专利名称：半导体元件烧结的工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体元件烧结的工艺方法。
背景技术：
随着模拟电路技术的发展，半导体元件越来越广泛地应用于电路设计。其中，半导体元件中的烧结工艺在整个半导体元件制作流程中占有十分重要的地位。在半导体元件烧结工艺的工序中，控制烧结炉炉膛的烧结温度非常关键，出烧结炉炉口的半导体元件及随行夹具的温度必须控制在60°以下，且整个工艺过程必须在气体保护下进行烧结和冷却，同时又必须保持无尘化。目前半导体元件的烧结工艺是采用传统的电阻丝加热的方法来实现，这种方法虽然能实现半导体元件的烧结，但存在严重的不足第一、热源型式的加热条件及烧结的工艺要求决定其只能采用空气对流传热的间接加热方式，而在三相物体中，空气热阻最高，容易造成能耗高、热效低的不良影响，最终导致生产效率低下；第二、由于烧结的加热型式造成烧结工场的环境温度很高；第三、由于其加热方式决定的结构型式，使得助焊剂松香水以及氮气很难回收再用，逸出进入大气中，对工场空气造成污染；第四、由于大部分松香气体在烧结过程中会附着在炉膛内壁形成结斑，结斑碳化后会污染半导体元件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体元件烧结的工艺方法，以解决现有烧结工艺中采用电阻丝加热造成的生产效率低下的问题。为解决上述问题，本发明提出了一种半导体元件烧结的工艺方法，包括将半导体元件放置在传输丝网上；开启设置在烧结炉内的红外辐射管；启动所述传输丝网，使所述半导体元件通过所述传输丝网传输到所述烧结炉内，所述烧结炉内的红外辐射管辐射所述半导体元件，使所述半导体元件依次完成烘干、预烧结以及烧结工艺。优选地，所述半导体元件完成烘干、预烧结以及烧结工艺后，所述半导体元件经过渐冷却单元完成逐渐冷却工艺。优选地，所述渐冷却单元包括第一渐冷却元件以及第二渐冷却元件，所述第一渐冷却元件和所述第二渐冷却元件分别设置在所述传输丝网的两侧，并且所述第一渐冷却元件与所述传输丝网之间的距离大于所述第二渐冷却元件与所述传输丝网之间的距离。优选地，所述第一渐冷却元件和所述第二渐冷却元件均为多个高导热率铸铁块， 通过所述高导热率铸铁块吸收所述半导体元件的辐射热。优选地，所述传输丝网贯穿所述烧结炉炉体，所述传输丝网至少一侧设置多个支架，所述支架内设置红外辐射管，所述多个支架串接设置。优选地，在所述传输网的两侧设置所述红外辐射管。优选地，所述红外辐射管包括中波红外辐射管、短波红外辐射管以及中波红外辐射管和短波红外辐射管的组合。
优选地，所述红外辐射管通过多个支撑件固定在所述支架内。优选地，在烧结炉炉体的腔内壁周边设置高反射率薄板。本发明提供的半导体元件烧结的工艺方法，通过设置在烧结炉炉体内的红外辐射管对半导体元件进行直接加热，采用不同波长的红外辐射管依次完成对半导体元件的烘干、预烧结以及烧结工艺，优化了提供能源的结构，使半导体元件的成品率和产出率得到了提尚。进一步地，所述半导体元件烧结的工艺方法使用了渐冷却单元，利用渐冷却单元吸收半导体元件的辐射热，以达到对半导体元件渐行冷却的目的，以防止半导体元件受到冷冲击而造成硅晶片破裂。进一步地，在所述烧结炉炉体的腔内周边设置高反射率薄板，以使漫射的红外线集中反射到半导体元件及随行夹具上，提高热效率，同时减少辐射热外传。
图1为本发明实施例提供的半导体元件烧结的工艺方法的流程示意图；图2为本发明实施例提供的半导体元件的烧结装置的剖面结构示意图；图3为本发明实施例提供的半导体元件的烧结装置中烧结区剖面结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明提出的半导体元件烧结的工艺方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明的核心思想在于，提供一种半导体元件烧结的工艺方法，通过设置在烧结炉炉体内的红外辐射管对半导体元件进行直接加热，采用不同波长的红外辐射管依次完成对半导体元件的烘干、预烧结以及烧结工艺，优化了提供能源的结构，使半导体元件的成品率和产出率得到了提高。图1为本发明实施例提供的半导体元件烧结的工艺方法的流程示意图。参照图1， 半导体元件烧结的工艺方法包括S11、将半导体元件放置在传输丝网上；S12、开启设置在烧结炉内的红外辐射管；S13、启动所述传输丝网，使所述半导体元件通过所述传输丝网传输到所述烧结炉内，所述烧结炉内的红外辐射管辐射所述半导体元件，使所述半导体元件依次完成烘干、预烧结以及烧结工艺。下面将结合剖面示意图对本发明的半导体元件烧结的工艺方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。在对半导体元件烧结的工艺方法进行描述前，首先详细介绍半导体元件的烧结装置。图2为本发明实施例提供的半导体元件的烧结装置的剖面结构示意图。参照图2，半导体元件的烧结装置包括烧结炉炉体11、贯穿所述烧结炉炉体11的传输丝网14、所述传输丝网14至少一侧设置多个支架12、设置在所述支架12内的红外辐射管13，所述多个支架 12串接设置。进一步地，半导体元件的烧结装置还包括渐冷却单元，所述渐冷却单元包括第一渐冷却元件1 以及第二渐冷却元件15b，所述第一渐冷却元件1 和所述第二渐冷却元件 15b分别设置在所述传输丝网14的两侧，并且所述第一渐冷却元件1 与所述传输丝网14 之间的距离大于所述第二渐冷却元件1 与所述传输丝网14之间的距离。在本实施例中， 第一渐冷却元件1 和所述第二渐冷却元件1 均为多个高导热率铸铁块，所述高导热率铸铁块吸收辐射热，以达到辐射冷却的目的，并传导热量至大气。为描述方便，根据加热功能的不同分别将红外辐射管13所在的不同区域分成烘干区131、预烧结区132、烧结区133、保温区134。此外，第一渐冷却元件15a以及第二渐冷却元件1 形成渐冷却区136，与所述渐冷却区136连接有一急冷区137，在所述渐冷却区136与所述保温区134之间设置有第一隔离区135a，在烧结炉炉口处设置有第二隔离区 135b，所述第二隔离区13 与所述烘干区131连接，所述第一隔离区13 和第二隔离区 135b的设置能够加强烧结炉炉体内温度的平衡。此外，在烘干区131以及预烧结区132内分别与所述支架12连通设置混合气体的分离装置16，进一步地，所述半导体元件的烧结装备还包括风幕17，所述风幕17设置在支架12的内壁上，将风幕17设置在每个区之间，以保证每个区的温度稳定。在炉口处设置的风幕17不仅保温并且防止灰尘进入烧结炉炉体腔内，在本实施例中所述风幕17采用的是氮气，而在渐冷却区136与急冷区137之间设置的风幕17采用的是压缩空气，所述压缩空气起到一定的对流传导冷却作用，使整个冷却过程渐行进行，避免冷冲击。在所述烘干区131内，传输丝网14的一侧设置有红外辐射管13，所述红外辐射管 13为中波红外辐射管，在本实施例中，有两件中波红外辐射管设置在传输丝网14的一侧， 在半导体元件的烧结部位放置如锡片以及涂覆有机溶剂稀释的助焊剂松香水，在烘干区 131内主要是烘干半导体元件的有机溶剂和松香树脂。由于有机溶剂及树脂类吸收中波，故在烘干区131内采用中波红外辐射管。此时，在烘干区131内与所述支架12连通设置的混合气体的分离装置16收集有机溶剂，便于将有机溶剂及时排出。在所述预烧结区132内，传输丝网14的两侧均设置有红外辐射管13，所述红外辐射管13为中波红外辐射管和短波红外辐射管混合配置，传输丝网14每一侧各设置一个中波红外辐射管和一个短波红外辐射管。此预烧结区132主要功能是对半导体元件继续烘干，同时对半导体元件及随行夹具进行高温预加热，由于金属及石墨是吸收短波的，因此在对半导体元件及随行夹具进行高温预加热时需用短波红外辐射管。在预烧结区132内与所述支架12连通设置的混合气体的分离装置16收集松香油，便于将预烧结区132及时排出， 利于清洁生产。图3为本发明实施例提供的半导体元件的烧结装置中烧结区剖面结构示意图。参照图3，在传输丝网14的两侧分别设置有两件短波红外辐射管，烧结区133的主要功能是对半导体元件23进行高温烧结完成金属融结。具体地，所述红外辐射管13通过多个支撑件21固定在所述支架12内，同时炉体设置有顶盖22便于炉体内清洗，在烧结区的炉腔内壁周边设置高反射率薄板25，使漫射的红外线集中反射到半导体元件23及随行夹具M上， 提高热效率，同时减少辐射热外传。
具体地，在烘干区131、预烧结区132以及保温区134内的红外辐射管13也是通过多个支撑件21固定在所述支架12内。保温区134的传输丝网14的两侧分别布置两件短波红外辐射管，主要是对半导体元件23进行保温保护以及放慢冷却速度。结合步骤Sl 1，对半导体元件23进行烧结前，将半导体元件23和随行夹具M置于传输丝网14上，在本实施例中，所述传输丝网14为不锈钢网带，所述不锈钢网带置于镂空不锈钢支撑导轨上，同时应用重力张紧机构自动调节网带张力。通过调节与传输丝网14 连接的变频电机，控制半导体元件23依次通过烘干区131、预烧结区132、烧结区133、保温区134、渐冷却区136以及急冷区137的速度，使半导体元件23烘干充分，金属化完全。结合步骤S12、步骤S13，开启烧结炉内的红外辐射管13，启动所述传输丝网14，使所述半导体元件23通过所述传输丝网14传输到所述烧结炉内，所述烧结炉内的红外辐射管13辐射所述半导体元件23，使所述半导体元件23依次完成烘干、预烧结以及烧结工艺，在渐冷却区 136利用炽热物体的热辐射向外散热的特性，设置的高导热率铸铁块能够吸收辐射热，以达到辐射冷却目的，并传导热至大气。完成烧结的对象需要进一步快速冷却，在短时间内降温达到预设温度，因此最后完成烧结的对象通过急冷区137后，整个烧结过程结束。在整个烧结过程中，烧结工艺所需要用到的保护气体只在烧结区133内使用，大大节省了保护气体的使用量。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种半导体元件烧结的工艺方法，其特征在于，包括将半导体元件放置在传输丝网上；开启设置在烧结炉内的红外辐射管；启动所述传输丝网，使所述半导体元件通过所述传输丝网传输到所述烧结炉内，所述烧结炉内的红外辐射管辐射所述半导体元件，使所述半导体元件依次完成烘干、预烧结以及烧结工艺。
2.如权利要求1所述的半导体元件烧结的工艺方法，其特征在于，所述半导体元件完成烘干、预烧结以及烧结工艺后，所述半导体元件经过渐冷却单元完成逐渐冷却工艺。
3.如权利要求2所述的半导体元件烧结的工艺方法，其特征在于，所述渐冷却单元包括第一渐冷却元件以及第二渐冷却元件，所述第一渐冷却元件和所述第二渐冷却元件分别设置在所述传输丝网的两侧，并且所述第一渐冷却元件与所述传输丝网之间的距离大于所述第二渐冷却元件与所述传输丝网之间的距离。
4.如权利要求3所述的烧结装备，其特征在于，所述第一渐冷却元件和所述第二渐冷却元件均为多个高导热率铸铁块，通过所述高导热率铸铁块吸收所述半导体元件的辐射热。
5.如权利要求1所述的半导体元件烧结的工艺方法，其特征在于，所述传输丝网贯穿所述烧结炉炉体，所述传输丝网至少一侧设置多个支架，所述支架内设置红外辐射管，所述多个支架串接设置。
6.如权利要求1所述的半导体元件烧结的工艺方法，其特征在于，在所述传输网的两侧设置所述红外辐射管。
7.如权利要求1所述的半导体元件烧结的工艺方法，其特征在于，所述红外辐射管包括中波红外辐射管、短波红外辐射管以及中波红外辐射管和短波红外辐射管的组合。
8.如权利要求1至7中任一项的半导体元件烧结的工艺方法，其特征在于，所述红外辐射管通过多个支撑件固定在所述支架内。
9.如权利要求1至7中任一项的半导体元件烧结的工艺方法，其特征在于，在烧结炉炉体的腔内壁周边设置高反射率薄板。
全文摘要
本发明提出一种半导体元件烧结的工艺方法，包括将半导体元件放置在传输丝网上；开启设置在烧结炉内的红外辐射管；启动所述传输丝网，使所述半导体元件通过所述传输丝网传输到所述烧结炉内，所述烧结炉内的红外辐射管辐射所述半导体元件，使所述半导体元件依次完成烘干、预烧结以及烧结工艺。本发明提供的半导体元件烧结的工艺方法，通过设置在烧结炉炉体内的红外辐射管对半导体元件进行直接加热，采用不同波长的红外辐射管依次完成对半导体元件的烘干、预烧结以及烧结工艺，优化了提供能源的结构，使半导体元件的成品率和产出率得到了提高。
文档编号F27B9/30GK102306621SQ201110247639
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者仝韶华, 孙逸, 李桂琴, 陆利新 申请人:上海煦康电子科技有限公司