一种焊接方法及芯片封装方法与流程

1.本发明一般涉及半导体测试技术领域，具体涉及一种焊接方法及芯片封装方法。


背景技术：

2.随着集成电路产业的不断发展和进步，芯片的单片集成度越来越高、功耗越来越大，对于封装技术的要求也越来越高。目前芯片封装过程中为了提高散热性能，一般在芯片和散热罩设置金属层，一方面有利于与散热，另一方面有利于散热罩和芯片的连接。
3.现有通常使用金属片，例如铟片、锡银片或者其他金属片，为了保证金属层与芯片和散热罩的连接，需要使用树脂类助焊剂去除金属片表面氧化物完成焊接，但是，目前使用的金属片极易氧化，且其表面氧化膜熔点很高，必须使用助焊剂去除氧化膜达到焊接效果，由于无法通过清洗来去除助焊剂残留，助焊剂残留会留在散热罩和芯片中间，在后续产品的使用过程中可能造成产品失效，以及树脂类助焊剂在加热过程中会由于其挥发造成金属飞溅，导致周围的电容、芯片短路，进而影响产品的可靠性；并且，树脂类助焊剂在加热过程中挥发出来的气体会在金属层中形成空洞，影响产品的散热性能效果。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种焊接方法及芯片封装方法，无需使用树脂类助焊剂，在保证金属散热层可靠焊接的同时，避免了树脂类助焊剂影响产品的可靠性。
5.第一方面，本发明提供一种焊接方法，适用于半导体封装，包括：
6.将待焊接部件和焊接部位进行氧化处理，使得待焊接部件和焊接部位表面形成金属氧化物层；
7.在含有还原性气体的气氛中，将待焊接部件和焊接部位通过回流焊进行焊接，使得待焊接部件和焊接部位紧密结合。
8.作为可选的方案，将待焊接部件和焊接部位进行氧化处理，包括：
9.将待焊接部件和焊接部位在空气气氛中放置4
‑
8小时。
10.作为可选的方案，在含有还原性气体的气氛中，将待焊接部件和焊接部位通过回流焊进行焊接，包括：
11.在140℃
‑
155℃下保温一段时间后，升温至230℃
‑
250℃进行焊接。
12.作为可选的方案，在230℃
‑
250℃焊接5min
‑
10min。
13.作为可选的方案，含有还原性气体的气氛为甲酸气体、乙酸气体、氢气中的一种或几种的混合物。
14.作为可选的方案，甲酸气体为经pt催化后的甲酸气体。
15.作为可选的方案，含有还原性气体的流量为35
‑
50sccm。
16.第二方面，本发明提供一种芯片封装方法，包括：
17.基板上表面划分为第一区域和包围第一区域的第二区域，在第一区域设置芯片，
基板下表面设置锡球层；
18.将金属散热层设置于芯片表面；
19.将散热罩盖设在基板上方，且散热罩与金属散热层接触，其中，散热罩为待焊接部件，金属散热层为焊接部位；
20.通过第一方面的焊接方法对散热罩和金属散热层进行焊接，以使散热罩与基板和金属散热层之间紧密贴合。
21.作为可选的方案，在对散热罩和金属散热层进行焊接之前，方法还包括：
22.基板下表面设置锡球层，将锡球层焊接在pcb板上。
23.作为可选的方案，在散热罩与金属散热层接触的区域镀设金属层，且散热罩的侧壁开设至少两个通孔。
24.本发明的有益效果如下：
25.本发明的焊接方法通过使用还原性气体，还原性气体使待焊接部件和焊接部位表面的氧化物在受热过程中发生还原反应，完成焊接，有效实现了散热罩与金属散热层之间的紧密贴合，提高了成品率，同时有效避免了现有使用树脂类助焊剂影响芯片成品率的问题；并且本发明的方法减少了喷涂树脂类的过程，简化工艺，提高了加工效率。
附图说明
26.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
27.图1为本发明的一个实施例的焊接方法的流程示意图；
28.图2为本发明的一个实施例的芯片封装方法的流程示意图；
29.图3为本发明的一个实施例的芯片封装的结构示意图；
30.图4为本发明的一个实施例中的散热罩的俯视图；
31.图5为本发明的另一个实施例中的散热罩的俯视图；
32.图中：
33.1.基板，2.芯片，3.锡球层，4.金属散热层，5.散热罩，51.侧壁，52.金属层，53.通孔。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
36.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
37.需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也
可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
38.目前，芯片倒装过程中为提高芯片的散热性能，在芯片表面设置有金属片，金属片作为芯片和散热罩的连接层，金属片需要使用树脂类助焊剂去除金属片表面氧化物以便进行焊接，但是树脂类助焊剂在加热过程中高温造成金属飞溅，导致周围电容、芯片短路，同时在加热过程中挥发出来的气体会在金属连接层中形成空洞，影响产品散热，并且在焊接完成后树脂类助焊剂会有残留，影响产品的可靠性。
39.本技术的实施例提供的一种焊接方法，无需使用树脂类助焊剂，通过在还原性气体在高温下使得待焊接部件和焊接部位表面的金属氧化物发生还原反应，从而完成金属间焊接，进而避免了树脂类助焊剂对产品性能的影响。本技术实施例的焊接方法尤其适用于半导体材料的加工，例如芯片封装等。
40.本技术的实施例提供的一种焊接方法，如图1所示，包括：
41.s1、将待焊接部件和焊接部位进行氧化处理，使得待焊接部件和焊接部位表面形成金属氧化物层；
42.其中，待焊接部件和焊接部位均为金属材质，例如金、铟、锡或银等其他金属。
43.将待焊接部件和焊接部位进行氧化处理，主要是为了提高焊接效果，以使待焊接部件和焊接部位结合更紧密。金属表面氧化物与还原性气体发生反应，使得金属氧化物在受热过程中被还原，进而完成待焊接部件和焊接部位的焊接。
44.其中氧化处理的方式对于极易氧化的金属可以是直接放置在空气中进行氧化处理，对于性质不活泼的金属还可以是至于氧气气氛中，对其进行氧化处理等，只要保证待焊接部件和焊接部位的表面形成金属氧化物即可，本技术的实施例对此不做具体限定。
45.s2、在含有还原性气体的气氛中，将待焊接部件和焊接部位通过回流焊进行焊接，使得待焊接部件和焊接部位紧密结合。
46.其中，将待焊接部件和焊接部位通过回流焊进行焊接，采用任意一种回流焊技术均可，例如气体回流焊、激光回流焊、红外回流焊、感应回流焊等。
47.本技术实施例的一种焊接方法，在还原性气体的气氛下，通过回流焊将待焊接部件和焊接部位进行焊接，焊接效果可靠，同时避免了使用树脂类助焊剂，节约成本，并且能够有效避免树脂类助焊剂在加热过程飞溅，造成短路以及焊接完成后树脂类助焊剂有残留，影响产品的可靠性。
48.作为可实现的方式，s1、将待焊接部件和焊接部位进行氧化处理，包括：
49.将待焊接部件和焊接部位在空气气氛中放置4
‑
8小时。
50.本实施方式中，直接将待焊接部件和焊接部位在空气气氛中放置4
‑
8小时进行氧化处理，操作方法简单，节约成本。并且在空气气氛中放置，进行氧化处理，有利于避免形成的氧化层过厚，导致后续还原时间延长，且还原出的颗粒层较厚，影响焊接效果。
51.作为可实现的方式，s2、在含有还原性气体的气氛中，将待焊接部件和焊接部位通过回流焊进行焊接，包括：
52.在140℃
‑
155℃下保温一段时间后，升温至230℃
‑
250℃进行焊接。
53.本实施方式采用的气体回流焊，主要包括预热、反应、分解和冷却四部分。其中，还
原性气体在预热过程之前保持通气，用以将反应空间中的其他气体排尽，在芯片封装过程中，使用的金属散热层一般为铟片，熔点在150℃
‑
160℃，因此回流焊过程中需要首先在140℃
‑
155保温10min左右，用于还原性气体与金属氧化物反应进行焊接，之后再在至230℃
‑
250℃下反应，以分解还原性气体，最终完成焊接。
54.作为可实现的方式，在230℃
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250℃焊接5min
‑
10min。本实施方式有利于保证还原性气体充分分解，同时保证不影响产品的封装效果。
55.作为可实现的方式，含有还原性气体的气氛为甲酸气体、乙酸气体、氢气中的一种或几种的混合物。在具体的实施例中，还原性气体为甲酸气体或甲酸与氢气，能够有效还原待焊接表面的金属氧化物层，使得金属表面的氧化物得到充分有效的利用，降低了待焊接部件和焊接部位的表面在焊接前处理的要求。
56.作为优选的实施方式，甲酸气体为经pt催化后的甲酸气体。采用经pt催化后的甲酸气体，能够提升还原效率，加速焊接。
57.作为可实现的方式，含有还原性气体的流量为35
‑
50sccm。本实施方式的流量有利于将反应空间中的其他气体排除干净，同时还有利于充分和金属氧化物反应，实现良好的焊接效果。
58.第二方面，本发明的实施例提供过一种芯片封装方法，如图2和图3所示，包括：
59.s11、基板1上表面划分为第一区域和包围第一区域的第二区域，在第一区域设置芯片2，基板1下表面设置锡球层3；
60.s12、将金属散热层4设置于芯片2表面；
61.s13、将散热罩5盖设在基板上方，且散热罩5与金属散热层4接触，其中，散热罩5为待焊接部件，金属散热层4为焊接部位；
62.s14、通过第一方面的焊接方法对散热罩5和金属散热层4进行焊接，以使散热罩5和金属散热层4之间紧密贴合。
63.本实施例公开的芯片封装方法，在还原性气体的气氛下，通过回流焊将散热罩和金属散热层进行焊接，焊接效果可靠，同时避免了使用树脂类助焊剂，节约成本，并且能够有效避免树脂类助焊剂在加热过程飞溅，造成芯片短路以及焊接完成后树脂类助焊剂有残留影响芯片的可靠性。
64.作为可实现的方式，在对散热罩5和金属散热层4进行焊接之后，方法还包括：
65.基板1下表面设置锡球层3，将锡球层3焊接在pcb板上。
66.本实施方式将基板通过锡球层焊接在pcb板上，有利于完成芯片产品的后期制作，保证芯片实现电学功能。
67.作为可实现的方式，如图4和图5所示，在散热罩5与金属散热层4接触的区域镀设金属层52，且在散热罩5的侧壁51开设至少两个通孔53。
68.其中，在散热罩与金属散热层接触的区域镀设金属层52，一般为金，有利于散热罩与金属散热层贴合，进而有效提高散热性能。
69.由于散热罩与金属散热层接触，会导致散热罩与金属散热层的表面金属氧化物无法充分与还原性气体反应，导致散热罩与金属散热层的焊接效果差，无法紧密贴合，因此，在散热罩与金属散热层之间设置支撑件，例如涂覆胶水，该支撑件用于在散热罩与金属散热层之间形成间隙，并且该支撑件在回流焊加热过程能够气化挥发；
70.在一些实施例中，为了使得散热罩与金属散热层的表面金属氧化物与还原性气体的充分接触，将散热罩的侧壁进行开孔或挖空处理，用于还原性气体通过，其中开孔的形状可以是圆形、方形，三角形等规则或不规则形状，本技术的时候实施例对此不做具体限定。
71.综上，本技术公开的芯片封装方法，通过使用还原性气体，还原性气体使散热罩和金属散热层表面的氧化物在受热过程中发生还原反应，完成焊接，有效实现了散热罩与金属散热层以及芯片之间的紧密贴合，提高了成品率，同时有效避免了现有使用树脂类助焊剂造成芯片成品率低的问题；并且本技术的方法减少了喷涂树脂类的过程，简化工艺，提高了加工效率。
72.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。