專利名稱：一種大功率半導(dǎo)體器件及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率半導(dǎo)體器件。本發(fā)明還涉及上述大功率半導(dǎo)體器件的封裝方法。
背景技術(shù)：
目前，大功率半導(dǎo)體器件的封裝都是采用粗鋁線超聲鍵壓的方法實(shí)現(xiàn)芯片電極引出到引線框架的管腳上，器件的設(shè)計(jì)電流比較大時(shí)，需要使用的粗鋁線線徑須設(shè)計(jì)到 Φ500ιιπι，數(shù)量達(dá)到3根或3根以上，生產(chǎn)效率低下，且多根粗鋁線的超聲鍵壓過程中，因較大的超聲功率和壓力很容易導(dǎo)致芯片的損傷，從而給大功率器件封裝造成成品率很低且留下使用后患的弱點(diǎn)和弊端。因此，應(yīng)該提供一種新的技術(shù)方案解決上述問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用銅片代替鋁線電極的大功率半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述大功率半導(dǎo)體器件的封裝方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種大功率半導(dǎo)體器件，依次包括引線框架、底板、設(shè)置在底板上的陶瓷片、設(shè)置在陶瓷片上的小底板、固定在小底板上的半導(dǎo)體芯片，所述引線框架上設(shè)有管腳，所述半導(dǎo)體芯片的電極與引線框架的管腳通過銅片相連接，所述銅片呈3-6夾角的V字形結(jié)構(gòu)，所述夾角中燒結(jié)填充有焊錫膏。所述引線框架的管腳上設(shè)有V溝，所述V溝內(nèi)燒結(jié)填充有焊錫膏。進(jìn)一步的銅片的材料采用0. 2mm厚度KFC電解銅，焊錫膏成分為Pb92. 5重量份、Sn5重量份、Ag2. 5重量份。一種大功率半導(dǎo)體器件的封裝方法，包括如下步驟
a、將已經(jīng)焊接組立的引線框架放入自動(dòng)上芯裁片機(jī)的上料機(jī)構(gòu)，芯片安裝位置、管腳V 溝上點(diǎn)入適量的焊錫膏；
b、采用自動(dòng)上芯裁片機(jī)在引線框架上裝入半導(dǎo)體芯片，分別在芯片的K區(qū)、G區(qū)位置點(diǎn)上適量的焊錫膏；
C、在芯片及引線框架管腳上貼上銅片，銅片采用卷帶式設(shè)計(jì)，在自動(dòng)上芯裁片機(jī)上根據(jù)卷帶兩側(cè)的定位孔定位，沖裁后真空吸嘴將其吸到已經(jīng)點(diǎn)好焊錫膏的芯片及引線框架上，卷帶兩側(cè)設(shè)置保護(hù)腳保護(hù)銅片；
d、將裝好銅片并經(jīng)預(yù)烘的引線框架裝入石墨治具放入燒結(jié)爐燒結(jié)，工藝條件如下 工藝設(shè)備10溫區(qū)隧道燒結(jié)爐，
工藝條件10溫區(qū)隧道燒結(jié)爐爐溫分別為350 士 20 V、350 士 20°C、300 士 20°C、 300 士 20 °C、400 士 20 °C、400 士 20 °C、450 士 20 °C、450 士 20 °C、360 士 20 °C、360 士 20 °C，氣體流量氮?dú)?55NL/MIN，氫氣82NL/MIN，
冷卻水流量82L/MIN，溫度152°C，工件步進(jìn)時(shí)間12秒，工藝方法將裝好工件的石墨治具放入具有保護(hù)和還原氣體即氮?dú)夂蜌錃獾臓t膛內(nèi)完成焊料中助焊劑的揮發(fā)、焊料的熔化、工件的冷卻等過程，從而完成芯片與銅片的焊接燒結(jié)；
e、將燒結(jié)完成的工件經(jīng)清洗去除助焊劑殘留后再經(jīng)環(huán)氧樹脂包封及其他工序后完成產(chǎn)品的封裝過程。本發(fā)明大功率半導(dǎo)體器件，將銅片設(shè)計(jì)成3-6°角度V字形結(jié)構(gòu)，減小銅片與芯片的直接接觸的面積，在V字形夾角中燒結(jié)填充焊錫膏，因焊錫為軟焊料，能夠充分吸收銅片熱膨脹時(shí)的應(yīng)力，從而大大減小了芯片受到的橫向剪切力。在放置銅片時(shí)，銅片采用卷帶式進(jìn)入自動(dòng)上芯裁片機(jī)，卷帶兩側(cè)設(shè)置保護(hù)腳，能夠有效的防止K、G區(qū)銅片受外力影響產(chǎn)生變形，同時(shí)，機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)也大大提高了生產(chǎn)效率(粗鋁線鍵壓的生產(chǎn)效率600只/小時(shí) /臺(tái)，自動(dòng)上芯裁片機(jī)的生產(chǎn)效率3000只/小時(shí)/臺(tái))。為了保證在焊接燒結(jié)過程中，銅片與芯片、框架底板保持準(zhǔn)確的位置，引線框架底板的管腳部位采取了 V溝設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)銅片位置也配合設(shè)計(jì)了 V溝結(jié)構(gòu)，以保證銅片焊接燒結(jié)的位置準(zhǔn)確度。銅片的材料采用0. 2mm厚度KFC電解銅，膨脹系數(shù)為1. 7X 10-5/°C，熱導(dǎo)率394W/ (m*k)，銅的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)大于鋁，這樣可以有效的保證芯片的散熱能夠順利的通過銅片傳出，從而提高大功率器件的電流能力。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、可以使用導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能更加優(yōu)良的銅代替鋁來傳導(dǎo)芯片與引線框架的連接；
2、減小銅片與芯片的直接接觸面積后，防止銅片因膨脹系數(shù)大而使芯片受橫向剪切力而損壞的可能；
3、銅片采用卷帶式設(shè)計(jì)，采用機(jī)械自動(dòng)化沖裁裝片，大大提高了工作效率，便于批量生產(chǎn)。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)敘述。圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1側(cè)視圖。圖3為進(jìn)入自動(dòng)上芯裁片機(jī)時(shí)銅片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為銅片沖裁結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、引線框架，2、底板，3、陶瓷片，4、小底板，5、半導(dǎo)體芯片，6、管腳，7、銅片， 8、焊錫膏，9、保護(hù)腳，10、V溝。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
如圖1一4所示，本發(fā)明大功率半導(dǎo)體器件，依次包括引線框架1、底板2、設(shè)置在底板2上的陶瓷片3、設(shè)置在陶瓷片3上的小底板4、固定在小底板4上的半導(dǎo)體芯片5，所述引線框架1上設(shè)有管腳6，所述半導(dǎo)體芯片5的電極與引線框架1的管腳6通過銅片7相連接，所述銅片7呈3-6夾角的V字形結(jié)構(gòu)，所述夾角中燒結(jié)填充有焊錫膏8，所述引線框架1 的管腳上設(shè)有V溝10，所述V溝10內(nèi)燒結(jié)填充有焊錫膏8，銅片7的材料采用0. 2mm厚度 KFC電解銅，焊錫膏8成分為Pb92. 5重量份、Sn5重量份、Ag2. 5重量份。
上述大功率半導(dǎo)體器件的封裝方法，包括如下步驟
a、將已經(jīng)焊接組立的引線框架1放入自動(dòng)上芯裁片機(jī)的上料機(jī)構(gòu)，芯片安裝位置、管腳V溝10上點(diǎn)入適量的焊錫膏8 ；
b、采用自動(dòng)上芯裁片機(jī)在引線框架1上裝入半導(dǎo)體芯片5，分別在芯片的K區(qū)、G區(qū)位置點(diǎn)上適量的焊錫膏8 ；
c、在芯片5及引線框架管腳6上貼上銅片7，銅片7采用卷帶式設(shè)計(jì)，在自動(dòng)上芯裁片機(jī)上根據(jù)卷帶兩側(cè)的定位孔定位，沖裁后真空吸嘴將其吸到已經(jīng)點(diǎn)好焊錫膏8的芯片5及引線框架1上，卷帶兩側(cè)設(shè)置保護(hù)腳9保護(hù)銅片7 ；
d、將裝好銅片7并經(jīng)預(yù)烘的引線框架1裝入石墨治具放入燒結(jié)爐燒結(jié)，工藝條件如
下
工藝設(shè)備10溫區(qū)隧道燒結(jié)爐
工藝條件10溫區(qū)隧道燒結(jié)爐爐溫分別為330 V、350 V、280 V、300 V、400 V、380 V、 430°C、450°C、340°C、36(rC，氣體流量氮?dú)?0NL/MIN，氫氣6NL/MIN 冷卻水流量6L/MIN，溫度13°C，工件步進(jìn)時(shí)間12秒
工藝方法將裝好工件的石墨治具放入具有保護(hù)和還原氣體即氮?dú)夂蜌錃獾臓t膛內(nèi)完成焊料中助焊劑的揮發(fā)、焊料的熔化、工件的冷卻等過程，從而完成芯片與銅片的焊接燒結(jié)；
e、將燒結(jié)完成的工件經(jīng)清洗去除助焊劑殘留后再經(jīng)環(huán)氧樹脂包封及其他工序后完成產(chǎn)品的封裝過程。實(shí)施例2
如圖1一4所示，本發(fā)明大功率半導(dǎo)體器件，依次包括引線框架1、底板2、設(shè)置在底板2上的陶瓷片3、設(shè)置在陶瓷片3上的小底板4、固定在小底板4上的半導(dǎo)體芯片5，所述引線框架1上設(shè)有管腳6，所述半導(dǎo)體芯片5的電極與引線框架1的管腳6通過銅片7相連接，所述銅片7呈3-6夾角的V字形結(jié)構(gòu)，所述夾角中燒結(jié)填充有焊錫膏8，所述引線框架1 的管腳上設(shè)有V溝10，所述V溝10內(nèi)燒結(jié)填充有焊錫膏8，銅片7的材料采用0. 2mm厚度 KFC電解銅，焊錫膏8成分為Pb92. 5重量份、Sn5重量份、Ag2. 5重量份。上述大功率半導(dǎo)體器件的封裝方法，包括如下步驟
a、將已經(jīng)焊接組立的引線框架1放入自動(dòng)上芯裁片機(jī)的上料機(jī)構(gòu)，芯片安裝位置、管腳V溝10上點(diǎn)入適量的焊錫膏8 ；
b、采用自動(dòng)上芯裁片機(jī)在引線框架1上裝入半導(dǎo)體芯片5，分別在芯片的K區(qū)、G區(qū)位置點(diǎn)上適量的焊錫膏8 ；
c、在芯片5及引線框架管腳6上貼上銅片7，銅片7采用卷帶式設(shè)計(jì)，在自動(dòng)上芯裁片機(jī)上根據(jù)卷帶兩側(cè)的定位孔定位，沖裁后真空吸嘴將其吸到已經(jīng)點(diǎn)好焊錫膏的芯片5及引線框架1上，卷帶兩側(cè)設(shè)置保護(hù)腳9保護(hù)銅片7 ；
d、將裝好銅片7并經(jīng)預(yù)烘的引線框架1裝入石墨治具放入燒結(jié)爐燒結(jié)，工藝條件如
下
工藝設(shè)備10溫區(qū)隧道燒結(jié)爐
工藝條件10溫區(qū)隧道燒結(jié)爐爐溫分別為350 V、370 V、280 V、300 V、420 V、400 V、 430°C、450°C、380°C、36(rC，氣體流量氮?dú)?5NL/MIN，氫氣8NL/MIN冷卻水流量8L/MIN，溫度15°C，工件步進(jìn)時(shí)間12秒
工藝方法將裝好工件的石墨治具放入具有保護(hù)和還原氣體即氮?dú)夂蜌錃獾臓t膛內(nèi)完成焊料中助焊劑的揮發(fā)、焊料的熔化、工件的冷卻等過程，從而完成芯片與銅片的焊接燒結(jié)；
e、將燒結(jié)完成的工件經(jīng)清洗去除助焊劑殘留后再經(jīng)環(huán)氧樹脂包封及其他工序后完成產(chǎn)品的封裝過程。實(shí)施例3
如圖1一4所示，本發(fā)明大功率半導(dǎo)體器件，依次包括引線框架1、底板2、設(shè)置在底板2上的陶瓷片3、設(shè)置在陶瓷片3上的小底板4、固定在小底板4上的半導(dǎo)體芯片5，所述引線框架1上設(shè)有管腳6，所述半導(dǎo)體芯片5的電極與引線框架1的管腳6通過銅片7相連接，所述銅片7呈3-6夾角的V字形結(jié)構(gòu)，所述夾角中燒結(jié)填充有焊錫膏8，所述引線框架1 的管腳上設(shè)有V溝10，所述V溝10內(nèi)燒結(jié)填充有焊錫膏8，銅片7的材料采用0. 2mm厚度 KFC電解銅，焊錫膏8成分為Pb92. 5重量份、Sn5重量份、Ag2. 5重量份。上述大功率半導(dǎo)體器件的封裝方法，包括如下步驟
a、將已經(jīng)焊接組立的引線框架1放入自動(dòng)上芯裁片機(jī)的上料機(jī)構(gòu)，芯片安裝位置、管腳V溝10上點(diǎn)入適量的焊錫膏8 ；
b、采用自動(dòng)上芯裁片機(jī)在引線框架1上裝入半導(dǎo)體芯片5，分別在芯片的K區(qū)、G區(qū)位置點(diǎn)上適量的焊錫膏8 ；
c、在芯片5及引線框架管腳6上貼上銅片7，銅片7采用卷帶式設(shè)計(jì)，在自動(dòng)上芯裁片機(jī)上根據(jù)卷帶兩側(cè)的定位孔定位，沖裁后真空吸嘴將其吸到已經(jīng)點(diǎn)好焊錫膏8的芯片5及引線框架1上，卷帶兩側(cè)設(shè)置保護(hù)腳9保護(hù)銅片7 ；
d、將裝好銅片7并經(jīng)預(yù)烘的引線框架1裝入石墨治具放入燒結(jié)爐燒結(jié)，工藝條件如
下
工藝設(shè)備10溫區(qū)隧道燒結(jié)爐
工藝條件10溫區(qū)隧道燒結(jié)爐爐溫分別為350 V、370 V、320 V、300 V、420 V、400 V、 430°C、470°C、38(TC、36(rC，氣體流量氮?dú)?0NL/MIN，氫氣8NL/MIN 冷卻水流量10L/MIN，溫度17°C，工件步進(jìn)時(shí)間12秒
工藝方法將裝好工件的石墨治具放入具有保護(hù)和還原氣體即氮?dú)夂蜌錃獾臓t膛內(nèi)完成焊料中助焊劑的揮發(fā)、焊料的熔化、工件的冷卻等過程，從而完成芯片與銅片的焊接燒結(jié)；
e、將燒結(jié)完成的工件經(jīng)清洗去除助焊劑殘留后再經(jīng)環(huán)氧樹脂包封及其他工序后完成產(chǎn)品的封裝過程。
權(quán)利要求
1.一種大功率半導(dǎo)體器件，依次包括引線框架、底板、設(shè)置在底板上的陶瓷片、設(shè)置在陶瓷片上的小底板、固定在小底板上的半導(dǎo)體芯片，所述引線框架上設(shè)有管腳，其特征是 所述半導(dǎo)體芯片的電極與引線框架的管腳通過銅片相連接，所述銅片呈3-6夾角的V字形結(jié)構(gòu)，所述夾角中燒結(jié)填充有焊錫膏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率半導(dǎo)體器件，其特征是所述引線框架的管腳上設(shè)有V溝，所述V溝內(nèi)燒結(jié)填充有焊錫膏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率半導(dǎo)體器件，其特征是銅片的材料采用0.2mm 厚度KFC電解銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率半導(dǎo)體器件，其特征是所述焊錫膏成分為 Pb92. 5重量份、Sn5重量份、Ag2. 5重量份。
5.一種大功率半導(dǎo)體器件的封裝方法，其特征是包括如下步驟a、將已經(jīng)焊接組立的引線框架放入自動(dòng)上芯裁片機(jī)的上料機(jī)構(gòu)，芯片安裝位置、管腳V 溝上點(diǎn)入適量的焊錫膏；b、采用自動(dòng)上芯裁片機(jī)在引線框架上裝入半導(dǎo)體芯片，分別在芯片的K區(qū)、G區(qū)位置點(diǎn)上適量的焊錫膏；C、在芯片及引線框架管腳上貼上銅片，銅片采用卷帶式設(shè)計(jì)，在自動(dòng)上芯裁片機(jī)上根據(jù)卷帶兩側(cè)的定位孔定位，沖裁后真空吸嘴將其吸到已經(jīng)點(diǎn)好焊錫膏的芯片及引線框架上，卷帶兩側(cè)設(shè)置保護(hù)腳保護(hù)銅片；d、將裝好銅片并經(jīng)預(yù)烘的引線框架裝入石墨治具放入燒結(jié)爐燒結(jié)，工藝條件如下工藝設(shè)備10溫區(qū)隧道燒結(jié)爐，工藝條件10溫區(qū)隧道燒結(jié)爐爐溫分別為350 士 20 V、350 士 20°C、300 士 20°C、 300 士 20 °C、400 士 20 °C、400 士 20 °C、450 士 20 °C、450 士 20 °C、360 士 20 °C、360 士 20 °C，氣體流量氮?dú)?55NL/MIN，氫氣82NL/MIN，冷卻水流量82L/MIN，溫度152°C，工件步進(jìn)時(shí)間12秒，工藝方法將裝好工件的石墨治具放入具有保護(hù)和還原氣體即氮?dú)夂蜌錃獾臓t膛內(nèi)完成焊料中助焊劑的揮發(fā)、焊料的熔化、工件的冷卻等過程，從而完成芯片與銅片的焊接燒結(jié)；e、將燒結(jié)完成的工件經(jīng)清洗去除助焊劑殘留后再經(jīng)環(huán)氧樹脂包封及其他工序后完成產(chǎn)品的封裝過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率半導(dǎo)體器件，依次包括引線框架、底板、陶瓷片、小底板、半導(dǎo)體芯片，引線框架上設(shè)有管腳，其特征是半導(dǎo)體芯片的電極與引線框架的管腳通過銅片連接，銅片呈3-6夾角的V字形結(jié)構(gòu)，夾角中燒結(jié)填充有焊錫膏。上述大功率半導(dǎo)體器件的封裝方法，包括如下步驟a、將引線框架放入裁片機(jī)的上料機(jī)構(gòu)，芯片安裝位置、管腳V溝上點(diǎn)入焊錫膏；b、在裁片機(jī)上裝入芯片；c、分別在芯片的K區(qū)、G區(qū)位置點(diǎn)上焊錫膏；d、在芯片及引線框架管腳上貼上銅片；e、將裝好銅片的引線框架裝入石墨治具放入燒結(jié)爐燒結(jié)，f、將燒結(jié)完成的工件去除助焊劑殘留后再包封完成產(chǎn)品的封裝過程。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是使用壽命久、工作效率高。
文檔編號(hào)H01L21/56GK102254889SQ201110186118
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者嚴(yán)巧成, 吳家健, 徐曉峰, 徐洋, 王琳, 黃健 申請(qǐng)人:啟東市捷捷微電子有限公司