一種大功率半導(dǎo)體器件的電極與硅片的焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大功率半導(dǎo)體器件的電極與硅片的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在大功率半導(dǎo)體器件的制造中，不同的材料的熱膨脹系數(shù)不同，因此焊接接合處會產(chǎn)生不同的熱應(yīng)變。由于焊接區(qū)域的熱應(yīng)變以及在半導(dǎo)體材料焊接時會產(chǎn)生的熱量。有時會使半導(dǎo)體元件的位置發(fā)生偏移、焊料覆蓋不全等問題。而這些不良情況亟待解決。
[0003]鉛是一種對人體有害的有毒物質(zhì)，電子制造業(yè)中大量使用的錫鉛合金(Sn/Pb)焊料對土壤和空氣環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的鉛污染。因此，實現(xiàn)電子制造業(yè)綠色化是勢在必行的舉措。近幾年市場上的焊料成分也逐步從錫/鉛焊料轉(zhuǎn)變成以錫/銀、錫/鋅、錫/鉍為主，再添加其他金屬元素的合金焊料。但無鉛焊料在加工時易脆化損壞。
[0004]因此如何得到高焊接結(jié)合強度和高可靠性的無鉛焊料也是需要解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種高可靠性、焊接結(jié)合強度高的大功率半導(dǎo)體器件的電極與硅片焊接方法。創(chuàng)新點在于提供一種含有錫(Sn)基合金的無鉛焊料，所述錫基合金含有不超過3重量％的銀(Ag)，不超過0.2重量％的鈦(Ti)和不超過0.2重量％的鎳(Ni)。
[0006]本發(fā)明所提出的半導(dǎo)體器件硅片與電極焊接裝置包括:電極、具有導(dǎo)體圖案的半導(dǎo)體硅片、散熱板。其結(jié)構(gòu)從底部到頂部，分別是散熱板、焊料、半導(dǎo)
[0007]體硅片、焊料、電極。散熱板選用熱導(dǎo)率高且價格便宜的銅板制成。
[0008]本發(fā)明所提出的無鉛焊料，成分如下:含有I重量％至3重量％的銀(Ag)，0.01重量％至0.2重量％的鈦(Ti), 0.01重量％至0.2重量％的镲(Ni)以及余量的錫(Sn)和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0009]該無鉛焊料可以制成焊膏、焊條、焊帶、焊絲。
[0010]通過該焊料可以將散熱板與半導(dǎo)體硅片、電極與半導(dǎo)體硅片相連。
[0011]將上述準(zhǔn)備好的包含半導(dǎo)體硅片、焊料、電極、絕緣層、焊料、散熱板的焊接裝置放入加熱設(shè)備，使所述焊料被加熱到等于或高于所述焊料的熔點溫度，進行焊接結(jié)合，再冷卻至室溫。
[0012]完成焊接后，電極、半導(dǎo)體硅片、散熱板電氣相連接合。
[0013]如上所述，本發(fā)明的大功率半導(dǎo)體器件的電極與硅片的焊接方法，同時將焊料設(shè)置在電極和半導(dǎo)體硅片之間、半導(dǎo)體硅片和散熱板之間，可以提高焊接效率和可靠性。另夕卜，本發(fā)明的焊料可以應(yīng)用于多種電子器件焊接，由于該焊料是無鉛焊料，既不會造成環(huán)境污染，又能提供良好的焊接效果。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件電極與硅片焊接裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]在電爐內(nèi)熔化原料錫(Sn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎳(Ni)制備焊料。其中，所用的材料純度均大于或等于99.99%，且材料成分如下:1重量％至3重量％的銀(Ag)，0.01重量％至0.2重量％的鈦(Ti)，0.01重量％至0.2重量％的镲(Ni)以及余量的錫(Sn)和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0017]接下來描述使用上述焊料的大功率半導(dǎo)體器件電極與硅片的焊接方法。圖1是表示實施方式的半導(dǎo)體器件電極與硅片焊接裝置的剖面結(jié)構(gòu)圖。參見圖1，圖中裝置從底部到頂部，分別是散熱板11、焊料12、半導(dǎo)體硅片13、焊料14、電極15 ;半導(dǎo)體硅片13具有導(dǎo)體圖案，通過焊料可以將半導(dǎo)體硅片13與電極15相連。半導(dǎo)體硅片和散熱板之間附著有上述焊料而接合。電極15和散熱板11選用熱導(dǎo)率高且價格便宜的銅板制成。
[0018]將上述電極、焊料、半導(dǎo)體硅片、焊料、散熱板放入加熱設(shè)備進行焊料熔化焊接。使所述焊料被加熱到等于或高于所述焊料的熔點溫度，進行焊接結(jié)合，再冷卻至室溫。完成焊接后，電極、半導(dǎo)體硅片、散熱板電氣相連接合。
[0019]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種無鉛焊料，其特征是，成分如下:含有I重量％至3重量％的銀(Ag)，0.01重量％至0.2重量％的鈦(Ti)，0.0l重量％至0.2重量％的镲(Ni)以及余量的錫(Sn)和不可避免的雜質(zhì)元素。
2.一種大功率半導(dǎo)體器件的電極與硅片的焊接方法，其特征是，包括如下步驟: 步驟1，將無鉛焊料設(shè)置在具有導(dǎo)體圖案的硅片和電極之間、絕緣層和散熱板之間組成焊接裝置，該裝置從底部到頂部，分別是散熱板(11)、焊料(12)、半導(dǎo)體硅片(13)、焊料(14)、電極(15)； 步驟2，將放好焊料的該焊接裝置放入加熱設(shè)備； 步驟3，加熱該焊接裝置，使得所述焊料被加熱到等于或高于所述焊料的熔點溫度，進行焊接結(jié)合； 步驟4，將所述裝置冷卻至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大功率半導(dǎo)體器件的電極與硅片的焊接方法，其特征是，所述焊接裝置的半導(dǎo)體硅片是表面生成具有鋁金屬導(dǎo)體圖案的半導(dǎo)體硅片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大功率半導(dǎo)體器件的電極與硅片的焊接方法，其特征是，所述焊接裝置的散熱板為銅板。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種大功率半導(dǎo)體器件的電極與硅片的焊接方法，該方法在散熱板和半導(dǎo)體硅片、電極和半導(dǎo)體硅片之間設(shè)置焊料，將上述裝置加熱后使得焊料熔化而焊接結(jié)合。本發(fā)明還提供了一種無鉛焊料，所述焊料包含不超過3重量％的銀，不超過0.2重量％的鈦，不超過0.2重量％的鎳以及余量的錫。該無鉛焊料對于焊接電子部件等具有較高可靠性。
【IPC分類】H01L23-488, H01L23-10, H01L21-60, H01L21-50
【公開號】CN104617070
【申請?zhí)枴緾N201410821016
【發(fā)明人】鄭陽春
【申請人】余姚億威電子科技有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月24日