一种大功率半导体器件的电极与硅片的焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种大功率半导体器件的电极与硅片的焊接方法。
【背景技术】
[0002]在大功率半导体器件的制造中，不同的材料的热膨胀系数不同，因此焊接接合处会产生不同的热应变。由于焊接区域的热应变以及在半导体材料焊接时会产生的热量。有时会使半导体元件的位置发生偏移、焊料覆盖不全等问题。而这些不良情况亟待解决。
[0003]铅是一种对人体有害的有毒物质，电子制造业中大量使用的锡铅合金(Sn/Pb)焊料对土壤和空气环境产生了严重的铅污染。因此，实现电子制造业绿色化是势在必行的举措。近几年市场上的焊料成分也逐步从锡/铅焊料转变成以锡/银、锡/锌、锡/铋为主，再添加其他金属元素的合金焊料。但无铅焊料在加工时易脆化损坏。
[0004]因此如何得到高焊接结合强度和高可靠性的无铅焊料也是需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足而提供一种高可靠性、焊接结合强度高的大功率半导体器件的电极与硅片焊接方法。创新点在于提供一种含有锡(Sn)基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不超过3重量％的银(Ag)，不超过0.2重量％的钛(Ti)和不超过0.2重量％的镍(Ni)。
[0006]本发明所提出的半导体器件硅片与电极焊接装置包括:电极、具有导体图案的半导体硅片、散热板。其结构从底部到顶部，分别是散热板、焊料、半导
[0007]体硅片、焊料、电极。散热板选用热导率高且价格便宜的铜板制成。
[0008]本发明所提出的无铅焊料，成分如下:含有I重量％至3重量％的银(Ag)，0.01重量％至0.2重量％的钛(Ti), 0.01重量％至0.2重量％的镲(Ni)以及余量的锡(Sn)和不可避免的杂质元素。
[0009]该无铅焊料可以制成焊膏、焊条、焊带、焊丝。
[0010]通过该焊料可以将散热板与半导体硅片、电极与半导体硅片相连。
[0011]将上述准备好的包含半导体硅片、焊料、电极、绝缘层、焊料、散热板的焊接装置放入加热设备，使所述焊料被加热到等于或高于所述焊料的熔点温度，进行焊接结合，再冷却至室温。
[0012]完成焊接后，电极、半导体硅片、散热板电气相连接合。
[0013]如上所述，本发明的大功率半导体器件的电极与硅片的焊接方法，同时将焊料设置在电极和半导体硅片之间、半导体硅片和散热板之间，可以提高焊接效率和可靠性。另夕卜，本发明的焊料可以应用于多种电子器件焊接，由于该焊料是无铅焊料，既不会造成环境污染，又能提供良好的焊接效果。
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例的半导体器件电极与硅片焊接装置的剖面结构图。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]在电炉内熔化原料锡(Sn)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)制备焊料。其中，所用的材料纯度均大于或等于99.99%，且材料成分如下:1重量％至3重量％的银(Ag)，0.01重量％至0.2重量％的钛(Ti)，0.01重量％至0.2重量％的镲(Ni)以及余量的锡(Sn)和不可避免的杂质元素。
[0017]接下来描述使用上述焊料的大功率半导体器件电极与硅片的焊接方法。图1是表示实施方式的半导体器件电极与硅片焊接装置的剖面结构图。参见图1，图中装置从底部到顶部，分别是散热板11、焊料12、半导体硅片13、焊料14、电极15 ;半导体硅片13具有导体图案，通过焊料可以将半导体硅片13与电极15相连。半导体硅片和散热板之间附着有上述焊料而接合。电极15和散热板11选用热导率高且价格便宜的铜板制成。
[0018]将上述电极、焊料、半导体硅片、焊料、散热板放入加热设备进行焊料熔化焊接。使所述焊料被加热到等于或高于所述焊料的熔点温度，进行焊接结合，再冷却至室温。完成焊接后，电极、半导体硅片、散热板电气相连接合。
[0019]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种无铅焊料，其特征是，成分如下:含有I重量％至3重量％的银(Ag)，0.01重量％至0.2重量％的钛(Ti)，0.0l重量％至0.2重量％的镲(Ni)以及余量的锡(Sn)和不可避免的杂质元素。
2.一种大功率半导体器件的电极与硅片的焊接方法，其特征是，包括如下步骤: 步骤1，将无铅焊料设置在具有导体图案的硅片和电极之间、绝缘层和散热板之间组成焊接装置，该装置从底部到顶部，分别是散热板(11)、焊料(12)、半导体硅片(13)、焊料(14)、电极(15)； 步骤2，将放好焊料的该焊接装置放入加热设备； 步骤3，加热该焊接装置，使得所述焊料被加热到等于或高于所述焊料的熔点温度，进行焊接结合； 步骤4，将所述装置冷却至室温。
3.根据权利要求2所述的一种大功率半导体器件的电极与硅片的焊接方法，其特征是，所述焊接装置的半导体硅片是表面生成具有铝金属导体图案的半导体硅片。
4.根据权利要求2所述的一种大功率半导体器件的电极与硅片的焊接方法，其特征是，所述焊接装置的散热板为铜板。
【专利摘要】本发明提供一种大功率半导体器件的电极与硅片的焊接方法，该方法在散热板和半导体硅片、电极和半导体硅片之间设置焊料，将上述装置加热后使得焊料熔化而焊接结合。本发明还提供了一种无铅焊料，所述焊料包含不超过3重量％的银，不超过0.2重量％的钛，不超过0.2重量％的镍以及余量的锡。该无铅焊料对于焊接电子部件等具有较高可靠性。
【IPC分类】H01L23-488, H01L23-10, H01L21-60, H01L21-50
【公开号】CN104617070
【申请号】CN201410821016
【发明人】郑阳春
【申请人】余姚亿威电子科技有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月24日