一种提高IGBT模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法与流程

本发明涉及功率模块封装，具体为一种提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法。

背景技术：

1、功率端子和信号端子(简称“端子”)在igbt模块中主要起到承担电极的作用，其通过焊接技术与陶瓷覆铜板(dbc)相连从而实现导流，在应用中集受力与受电为一体，受力过程中通常会受到热应力和机械应力，导致功率循环退化，影响igbt模块的寿命和长期可靠性，因此功率端子的焊接强度成为了评估igbt模块性能的一项重要指标，焊接强度由端子推拉力体现。

2、现有技术中，某型封装形式通常是将锡膏通过钢网印刷在dbc上方，然后将芯片贴在锡膏上进行一次真空焊接，在一次真空焊接后未放置芯片处的锡膏会进行凝固，最后将端子放置在凝固的锡膏上方进行二次真空焊接，但由于该部位凝固的锡膏在一次焊接时已经融化，其中的助焊剂成分已经受高温后蒸发，残留助焊剂也在经过第一次焊接清洗后全部去除。此时，凝固的锡膏在二次融化过程中并不能很好的对端子焊接面有浸润作用，容易导致端子虚焊；虚焊会直接导致该部位的端子焊接强度降低。

3、除此之外，为了避免上述问题，还可采用如下工艺：即第一步只印刷焊接芯片所需要的锡膏而取消印刷端子所需锡膏，在第二次焊接端子前为了增加焊点锡膏浸润性，选择在焊接端子前通过在dbc上点锡膏的方式固定插针，安装好端子后放入焊接炉后进行焊接。但是该方法虽然保证了端子的强度，但由于锡膏中存有较多的助焊剂，导致在高温加热过程中，会有助焊剂挥发粘在端子上，锡膏会顺着端子扩散且会向上爬，锡膏扩散爬升过程中，端子是一直在动的。端子不易控，容易影响到端子的垂直度，后续会导致igbt模块无法插入到驱动板中。

4、因此为了解决上述问题，避免“虚焊”以提高端子的焊接强度，同时需要避免焊接助剂挥发造成锡膏爬升的问题以提高端子垂直度。鉴于此，我们提出一种提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法。

2、本发明的技术方案是：

3、一种提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，包括陶瓷覆铜板，且所述陶瓷覆铜板上设有能够焊接igbt模块端子的插针焊点区和芯片焊接区，所述工艺方法采用二次分步焊接，依序分别在所述芯片焊接区与插针焊点区处焊接芯片本体和igbt模块端子，且所述插针焊点区处焊接时添加助焊剂。

4、优选的，所述二次分步焊接前包括锡膏印刷，且所述锡膏印刷的工艺方法具体为：

5、对于所述陶瓷覆铜板进行一次性锡膏印刷，将设有若干网孔的钢网放置于所述陶瓷覆铜板正上方，根据所述芯片本体和所述插针焊点区位置结构使用所需锡膏进行印刷。

6、优选的，完成所述锡膏印刷后仅针对所述芯片本体进行贴片，将所需要的所述芯片本体贴放至印刷有锡膏的所述芯片焊接区上，使其芯片本体初步焊接，减少分开印刷锡膏的步骤。

7、优选的，所述二次分步焊接包括芯片焊接，具体工艺方法为：将贴放有所述芯片本体的所述陶瓷覆铜板送入焊接炉内，控制焊接条件使得所述芯片本体与贴合的锡膏焊接，且所述插针焊点区的锡膏凝固，此时并没有焊接igbt模块端子插针。

8、优选的，所述二次分步焊接包括igbt模块端子焊接，具体工艺方法为：当所述芯片焊接完成后，在所述插针焊点区处点加助焊剂，并且通过工装治具固定igbt模块端子的插针，保持插针垂直，接着将固定有igbt模块端子的所述陶瓷覆铜板送入焊接炉内进行二次焊接，同样控制焊接条件，使得igbt模块端子与锡膏焊接在一起。

9、优选的，所述插针焊点区处点加的助焊剂通过程序设定固定的点加量。

10、需要解释说明的是，该工艺步骤中采用一次性锡膏印刷，使其通过上述的锡膏印刷能够一次性获得用于焊接芯片本体于igbt模块端子插针的锡膏，但是igbt模块端子插针焊接的锡膏会凝固，基于现有的技术问题，凝固的锡膏已经经过融化，锡膏中其他有机物已经挥发，其中的助焊剂成分已经受高温后蒸发，残留助焊剂也会在清洗后全部去除，即使不去除含量较低也不足以提供高强度的插针焊接；但是通过定量的点加助焊剂能够保证助焊剂的存在只是为了帮助融化锡膏，不会导致过量的助焊剂挥发粘到igbt模块端子插针针体上，这样就能保证针体不会因为助焊剂等其他物质的挥发而导致针体偏移和大面积爬锡，继而规避掉因为爬锡而影响端子垂直度的问题，有利于提高端子的垂直度。如图3所示，如果只是点锡膏焊接来操作，那锡膏融化后底部锡膏会顺着金属爬升，造成插针异色和可靠性降低；而如图4所示，在已经固化的锡膏上点上助焊剂，由于经过第一次烧结，锡膏中其他有机物已经挥发，再此之上点助焊剂既保证了端子的外观也保证了端子的强度。

11、优选的，所述芯片焊接与igbt模块端子焊接均需要控制焊接条件，所述焊接条件具体包括：梯度温度控制、焊接炉真空处理；且所述焊接炉真空处理的具体工艺方法为：控制焊接炉抽真空至炉腔内部压力不低于320pa，每次抽真空时间2-12min。

12、优选的，所述梯度温度控制的具体工艺方法为：

13、步骤一：首先常温下进行至少一次的焊接炉真空处理，接着注入保护气体；

14、步骤二：控制焊接炉升温加热至120-160℃预热，预热10-50min；

15、步骤三：再次进行至少一次的焊接炉真空处理，继续注入保护气体；

16、步骤四：升温至焊接温度，抽真空处理后再次更换保护气体，进行焊接。

17、优选的，所述注入保护气体的具体工艺方法为：当完成任意一次的焊接炉真空处理后，均向炉腔内注入氮气等惰性气体至炉腔内部压力呈常压。

18、重要的是，抽真空处理的目的在于：首先抽真空后能够注入惰性气体作为保护气体，降低氧气含量，避免产生孔洞，以降低焊接的空洞率，空洞率降低能够提高焊接强度；并且预热、加热后的锡膏熔融，本身的锡膏内部可能会存在气孔，即空气存在，同样会在焊接时造成空洞率的提高，故升温至焊接温度同样抽真空排出空气，注入惰性气体作为焊接保护气体，也便于排出内部氧气，避免氧气存在时焊接产生氧化层，氧化层会导致焊缝松动，即强度较低。

19、优选的，所述梯度温度控制工艺方法中的预热环节可与保护气体同步注入甲酸。注入甲酸的目的主要是为了避免焊接部位存在氧化层的情况，若插针表面氧化层，焊接后氧化层部位容易脱落松动，因此甲酸主要为了去除焊料和焊接表面的氧化物。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、该提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，能够采用一次性锡膏印刷的技术，比较点锡膏焊接简化了操作，并且定量点加助焊剂帮助融化锡膏，能够再次获得锡膏的浸润性，同时能够避免爬锡现象，有利于提高焊接的垂直度同时保证了焊接强度；除此之外，该工艺方法中控制焊接条件，能够去除焊接表面氧化物，同时降低焊接的空洞率，继而提高焊接强度。

技术特征：

1.一种提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，包括陶瓷覆铜板（1），且所述陶瓷覆铜板（1）上设有能够焊接igbt模块端子的插针焊点区（3）和芯片焊接区（2），其特征在于：所述工艺方法采用二次分步焊接，依序分别在所述芯片焊接区（2）与插针焊点区（3）处焊接芯片本体（4）和igbt模块端子，且所述插针焊点区（3）处焊接时添加助焊剂。

2.如权利要求1所述的提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，其特征在于：所述二次分步焊接前包括锡膏印刷，且所述锡膏印刷的工艺方法具体为：

3.如权利要求2所述的提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，其特征在于：完成所述锡膏印刷后仅针对所述芯片本体（4）进行贴片，将所需要的所述芯片本体（4）贴放至印刷有锡膏的所述芯片焊接区（2）上。

4.如权利要求3所述的提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，其特征在于：所述二次分步焊接包括芯片焊接，具体工艺方法为：

5.如权利要求4所述的提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，其特征在于：所述二次分步焊接包括igbt模块端子焊接，具体工艺方法为：

6.如权利要求5所述的提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，其特征在于：所述插针焊点区（3）处点加的助焊剂通过程序设定固定的点加量。

7.如权利要求6所述的提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，其特征在于：所述芯片焊接与igbt模块端子焊接均需要控制焊接条件，所述焊接条件具体包括：梯度温度控制、焊接炉真空处理；且所述焊接炉真空处理的具体工艺方法为：控制焊接炉抽真空至炉腔内部压力不低于320pa，每次抽真空时间2-12min。

8.如权利要求7所述的提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，其特征在于：所述梯度温度控制的具体工艺方法为：

9.如权利要求8所述的提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，其特征在于：所述注入保护气体的具体工艺方法为：当完成任意一次的焊接炉真空处理后，均向炉腔内注入氮气等惰性气体至炉腔内部压力呈常压。

10.如权利要求8所述的提高igbt模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，其特征在于：所述梯度温度控制工艺方法中的预热环节可与保护气体同步注入甲酸。

技术总结
本发明涉及功率模块封装技术领域，具体为一种提高IGBT模块端子焊接强度和垂直度的工艺方法，包括陶瓷覆铜板，且所述陶瓷覆铜板上设有能够焊接IGBT模块端子的插针焊点区和芯片焊接区，所述工艺方法采用二次分步焊接，依序分别在所述芯片焊接区与插针焊点区处焊接芯片本体和IGBT模块端子，且所述插针焊点区处焊接时添加助焊剂；能够采用一次性锡膏印刷的技术，比较点锡膏焊接简化了操作，并且定量点加助焊剂帮助融化锡膏，能够再次获得锡膏的浸润性，同时能够避免爬锡现象，有利于提高焊接的垂直度同时保证了焊接强度；除此之外，该工艺方法中控制焊接条件，能够去除焊接表面氧化物，同时降低焊接的空洞率，继而提高焊接强度。

技术研发人员：高崇文
受保护的技术使用者：烟台台芯电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13