一種高性能預成型焊片及其焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到焊接結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特指一種高性能預成型焊片及基于高性能預成型焊片的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，基于焊膏材料的焊接工藝是功率電子模塊封裝的主要工藝之一，芯片/襯板、襯板/基板之間的焊接通常采用釬焊進行焊接，以錫鉛合金作為釬料的錫焊工藝最為常用。但是，由于軟焊膏材料的粘度、濕度、侵潤性等材料性能，以及回流焊接工藝條件的影響，將會導致回流焊層厚度不均勻，在界面處產(chǎn)生大量的空洞及非連續(xù)性焊點(即虛焊)，這些尺寸較大的空洞及非連續(xù)性焊點會使模塊內(nèi)部熱傳導不均勻，傳熱效率低下，熱阻增加，成為導致功率電子模塊在溫度循環(huán)或功率循環(huán)時發(fā)生熱疲勞失效的主要誘導因素之一。特別對于大面積的基板焊接，此問題尤為突出。
[0003]另外，常用的焊膏材料中一般都含有大量的釬劑(即助焊劑)，以達到清除焊接件表面氧化膜、改善焊料潤濕性能的目的。由于基板焊接面積比較大，涂覆的焊膏量比較多，在回流過程完成后會在元件表面和焊接設(shè)備內(nèi)壁會殘留大量助焊劑，使用目前離線式的水清洗設(shè)備很難將元件清洗干凈，但如果選用在線式清洗設(shè)備，則需要耗費大量的去離子水，而且能耗大?；搴附油瓿珊?，如果不能將陶瓷襯板邊緣殘留的助焊劑清洗干凈，將直接影響到功率電子模塊長期可靠性。
[0004]在中國專利申請《晶體管焊接層厚度的控制方法及焊接層結(jié)構(gòu)》(申請?zhí)?201110413105.6)中公開了一種晶體管焊接層厚度的控制方法及焊接層結(jié)構(gòu)，在采用焊片將半導體晶體管的管芯焊接在底座上時，采用兩種不同熔化溫度的焊片來進行焊接，在焊接時通過高溫焊片的厚度來調(diào)節(jié)控制焊接層的厚度，即通過高溫焊片底部的低溫焊片將高溫焊片焊接在底座上，通過高溫焊片上部的低溫焊片將管芯焊接在高溫焊片上。這種方法看似比較簡單，但實際上存在較大的不確定因素，當高溫焊片熔化時，爐體內(nèi)的實際溫度已經(jīng)遠超出低溫焊片的相變溫度，在熔融狀態(tài)下兩種不同熔點的焊片已經(jīng)無法區(qū)分其物理界面，所以這種焊接方法實際上是一種掩耳盜鈴的做法。而且三種不同厚度的焊片在與晶閘管芯片、基板焊接之前的也需要特殊的夾具進行固定。
[0005]在中國專利CN 102123562 B《采用回流焊接制作金屬基板的方法》中提出了一種利用鋼網(wǎng)絲印超高溫錫膏和焊接夾具通過回流焊接工藝制作金屬基板的方法，該發(fā)明采用超高溫錫銻錫膏將高頻PCB板與金屬基復合材料的金屬底板焊接在一起。由于所述金屬基板的最大焊接面積可達250mmX 100mm，雖然使用鋼網(wǎng)絲印技術(shù)可將如此大面積的焊膏印刷到金屬基板上，但是由于焊接面積高達25 X 103mm2，在回流焊接過程中不可避免會出現(xiàn)大量空洞或非連續(xù)性焊點，更糟糕的情況將會導致PCB板和金屬底板的界面處產(chǎn)生大量焊接殘留物。
[0006]因此，如何提高真空回流焊接中焊層厚度的均勻性，降低焊層空洞率，避免焊層周邊及內(nèi)部的焊劑殘留物，提高焊層的焊接質(zhì)量，對于改善功率電子模塊的可靠性及壽命至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可保證大面積焊層內(nèi)部厚度的均勻性、有效提高焊層質(zhì)量的高性能預成型焊片及基于高性能預成型焊片的焊接方法。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種高性能預成型焊片，包括預成型焊片結(jié)構(gòu)，所述預成型焊片結(jié)構(gòu)包括焊片基體和金屬絲網(wǎng)，所述金屬絲網(wǎng)位于焊片基體的內(nèi)部，所述焊片基體完全包覆金屬絲網(wǎng)。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進:所述金屬絲網(wǎng)的厚度小于焊片基體的厚度。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進:所述金屬絲網(wǎng)的橫截面形狀為圓形、菱形、正方形、長方形、三角形、橢圓形、六邊形、“ T ”形、“丄”形、“L”形、“ I ”形、“+”形中的任意一種。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進:所述金屬絲網(wǎng)的網(wǎng)格形狀為菱形、正方形、長方形、三角形、橢圓形、五邊形、六邊形中的任意一種或者多種形狀組合。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進:所述金屬絲網(wǎng)的尺寸小于焊片基體的尺寸。
[0013]所述金屬絲網(wǎng)的材料熔點高于焊片基體的熔點100°C以上。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進:所述焊片基體的材料為錫、鉛、銀、銅、鋁、鋅、銦、銻、鉍、鎘、鍺材料中的一種或多種合金材料組成，且不包含任何助溶劑。
[0015]作為本發(fā)明的進一步改進:所述金屬絲網(wǎng)的材料為鋁、鎳、鐵、鋅、鈦、鎂、錳、鉻中的一種或者多種合金材料。
[0016]本發(fā)明進一步提供基于一種上述高性能預成型焊片的焊接方法，首先將一層或若干層預成型焊片放置到待焊接件中預定的焊接位置，將焊接件放入焊接爐中，同時將帶有易揮發(fā)的弱酸性溶劑放入焊接爐腔體內(nèi)部；通入含有一定成分的惰性氣體,再進行抽真空，然后按照特定的溫升曲線進行加熱，在溫升達到某一階段后(弱酸性溶劑的沸點)，弱酸性溶劑開始揮發(fā)，直至所揮發(fā)出來的氣體充滿整個焊接爐腔體；繼續(xù)升溫，在溫升達到具有更高溫度的某一階段后(預成型焊片的熔點)，預成型焊片開始熔化。由于預成型焊片內(nèi)部金屬絲網(wǎng)的作用，使得預成型焊片在大面積焊接中能夠控制焊層厚度的均勻性及后續(xù)的處理工藝。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明的高性能預成型焊片及焊接方法，由于焊片基體內(nèi)部包覆一薄層金屬絲網(wǎng)，當加熱溫度超過焊料的液相線溫度后，可以保證大面積焊層內(nèi)部厚度的均勻性，有效提高了焊層質(zhì)量。同時，還能增加焊層在回流焊接過程中的流動性，改善焊層內(nèi)部空洞率及非連續(xù)性焊點；由于本發(fā)明所提供的焊接方法不使用任何釬劑材料，在焊接完成后焊層周圍及內(nèi)部不存在釬劑殘留物，不需要后續(xù)的清洗工序；對于具有多層結(jié)構(gòu)的待焊接件，該焊接方法可以實現(xiàn)多層焊片的一次性整體焊接，極大的簡化了焊接工藝。
[0018]2、本發(fā)明的高性能預成型焊片及焊接方法，對提高焊層厚度均勻性(特別是大面積焊層)有很大幫助，不需要復雜的后清洗工序，工藝簡單，節(jié)省生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明在實施例1中焊片基體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明在實施例1中金屬絲網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明在實施例1中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明在實施例1中使用時的原理示意圖。
[0023]圖5是本發(fā)明在實施例2中金屬絲網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6是本發(fā)明在實施例2中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖7是本發(fā)明在實施例2中使用時的原理示意圖。
[0026]圖例說明:
1、預成型焊片結(jié)構(gòu)；11、焊片基體；12、金屬絲網(wǎng)；21、半導體芯片；22、陶瓷襯板；23、基板。
【具體實施方式】
[0027]以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0028]實施例1:如圖1?圖4所示，本發(fā)明的高性能預成型焊片，包括預成型焊片結(jié)構(gòu)1，該預成型焊片結(jié)構(gòu)I包括焊片基體11和金屬絲網(wǎng)12，該金屬絲網(wǎng)12位于焊片基體11的內(nèi)部，且焊片基體11完全包覆金屬絲網(wǎng)12，形成一種三明治結(jié)構(gòu)。
[0029]在本實施例中，金屬絲網(wǎng)12的厚度小于焊片基體11的厚度，其厚度范圍在0.0lmm~ 0.50mm之間。作為優(yōu)