專利名稱：半導體陶瓷外殼封帽的焊接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體陶瓷外殼封帽的焊接方法，屬于半導體陶瓷封裝技術領域。
背景技術：
隨著陶瓷封裝的迅速發(fā)展，對封裝電路的氣密性要求也越來越高，良好的氣密性封裝可以有效的保證良好的內(nèi)部氣氛，保證產(chǎn)品的長期可靠性，實現(xiàn)氣密性封裝的方法主要有平行縫焊和熔封。采用平行縫焊進行陶瓷封裝過程中，很多公司都采用金屬蓋板與陶瓷外殼的可伐框直接焊接，利用兩個圓錐形滾輪電極壓住待封裝的金屬蓋板和外殼上的金屬框，電極一般為15°電極和10°電極，功率為1750W，整個回路的高電阻在電極與蓋板的接觸點處，由于脈沖電流產(chǎn)生大量的熱，使接觸點呈熔融狀態(tài)，在滾輪電極的壓力下，凝固后即形成一連串的焊點。從而實現(xiàn)氣密性焊接。其缺點是焊點處所受到的溫度較高。熔封工藝是將焊環(huán)鍍金的外殼與帶有Au80Sn20合金焊料的金屬蓋板使用專門夾具固定好后，放在鏈式爐入口處隨傳送帶勻速進入爐體，經(jīng)過預設鏈速與各溫區(qū)溫度形成的溫度曲線，使焊料熔化，與蓋板、焊環(huán)形成良好的氣密性焊接。具有成品率高(接近100% )、工藝參數(shù)易控、可靠性高等優(yōu)點，但是該工藝利用鏈式爐對電路整體加熱到焊料的熔點以上，金的熔點為1064°c，使整個電路處在設置的溫度下，器件內(nèi)部芯片也會受到高溫的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服原有封帽工藝的不足，提出半導體陶瓷外殼封帽的焊接方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的半導體陶瓷外殼封帽的焊接方法，所述的封帽包括陶瓷外殼、芯片和金屬蓋板；所述的陶瓷外殼帶有空腔，所述的芯片放置在陶瓷外殼的空腔內(nèi)；所述的金屬蓋板蓋在陶瓷外殼的頂端，通過焊接方法將所述的陶瓷外殼和金屬蓋板進行密封，所述的焊接方法的步驟包括I)在金屬蓋板表面依次鍍覆Ni/Au/Ni/Au層，在陶瓷外殼焊接區(qū)域預置鍍層金屬封口框；2)將焊料環(huán)點焊在金屬蓋板上；3)在氮氣氣氛下，將步驟2)得到的金屬蓋板與陶瓷外殼的金屬封口框?qū)ξ唬闷叫锌p焊設備使用小角度銅電極進行低功率(800 1000W)焊接，使焊料環(huán)充分熔化并分別與金屬蓋板的鍍金層和陶瓷外殼的金屬封口框焊接，完成封帽的密封。有益效果本發(fā)明的方法避免了半導體陶瓷封裝器件在采用普通金屬蓋板直接與陶瓷外殼可伐框進行平行縫焊過程中，脈沖過大，局部集中加熱溫度過高的問題；避免了熔封工藝中使電路內(nèi)部芯片和鍵合處在高溫狀態(tài)中；金錫焊料的熔點為280°C，相對于金屬蓋板表面的金鍍層的熔點(1064°C )大幅度降低，最大限度的降低了平行縫焊的最高溫度；只對電極與蓋板的接觸點加熱，有效地避免了熔封過程中對電路腔體內(nèi)部的加執(zhí).焊接溫度的大幅度降低，對陶瓷上的金屬封口框進行封帽時，改善了由于陶瓷傳熱系數(shù)較小，熱量不易散失，產(chǎn)生熱應力的問題，避免了陶瓷外殼的金屬框和陶瓷的接觸面處發(fā)生脫離而導致外殼漏氣的發(fā)生；大角度電極與蓋板的接觸為點接觸，完成平行縫焊工藝之后，焊接區(qū)域為線連接，電極的角度降低，電極與蓋板的接觸為線接觸，將蓋板與陶瓷金屬框的焊接之后，焊接區(qū)域為帶連接，電極與蓋板的接觸面積大幅度增大，經(jīng)試驗驗證將原有的15°和10°電極更換為5°電極，有效的改善金屬蓋板與陶瓷金屬框的結合面積；平行縫焊設備使用5°的小角度電極進行低功率焊接，使其溫度只在金錫焊料熔點以上，金錫焊料環(huán)熔化，與金屬蓋板和陶瓷外殼的金屬封口框進行焊接，實現(xiàn)熔封。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例半導體陶瓷外殼封帽的焊接方法，所述的封帽包括陶瓷外殼、芯片和金屬蓋板；所述的陶瓷外殼帶有空腔，所述的芯片放置在陶瓷外殼的空腔內(nèi)；所述的金屬蓋板蓋在陶瓷外殼的頂端，通過焊接方法將所述的陶瓷外殼和金屬蓋板進行密封，所述的焊接方法的步驟包括

I)在金屬蓋板表面預置Ni層、Au層、Ni層、Au層，在陶瓷外殼焊接區(qū)域預置Ni層、然后在Ni層外預置Au層，形成Au封口框；2)制備預成型焊料環(huán)，焊料環(huán)的厚度為50μπι ;3)將步驟2)制備的焊料環(huán)點焊在金屬蓋板的鍍金層上；4)在氮氣氣氛下，將步驟3)得到的金屬蓋板與陶瓷外殼的Au封口框?qū)ξ?，利用平行縫焊設備使用5°銅電極進行低功率焊接，使焊料環(huán)充分熔化并分別與金屬蓋板的鍍金層和陶瓷外殼的Au封口框焊接，完成蓋板與陶瓷外殼的熔封焊接。上述步驟I)中金屬蓋板為可伐蓋板；陶瓷外殼為氧化鋁陶瓷；上述步驟2)中焊料環(huán)由Au和Sn組成，Au的質(zhì)量百分含量為80%，Sn的質(zhì)量百分含量為20% ;焊料環(huán)的熔點為280°C ；上述步驟4)中使用的電極為5°電極，電極材料為銅。上述步驟4)中焊接參數(shù)功率為800 1000W，脈寬為4 8ms，脈沖周期為20 60ms,焊接速度為I 3mm/s,焊接壓力為100 500g,延遲距離為I 3_。
權利要求
1.半導體陶瓷外殼封帽的焊接方法，所述的封帽包括陶瓷外殼、芯片和金屬蓋板；所述的陶瓷外殼帶有空腔，所述的芯片放置在陶瓷外殼的空腔內(nèi)；所述的金屬蓋板蓋在陶瓷外殼的頂端，通過焊接方法將所述的陶瓷外殼和金屬蓋板進行密封，其特征在于焊接方法的步驟包括 1)在金屬蓋板焊接區(qū)域預置鍍金屬層，在陶瓷外殼焊接區(qū)域預置鍍層金屬封口框； 2)將焊料環(huán)點焊在金屬蓋板的鍍金屬層上； 3)在氮氣氣氛下，將步驟2)得到的金屬蓋板與陶瓷外殼的金屬封口框?qū)ξ唬闷叫锌p焊設備使用小角度電極進行焊接，使焊料環(huán)充分熔化并分別與金屬蓋板的鍍金屬層和陶瓷外殼的金屬封口框焊接，完成蓋板與陶瓷外殼的熔封。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體陶瓷封裝封帽的焊接方法，其特征在于步驟I)中金屬蓋板預置鍍金屬層的過程是在金屬蓋板表面依次預置Ni層、Au層、Ni層、Au層。
3.根據(jù)權利要求1所述的半導體陶瓷封裝封帽的焊接方法，其特征在于步驟I)中陶瓷外殼焊接區(qū)域預置鍍層金屬封口框的過程為在陶瓷外殼焊接區(qū)域預置Ni層、然后在Ni層外預置Au層，形成Au封口框。
4.根據(jù)權利要求1所述的半導體陶瓷封裝封帽的焊接方法，其特征在于步驟2)中焊料環(huán)的厚度為50 μ m。
5.根據(jù)權利要求1所述的半導體陶瓷封裝封帽的焊接方法，其特征在于步驟I)中金屬蓋板為可伐蓋板。
6.根據(jù)權利要求1所述的半導體陶瓷封裝封帽的焊接方法，其特征在于步驟I)中陶瓷外殼為氧化鋁陶瓷。
7.根據(jù)權利要求1所述的半導體陶瓷封裝封帽的焊接方法，其特征在于步驟2)中焊料環(huán)由Au和Sn組成，Au的質(zhì)量百分含量為80%，Sn的質(zhì)量百分含量為20%。
8.根據(jù)權利要求1所述的半導體陶瓷封裝封帽的焊接方法，其特征在于步驟3)中小角度電極為5°電極，電極材料為銅。
9.根據(jù)權利要求1所述的半導體陶瓷封裝封帽的焊接方法，其特征在于步驟3)中焊接參數(shù)功率為800 1000W，脈寬為4 8ms，脈沖周期為20 60ms，焊接速度為I 3mm/s，焊接壓力為100 500g,延遲距離為I 3臟。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體陶瓷外殼封帽的焊接方法，屬于半導體陶瓷封裝技術領域。在金屬蓋板表面預置鍍金屬層，在陶瓷外殼焊接區(qū)域預置鍍層金屬封口框；將焊料環(huán)點焊在金屬蓋板的鍍金屬層上；在氮氣氣氛下，將金屬蓋板與陶瓷外殼的金屬封口框?qū)ξ唬闷叫锌p焊設備使用小角度(5°)銅電極進行低功率焊接，使焊料環(huán)充分熔化并分別與金屬蓋板的鍍金層和陶瓷外殼的金屬封口框焊接，完成電路的熔封。本發(fā)明的方法避免了平行縫焊過程中，脈沖過大，局部集中加熱溫度過高的問題；避免了熔封工藝中使電路內(nèi)部芯片和鍵合處在高溫狀態(tài)中；降低了平行縫焊的最高溫度。
文檔編號B23K11/36GK103056500SQ20121051616
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權日2012年11月30日
發(fā)明者馮小成, 李冬梅, 荊林曉, 郝貴爭, 陳建安, 賀晉春, 井立鵬 申請人:北京時代民芯科技有限公司, 北京微電子技術研究所