特征在于，所述上芯工序处理具体包括以下步骤：A、在氢氮混合气体的保护下，使需要上芯的铜框架先经过上芯工序加热轨道中的预热区进行预加热处理，使铜框架经过预热区后的温度升温至320℃～350℃；B、经过预热区后，再使铜框架进入点焊区进行点焊处理，使在铜框架的焊盘上形成锡球；C、点焊完成后，再使铜框架进入压模区对锡球进行整形，使锡球铺开在铜框架的焊盘上；D、然后进入焊接区将芯片放置在相应的锡球上进行焊接，使芯片的背面焊接在焊盘上；E、焊接完成后进入后加热区进行加热处理后，且使后加热区的温度设定在180℃～200℃，然后再进入冷却区进行冷却处理后，完成芯片的上芯。本功率器件的整体封装方法，通过先使铜框架经过预热区进行预加热目的是为了使铜框架在经过预热区能够被均匀的加热，避免铜框架因急剧加热膨胀而导致轨道中卡料的现象，从而使更有利于稳定化操作使能够实现高效散热的效果；同时，通过采用预热区加热处理后，不会出现因膨胀而导致卡料现象，从而使后续的操作不会因为卡料而使每次操作的误差过大，提高了操作的稳定性，保证减小出现空洞等现象，达到高散热的效果。另一方面，通过在氮氢气体保护下，氮气的加入目的是为了防止后续的焊锡氧化，氢气的加入目的是为了将有部分氧化的铜框架进行还原，能够减少出现空洞率和提高产品的稳定性。但是由于在焊接区焊接完成后直接冷却出样，由于温度的急剧变化容易出现热胀冷缩现象，使焊锡体积收缩，而导致焊锡的厚度变的不均匀，易出现空洞率现象，也会使芯片的倾斜角度增大，影响性能，本专利技术通过在焊接完成之后，先进行加热区处理使温度在180℃～200℃处理一般时间后，再进行冷却处理，很好的解决了因焊锡收缩而出现的空洞率过高和倾斜角度过大的问题，实现减小空洞率和减小倾斜度的效果，从而提高了散热的性能和产品的稳定性。在上述功率器件的整体封装方法中，作为优选，步骤A中所述预热区依次包括第一预热区、第二预热区和第三预热区，且所述第一预热区的温度设定为220℃～240℃；所述第二预热区的温度设定为260℃～280℃；所述第三预热区的温度设定为320℃～340℃。通过设定三个预热区，且使三个预热区的温度呈一定的梯度设定，能够使铜框架经过整个预热区时温度均匀的升高，从而进一步保证不会出现膨胀现象，使不会出现卡料现象，提高封装过程中上芯的稳定性。在上述功率器件的整体封装方法中，作为优选，步骤D中所述芯片的边长延长线与焊盘上相对应的边形成的夹角角度为10゜～15゜。本专利技术人发现通过使芯片与焊盘之间形成一定的夹角有利于减小空洞率和提高芯片的平整度，使减小芯片的倾斜，使具有高的散热效果；另一方面，通过使芯片倾斜一定角度能够使后续焊接引线过程中使引线的长度基本一致，从而不会出现因引线长度不同而导致的电阻不同的问题，同样能够提高功率器件在使用时的整体稳定性。作为进一步的优选，所述芯片正面上最高点与焊盘表面之间的距离和芯片正面上的最低点与焊盘表面之间的距离差≤50μm。通过控制芯片的水平倾斜度能够减少出现空洞率，实现提高功率器件的整体散热效果。在上述功率器件的整体封装方法中，作为优选，步聚E中所述冷却区依次包括第一冷却区、第二冷却区和第三冷却区，且所述第一冷却区的温度设定为155℃～165℃；所述第二冷却区的温度设定为135℃～145℃；所述第三冷却区的温度设定为100℃～120℃。通过设定三个冷却区目的是为了使呈逐步降温的方式，防止焊锡因冷却过快而导致收缩现象，保证实现低空洞率和低倾斜度的效果，从而使功率器件整体具有较好的散热性能并提高了稳定性。在上述功率器件的整体封装方法中，作为优选，步骤B中所述点焊区的温度设定为360℃～390℃。有利于提高点焊的稳定化，使形成的锡球均匀，有利于后续的芯片焊接。步骤C中所述压模区的温度设定为360℃～390℃。使锡球能够更均匀的铺展开，使焊接后厚度更均匀，保证芯片的倾斜角度，提高上芯的稳定性。步骤D中所述焊接区的温度设定为360℃～390℃。有利于焊接的稳定性，使芯片更好的焊接的焊盘上，保证空洞率和具有较小的倾斜度，提高产品上芯后的性能。在上述功率器件的整体封装方法中，作为优选，所述芯片通过以下方法制备得到：使划片机的切刀沿着晶圆中对应的切道进行切割处理，切割过程中使含有碳酸氢根的去离子水流过切割处，经过若干次横向切割和纵向切割之后，使晶圆中的每一个芯片均被切割分离出来，得到相应的单一芯片。由于采用刀具切割过程中，切刀是在高转速的情况下运转，很容易发热和产生静电；同时，由于晶圆中切道的实际宽度一般仅在3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率器件的整体封装方法，该方法包括将芯片(21)焊接在铜框架(1)的焊盘(12)上进行上芯工序处理；然后，再经过压焊工序、塑封固化工序、电镀工序和切筋成型，得到相应的功率器件，其特征在于，所述上芯工序处理具体包括以下步骤：A、在氢氮混合气体的保护下，使需要上芯的铜框架(1)先经过上芯工序加热轨道中的预热区进行预加热处理，使铜框架(1)经过预热区后的温度升温至320℃～350℃；B、经过预热区后，再使铜框架(1)进入点焊区进行点焊处理，使在铜框架(1)的焊盘(12)上形成锡球；C、点焊完成后，再使铜框架(1)进入压模区对锡球进行整形，使锡球铺开在铜框架(1)的焊盘(12)上；D、然后进入焊接区将芯片(21)放置在相应的锡球上进行焊接，使芯片(21)的背面焊接在焊盘(12)上；E、焊接完成后进入后加热区进行加热处理后，且使后加热区的温度设定在180℃～200℃，然后再进入冷却区进行冷却处理后，完成芯片(21)的上芯。

【技术特征摘要】
1.一种功率器件的整体封装方法，该方法包括将芯片(21)焊接在铜框架(1)的焊盘(12)上进行上芯工序处理；然后，再经过压焊工序、塑封固化工序、电镀工序和切筋成型，得到相应的功率器件，其特征在于，所述上芯工序处理具体包括以下步骤：A、在氢氮混合气体的保护下，使需要上芯的铜框架(1)先经过上芯工序加热轨道中的预热区进行预加热处理，使铜框架(1)经过预热区后的温度升温至320℃～350℃；B、经过预热区后，再使铜框架(1)进入点焊区进行点焊处理，使在铜框架(1)的焊盘(12)上形成锡球；C、点焊完成后，再使铜框架(1)进入压模区对锡球进行整形，使锡球铺开在铜框架(1)的焊盘(12)上；D、然后进入焊接区将芯片(21)放置在相应的锡球上进行焊接，使芯片(21)的背面焊接在焊盘(12)上；E、焊接完成后进入后加热区进行加热处理后，且使后加热区的温度设定在180℃～200℃，然后再进入冷却区进行冷却处理后，完成芯片(21)的上芯。2.根据权利要求1所述功率器件的整体封装方法，其特征在于，步骤A中所述预热区依次包括第一预热区、第二预热区和第三预热区，且所述第一预热区的温度设定为220℃～240℃；所述第二预热区的温度设定为260℃～280℃；所述第三预热区的温度设定为320℃～340℃。3.根据权利要求1所述功率器件的整体封装方法，其特征在于，步骤D中所述芯片(21)的边长延长线与焊盘(12)上相对应的边形成的夹角角度为10゜～15゜。4.根据权利要求1所述功率器件的整体封装方法，其特征在于，步聚E中所述冷却区依次包括第一冷却区、第二冷却区和第三冷却区，且所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨烨照，蔡良正，苏剑波，徐星德，
申请(专利权)人：浙江益中智能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33