基于IGBT模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺的制作方法

基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺
技术领域
1.本发明涉及焊接技术领域，具体为基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺。


背景技术：

2.对大功率绝缘栅双极性晶体管(igbt)而言，在众多的封装环节中，焊接工艺对igbt模块的寿命和可靠性起着至关重要的作用，也是封装过程的核心技术。检验焊接质量最重要的标准就是焊接的空洞率，当空洞率高于一定数值时，则会影响焊接层的热传导，导致器件局部过热，引起失效。因此，焊接空洞率的高低对igbt模块的性能和长期可靠性有着较大的影响。
3.igbt模块一般由igbt芯片、二极管芯片、焊料、陶瓷覆铜板(dbc)、键合引线、散热铜基板、外壳等按照工艺文件封装而成。其中芯片与dbc之间、dbc与铜基板之间需要通过锡进行焊接，进行电气传输。小面积dbc与铜基板之间的焊接工艺是很好控制的，当dbc的面积超过一定的尺寸后，采用传统的焊接工艺会出现大面积锡珠，造成空洞过大，超过标准值，进行影响器件的性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺，具体包括如下步骤：dbc印刷
→
芯片贴装
→
铜基板钢网清洗
→
铜基板印刷
→
芯片、dbc、铜基板、ntc装配
→
真空回流焊接
→
空洞检测，陶瓷覆铜板包括铜基板、第一dbc陶瓷覆铜板、第二dbc陶瓷覆铜板、锡膏、igbt芯片、ntc热敏电阻和铜基板钢网。
7.作为优选，所述dbc印刷具体为通过丝网印刷的方式将锡膏印刷至第二dbc陶瓷覆铜板的上表面。
8.作为优选，所述芯片贴装具体为将igbt芯片贴装至锡膏的上表面。
9.作为优选，所述铜基板钢网清洗具体为在室温下用酒精浸泡10-15min,超声清洗30s。
10.作为优选，所述铜基板钢网与第一dbc陶瓷覆铜板相匹配，且与第一dbc陶瓷覆铜板的面积比为90-95％。
11.作为优选，所述铜基板钢网的顶面开设有若干开口，铜基板钢网其中两个对角处开设有用于印刷定位的固定凹槽。
12.作为优选，所述开口为沟槽式方形结构，深度为0.2-0.3mm，沟槽宽度为0.3-0.5mm。
13.作为优选，所述真空流焊接的具体工艺包括如下步骤：
14.s11：抽真空到55pa，充氮气5s,抽真空到35pa；
15.s12：充氮气与甲酸15s，加热到283℃，加热速率为0.30℃/s，保温350s,前170s低速抽，充氮气20s，后续时间快速抽真空，最后充氮气冷却。
16.作为优选，所述空洞检测采用x-ray检查机进行检测，空洞率在0-1％以内。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.1、本基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺中，采用防锡珠开口方式，将钢网形状开口更改为沟槽式方形结构，钢网与dbc的面积比为95％，厚度为0.25mm，沟槽宽度为0.4mm，采用沟槽式开口有利于锡膏融化后气泡的排出。
19.2、本基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺中，针对大面积dbc焊接，在使用钢网前进行酒精浸泡擦拭，这样不会使残留在钢网孔壁的锡颗粒印在铜基板上。
20.3、本基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺中，印刷到焊接之间的间隔时间不超过30min，使得锡膏接触空气后，颗粒表面不会产生氧化，使回流后锡颗粒可以有效的结合，防止溢出。
21.4、本基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺中，延缓升温速率，使锡膏适应温度的变化，焊料可以融化均匀；
22.5、本基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺中，在保温过程中抽两次真空，第一次低速抽，第二次快速抽，由于锡珠基本上是在保温第一次抽真空的过程中溢出的，第一次低速抽会使得气泡缓慢溢出，不会带出一部分的锡珠，为了保证空洞，在第二次抽真空的时候会选择快速抽，这样既可以保证dbc底部的锡膏含量又可降低空洞率。
附图说明
23.图1是本发明陶瓷覆铜板焊接的俯视结构图；
24.图2是本发明陶瓷覆铜板焊接的侧视结构图；
25.图3是本发明陶瓷覆铜板焊接中钢网俯视结构图；
26.图4是本发明焊接工艺的流程图；
27.图5是本发明真空流焊接的具体工艺曲线图。
28.图中各标号的含义：
29.1、铜基板；2、第一dbc陶瓷覆铜板；3、第二dbc陶瓷覆铜板；4、锡膏；5、igbt芯片；6、ntc热敏电阻；7、铜基板钢网；71、开口；72、固定凹槽。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.实施例1
33.基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺，如图1-4所示，具体包括如下步骤：dbc印刷
→
芯片贴装
→
铜基板钢网清洗
→
铜基板印刷
→
芯片、dbc、铜基板、ntc装配
→
真空回流焊接
→
空洞检测，陶瓷覆铜板包括铜基板1、第一dbc陶瓷覆铜板2、第二dbc陶瓷覆铜板3、锡膏4、igbt芯片5、ntc热敏电阻6和铜基板钢网7。
34.进一步的，dbc印刷具体为通过丝网印刷的方式将锡膏4印刷至第二dbc陶瓷覆铜板3的上表面，芯片贴装具体为将igbt芯片5贴装至锡膏4的上表面，铜基板钢网清洗具体为在室温下用酒精浸泡10-15min,超声清洗30s。
35.值得说明的是，铜基板钢网7与第一dbc陶瓷覆铜板2相匹配，且与第一dbc陶瓷覆铜板2的面积比为90-95％。
36.具体的，铜基板钢网7的顶面开设有若干开口71，铜基板钢网7其中两个对角处开设有用于印刷定位的固定凹槽72。
37.值得注意的是，开口71为沟槽式方形结构，深度为0.2-0.3mm，沟槽宽度为0.3-0.5mm。
38.此外，真空流焊接的具体工艺包括如下步骤：
39.s11：抽真空到55pa，充氮气5s,抽真空到35pa；
40.s12：充氮气与甲酸15s，加热到283℃，加热速率为0.30℃/s，保温350s,前170s低速抽，充氮气20s，后续时间快速抽真空，最后充氮气冷却。
41.除此之外，空洞检测采用x-ray检查机进行检测，空洞率在0-1％以内。
42.实施例2
43.以面积为3000mm2的dbc焊接为例，具体的实施步骤如下：
44.步骤一：dbc印刷，通过丝网印刷的方式将锡膏4印刷至第二dbc陶瓷覆铜板3的上表面；
45.步骤二：芯片贴装，igbt芯片5贴装至锡膏4的上表面；
46.步骤三：铜基板钢网7清洗，在室温下用酒精浸泡10min,超声清洗30s，铜基板钢网7与第二dbc陶瓷覆铜板3相匹配，与dbc2的面积比为95％，如图5所示，铜基板钢网7左下角与右上角开设不穿透的孔72，用于印刷定位，钢网形状开口71为沟槽式方形结构，厚度为0.25mm，沟槽宽度为0.4mm。
47.步骤三：铜基板印刷：采用铜基板钢网7将锡膏4印刷至铜基板1的上表面；
48.步骤四：芯片、dbc、铜基板、ntc装配，按照如图1与2的结构将印刷后的第二dbc陶瓷覆铜板3、铜基板1与芯片5、ntc6通过定位模具装配起来。
49.步骤五：真空回流焊接，将图3的结构放置在焊接炉进行焊接，第二dbc陶瓷覆铜板3印刷到焊接之间的间隔时间不超过30min。如图5所示，真空流焊接的具体工艺为：抽真空到55帕，充氮气5秒，抽真空到35帕，充氮气与甲酸15秒，加热到283摄氏度，加热速率由以前的0.38摄氏度/秒更改为0.30摄氏度/秒，保温350s，前170s低速抽，充氮气20s，后续时间快速抽真空，最后充氮气冷却；
50.步骤六：空洞检测，采用x-ray设备进行检测，空洞率在1％以内。
51.本发明基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺中：1)钢网开口为沟槽式方形，确保钢网清洁干净后印刷；2)印刷到焊接之间的间隔时间不超过30min；3)更改焊接工
艺，延长升温速率，在保温过程中抽两次真空，第一次低速抽，第二次快速抽。
52.本发明基于igbt模块大面积陶瓷覆铜板的焊接工艺中：
53.1、采用防锡珠开口方式，将钢网形状开口更改为沟槽式方形结构，钢网与dbc的面积比为95％，厚度为0.25mm，沟槽宽度为0.4mm，采用沟槽式开口有利于锡膏融化后气泡的排出；
54.2、针对大面积dbc焊接，在使用钢网前进行酒精浸泡擦拭，这样不会使残留在钢网孔壁的锡颗粒印在铜基板上；
55.3、印刷到焊接之间的间隔时间不超过30min，使得锡膏接触空气后，颗粒表面不会产生氧化，使回流后锡颗粒可以有效的结合，防止溢出；
56.4、延缓升温速率，使锡膏适应温度的变化，焊料可以融化均匀；
57.5、在保温过程中抽两次真空，第一次低速抽，第二次快速抽，由于锡珠基本上是在保温第一次抽真空的过程中溢出的，第一次低速抽会使得气泡缓慢溢出，不会带出一部分的锡珠，为了保证空洞，在第二次抽真空的时候会选择快速抽，这样既可以保证dbc底部的锡膏含量又可降低空洞率。
58.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。