一种半导体封装工艺及应用于该工艺的石墨舟结构的制作方法

1.本技术涉及半导体封装的技术领域，尤其是涉及一种半导体封装工艺及应用于该工艺的石墨舟结构。


背景技术：

2.在半导体器件（肖特基、稳压、标准高压、瞬变电压抑制二极管等）的生产过程中，芯片焊接是封装过程中的重点控制工序，此工艺的目的是将芯片通过融化的合金焊料（锡膏）粘结在引线框架上，使芯片的集电极与引线框架的散热片形成良好的欧姆接触和散热通路。
3.相关技术中的芯片焊接工序为，将上引线框架和下引线框架固定在粘胶机台面上，将锡膏点涂到上引线框架和下引线框架的焊接点位上；芯片通过分向筛盘进行分向正位后，再用吸笔将芯片转换到下框架的焊接点位上；然后将上框架和下框架上的焊接点位重合；再将上引线框架和下引线框架装填到焊接舟中，此时上引线框架和下引线框架在水平方向上交错叠置；将焊接舟放入焊接炉，焊接炉对上引线框架和下引线框架的锡膏进行加热，锡膏熔融后重新凝结，形成对上引线框架、下引线框架以及芯片三者的焊接，使整流芯、上引线框架、下引线框架三者形成欧姆接触。
4.由于相关技术中芯片与上引线框架和下引线框架的焊接主要采用锡膏焊接，锡膏自身的成本较高，且锡膏自身含有大量的助焊剂，焊接过程中容易产生空洞，锡膏焊接完成后会有大量的助焊剂残留，影响芯片在上引线框架和下引线框架上焊接的稳定性，因此，存在待改进之处。


技术实现要素：

5.为了改善锡膏焊接芯片的缺陷，本技术提供了一种半导体封装工艺及应用于该工艺的石墨舟结构。
6.本技术提供的一种半导体封装工艺采用如下的技术方案：一种半导体封装工艺，包括以下步骤：s1，将下引线框架限位安装在第一石墨载体上；s2，在下引线框架的焊接点位上放置芯片，所述芯片的数量至少设置为一个，任一所述芯片相对的两侧设置有焊片；s3，对齐上引线框架和下引线框架的焊接位点，此时所述焊片和所述芯片被夹持在所述下引线框架的焊接点位以及所述上引线框架的焊接点位之间，同时将上引线框架限位安装在第一石墨载体上，并将第二石墨载体盖设在第一石墨载体上；其中，所述第一石墨载体和第二石墨载体厚度方向的两侧至少设置有一个焊接单元区，所述下引线框架、上引线框架、焊片以及芯片位于焊接单元区内构成焊接单元，所述焊接单元的数量沿第一石墨载体和第二石墨载体的厚度方向至少设置有一个；s4，将第一石墨载体、焊接单元和第二石墨载体放置在焊接炉内进行加热焊接。
7.通过采用上述技术方案，通过在上引线框架和下引线框架之间依次交替设置焊片和芯片，焊片替换锡膏实现芯片在上引线框架和下引线框架之间的欧姆连接，锡膏相比较，
焊片材料具有较低的成本，有效降低了芯片在上引线框架和下引线框架之间的焊接成本，同时焊片自身不含助焊剂，有效避免芯片焊接完成后助焊剂的析出，提高芯片在上引线框架和下引线框架上焊接安装的稳定性，焊片不含助焊剂，改善焊接过程中焊点处产生空洞的问题。
8.可选的，还包括s0，开设限位槽和设置限位桩，在上引线框架和下引线框架位于焊接位点的一侧均开设限位槽，在第一石墨载体位于上引线框架和下引线框架的焊接位点的周侧设置限位桩，且限位桩分别与上引线框架和下引线框架上的限位槽形成限位插接安装，且所述限位桩与对应的限位槽之间设置有热形变间隙。
9.通过采用上述技术方案，通过开设限位槽并设置限位桩，利用限位槽与限位桩之间的卡接配合实现上引线框架和下引线框架在第一石墨载体上的固定安装，提高上引线框架和下引线框架在第一石墨载体上固定安装的稳定性。
10.可选的，s0还包括设置变形槽和料槽，采用ansys热模拟软件对第一石墨载体进行热变形模拟，并根据模拟数据计算出变形槽的开设位置、开设形状和开设尺寸，之后在第一石墨载体上进行变形槽和料槽的开设；s0还包括s01，采用ansys热模拟软件对第一石墨载体进行热变形模拟，并根据模拟数据计算出合适的热形变间隙的尺寸大小，对限位桩的尺寸做修整。
11.通过采用上述技术方案，采用ansys热模拟软件计算得出变形槽的相关参数，变形槽对第一石墨载体的变形进行避让，降低第一石墨载体的内应力，降低第一石墨载体的变形作用对其自身使用寿命的影响，上引线框架的焊接点位和下引线框架的焊接点位置于料槽内，料槽实现了对上引线框架、下引线框架以及焊片和芯片的限位，提高四者叠合后的稳定性，保证上引线框架、下引线框架以及芯片之间的焊接效果，提高上引线框架和下引线框架在第一石墨载体上固定安装的稳定性。
12.可选的，s1中，将下引线框架的限位槽与第一石墨载体的限位桩形成插接配合；s2中，依次在下引线框架的焊接位点上放置一个焊片、芯片以及另一个焊片；s3中，将上引线框架的焊接位点放置在最上侧的焊片上，且使得上引线框架的限位槽与第一石墨载体的限位桩实现插接限位安装；通过采用上述技术方案，将焊片置于芯片的两侧，提高芯片与上引线框架以及芯片与下引线框架之间的焊接连接效果。
13.本技术还提供了一种应用于上述半导体封装工艺的石墨舟结构。
14.本技术提供的一种石墨舟结构采用如下的技术方案：一种石墨舟结构，包括第一石墨载体和第二石墨载体，所述第一石墨载体和所述第二石墨载体完全相同，所述第一石墨载体包括承载板，所述变形槽、所述料槽、所述限位槽以及所述限位桩均设置在所述承载板上。
15.通过采用上述技术方案，通过设置承载板，承载板做为基体用于开设变形槽、料槽以及限位槽，用于安装限位桩，便于上引线框架和下引线框架的相对定位安装。
16.可选的，任一所述料槽的槽底开设有导热孔，所述导热孔贯穿所述承载板设置。
17.通过采用上述技术方案，导热孔便于焊接炉内的热量快速沿导热孔传递至下引线框架焊接芯片的端面处，实现对焊片的快速加热融化，提高芯片在上引线框架和下引线框架上的焊接效率，同时降低焊接炉的能耗，降低芯片的焊接成本。
18.可选的，所述承载板上贯穿开设有用于将其自身在焊接炉内进行定位的定位孔。
19.通过采用上述技术方案，定位孔便于焊接炉的固定夹具上定位装置的穿设配合，实现石墨舟在固定夹具上的定位。
20.可选的，所述承载板上开设有便于将承载板固定安装在焊接炉内的阶梯孔。
21.通过采用上述技术方案，料舟安装在焊接炉内的过程中，将固定件穿过阶梯孔与固定夹具固定安装即可，阶梯孔便于实现料舟在固定夹具上的固定，阶梯孔同时实现固定件的沉头设置，降低对第二石墨载体盖设的干扰。
22.可选的，所述承载板的端面贯穿开设有多个散热孔。
23.通过采用上述技术方案，散热孔便于承载板自身的冷却，提高料舟的散热冷却效率，从而提高焊片的冷凝效率。
24.可选的，所述承载板的端面上设置有叠合柱，所述承载板背离所述叠合柱的端面开设有叠合孔，所述叠合柱插接安装在相邻承载板的叠合孔内。
25.通过采用上述技术方案，多个焊接单元叠合设置时，或第二石墨载体盖设在焊接单元上时，焊接单元承载板上的叠合柱插接在相邻焊接单元承载板上的叠合孔内，或者焊接单元承载板上的叠合柱插接在第二石墨载体承载板上开设的叠合孔内，实现相邻承载板之间叠合的稳定性，提高承载单元叠合的稳定性，提高第二石墨载体在承载单元上盖设的稳定性。
26.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.通过在上引线框架和下引线框架之间依次交替设置焊片和芯片，焊片替换锡膏实现芯片在上引线框架和下引线框架之间的欧姆连接，焊片材料具有较低的成本，有效降低了芯片在上引线框架和下引线框架之间的焊接成本，同时焊片自身不含助焊剂，有效避免芯片焊接完成后助焊剂的析出，提高芯片在上引线框架和下引线框架上焊接安装的稳定性，焊片不含助焊剂，改善焊接过程中焊点处产生空洞的问题。
附图说明
27.图1是本技术实施例的整体结构示意图。
28.图2是本技术实施例为展示第一石墨载体的结构示意图。
29.图3是图2中a结构的局部放大示意图。
30.图4是本技术实施例为展示下引线框架的结构示意图。
31.图5是图4中b结构的局部放大示意图。
32.附图标记说明：1、下引线框架；2、第一石墨载体；3、焊片；4、芯片；5、上引线框架；6、焊接单元；7、第二石墨载体；8、变形槽；9、料槽；10、限位槽；11、限位桩；12、承载板；13、导热孔；14、定位孔；15、阶梯孔；16、散热孔；17、叠合柱；18、叠合孔。
具体实施方式
33.以下结合附图1-5对本技术作进一步详细说明。
34.本技术实施例公开一种石墨舟结构。
35.参照图1和图2，一种石墨舟结构包括呈长方体设置的第一石墨载体2和第二石墨载体7，第二石墨载体7与第一石墨载体2的规格参数完全相同，现以第一石墨载体2为例进
行阐述。
36.第一石墨载体2包括由石墨材料制成的承载板12，承载板12厚度方的两侧至少设置有一个焊接单元区，本技术实施例中，焊接单元区设置有一个，承载板12位于焊接单元区开设有多个料槽9，料槽9的数量设置为多个，且以16行*20列的阵列方式开设在承载板12上。承载板12上一体成型有多个限位桩11，限位桩11四个为一组设置在任一料槽9的四周，且沿第一石墨载体2宽度方向的两相邻料槽9之间共用同一限位桩11。
37.参照图2和图3，料槽9的槽底贯穿承载板12开设有导热孔13，导热孔13的数量与料槽9的数量相同，均设置为320个，且导热孔13与料槽9一一对应设置。承载板12的端面贯穿开设有多个散热孔16，其中部分散热孔16两个为一组共12组等间距对称分布在承载板12靠近两侧的位置，另一部分散热孔16三个为一组共10组等间距穿插设置在各列料槽9之间，且三个散热孔16共线设置。
38.料槽9长度方向二等分线的位置开设有变形槽8，变形槽8为盲槽。
39.承载板12沿长度方向靠近两端的位置贯穿开设有定位孔14，定位孔14位于承载板12宽度方向的中心位置，定位孔14的数量设置为两个。承载板12的承载面靠近侧壁的位置贯穿开设有多个阶梯孔15，阶梯孔15的数量设置为3个，且沿承载板12的长度方向等间距设置。
40.承载板12的承载端面上一体成型有叠合柱17，叠合柱17的数量设置为两个，且呈对角分布在承载板12的两侧。承载板12的另一端面上开设有叠合孔18，叠合孔18的形状以及开设位置与叠合柱17相对应，当多个石墨舟叠合放置时，叠合住插接安装在相邻承载板12的叠合孔18内。
41.参照图4和图5，本技术实施例还公开一种采用上述石墨舟结构的半导体封装工艺包括如下工艺简述：s0，设置上述的石墨舟结构，使其具有变形槽8、料槽9以及限位桩11、定位孔14、阶梯孔15、叠合柱17、叠合孔18结构；s01，在上引线框架5和下引线框架1上开设限位槽10结构，该限位槽10与限位桩11之间形成插接限位配合；s1，将下引线框架1限位安装在第一石墨载体2上；s2，在下引线框架1的焊接位点上叠放芯片4和焊片3；s3，将上引线框架5限位安装在第一石墨载体2上；s4，在安装完成的第一石墨载体2顶端盖设第二石墨载体7；s5，将安装完成的第一石墨载体2和第二石墨载体7一同放入焊接炉内进行加热焊接。
42.通过在上引线框架5和下引线框架1之间设置焊片3和芯片4，焊片3替换锡膏实现芯片4在上引线框架5和下引线框架1之间的欧姆连接，与锡膏相比较，焊片3材料具有较低的成本，有效降低了芯片4在上引线框架5和下引线框架1之间的焊接成本，同时焊片3自身不含助焊剂，有效避免芯片4焊接完成后助焊剂的析出，提高芯片4在上引线框架5和下引线框架1上焊接安装的稳定性，焊片3不含助焊剂，改善焊接过程中焊点处产生空洞的问题。
43.焊片封装半导体工艺的具体操作工序为：第一步，将芯片4和预制成型的焊片3装入smt贴片机的真空模板。
44.第二步，采用ansys热模拟软件对第一石墨载体2进行热变形模拟，并根据模拟数据计算出合适的变形槽8开设位置、开设形状和开设尺寸，之后在第一石墨载体2上开设变形槽8，并根据上引线框架5和下引线框架1的位置在第一石墨载体2上开设与其焊接位点形成嵌设配合的料槽9。
45.第三步，采用ansys热模拟软件对第一石墨载体2进行热变形模拟，在上引线框架5和下引线框架1焊接点位的一侧上均开设与限位桩11形成的限位槽10，根据模拟数据计算出限位桩11和限位槽10之间的合适距离，并对限位桩11的尺寸进行修订，以防止受热形变后，上框架与下框架之间发生挤压形变。
46.第四步，将下引线框架1限位安装在第一石墨载体2上，将下引线框架1的限位槽10与第一石墨载体2上的限位桩11限位插接配合。下引线框架1包括多个焊接点位，焊接点位的数量与料槽9的数量相同，均设置为320个，多个焊接点位一体成型设置，焊接点位的一端嵌合安装在料槽9的槽底。下引线框架1位于焊接点的一侧开设有限位槽10，当下引线框架1限位安装在第一石墨载体2上时，第一石墨载体2上的限位桩11与焊接点位上的限位槽10插接限位配合，限位桩11与对应的限位槽10之间设置有热形变间隙。
47.第五步，使用smt贴片机在下引线框架1焊接点位上依次放置焊片3、芯片4以及另一个焊片3。在其他实施例中，芯片4的数量还可设置为两个或多个，对应地，任一芯片相对的两侧均设置有一个焊片；将第一石墨载体2和第二石墨载体7运至smt的贴片机内，并将第一石墨载体2固定安装在smt贴片机的固定夹具上，smt贴片机通过真空盘阵列将焊片3和芯片4从模板转移到下引线框架1上。此过程中，定位孔14与smt贴片机上的定位结构相互配合，提高第一石墨载体2在smt贴片机固定夹具的安装座上。
48.第六步，将上引线框架5限位安装在第一石墨载体2上，上引线框架5包括多个焊接点位，焊接点位的数量与料槽9的数量相同，均设置为320个，多个焊接点位一体成型设置，焊接点位的一端压合在上部焊片3的上表面。上引线框架5位于其焊接点位的一侧同样开设限位槽10，当上引线框架5限位安装在第一石墨载体2上时，该限位槽10与第一石墨载体2上的限位桩形成插接限位配合。
49.第七步，盖设第二石墨载体7，下引线框架1、上引线框架5、焊片3以及芯片4构成焊接单元6，在焊接单元6的上方盖设第二石墨载体7，第一石墨载体2上的叠合柱17插入第二石墨载体7的叠合孔18内，实现第二石墨载体7在焊接单元6上方的盖设。叠合柱17和叠合孔18的配合，提高第二石墨载体7在承载单元上盖设的稳定性。
50.第八步，使用焊接炉对焊接单元6进行加热，焊片3受热融化然后重新凝结实现焊片3在上引线框架5和下引线框架1的焊接安装。此过程中，石墨舟会受热发生膨胀变形，变形槽8的设置为承载板12的变形留出一定的避让空间，降低承载板12受热膨胀发生涨裂的风险。导热孔13的设备便于焊接炉的热量更快，更充分的流通至料槽9内，便于置于料槽9内的焊片3的融化。散热孔16便于承载板12自身的冷却，提高料舟的散热冷却效率，从而提高焊片3的冷凝效率。
51.本技术实施例一种半导体封装工艺的实施原理为：第一步，设置石墨舟结构；第二步，将下引线框架1固定安装在第一石墨载体2上；第三步，使用smt贴片机将焊片3和芯片4叠放在下引线框架1上；第四步，将上引线框架5固定安装在下引线框架1上；第五步，焊接单
元6上方盖设第二石墨载体7；第六步，将焊接单元6和第二石墨载体7转运至焊接炉内进行焊接。
52.焊片3替换锡膏实现芯片4在上引线框架5和下引线框架1之间的欧姆连接，焊片3材料具有较低的成本，有效降低了芯片4在上引线框架5和下引线框架1之间的焊接成本，同时焊片3自身不含助焊剂，有效避免芯片4焊接完成后助焊剂的析出，提高芯片4在上引线框架5和下引线框架1上焊接安装的稳定性，焊片3不含助焊剂，改善焊接过程中焊点处产生空洞的问题。
53.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。