CN100435304C - 基于金属球压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法 - Google Patents

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Abstract

基于金属球压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法，首先将MOSFET管芯焊接在钼片上；在Al2O3基板形成需要的电路图形，然后把钼片焊接到Al2O3基板上，将MOSFET管芯的栅极引出；铜箔电极焊接在Al2O3基板与MOSFET管芯的漏极相连接的焊盘上；在印刷电路板与MOSFET管芯源极相对应的位置点加焊料，形成金属球，把另一对铜箔电极焊接在印刷电路板与金属球相连的焊盘上，在印刷电路板的另一面制作所需驱动电路；将MOSFET管芯栅极引出线键合在印刷电路板布有驱动电路一面的相应焊盘上，再将印刷电路板与Al2O3基板组合。本发明通过焊料熔融再冷却后形成金属球，依靠印刷电路板的弹性使金属球与MOSFET管芯实现互连，替代了铝丝互连工艺，因此大大提高了模块的长期可靠性并减小了模块的体积。

Description

基于金属球压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域的电路集成模块，特别涉及一种基于金属球压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法。
背景技术
目前绝大多数电力半导体芯片的互连工艺为铝丝互连工艺，由于铝丝互连工艺存在热应力和电磁应力等原因，容易发生铝丝键合点拔起(Lifting)现象，从而导致了采用铝丝互连工艺的器件长期可靠性较差；同时，三维结构的电力电子集成模块目前得到了广泛的应用，采用铝丝互连工艺制作的模块体积较大，铝丝互联限制了模块功率密度的进一步提高。因此需要寻找一种新的可靠性高、占用空间小的芯片互连方式来代替铝丝互连工艺。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于金属球压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法，采用该方法制成的电力电子集成模块具有高可靠性以及高功率密度的优点。
为达到上述目的，本发明采用的制备方法是：首先将MOSFET管芯用回流焊工艺焊接在钼片上；其次通过沉铜、蚀刻和丝印阻焊工艺在Al2O3基板上形成需要的电路图形，并在Al2O3基板的四角对称位置预留安装孔，然后把已经焊上MOSFET管芯的钼片通过回流焊工艺焊接到Al2O3基板上构成功率底板；将MOSFET管芯的控制电极(栅极)通过铝丝键合工艺从MOSFET管芯中引出铝丝；把铜箔电极焊接在Al2O3基板与MOSFET管芯的漏极相连接的焊盘上；在印刷电路板的四周与Al2O3基板的安装孔相对应的位置开设通孔，并在印刷电路板与MOSFET管芯源极相对应的位置的焊盘上点加熔点为221℃的焊料，加热熔融，冷却后形成金属球，把另一对铜箔电极焊接在印刷电路板与金属球相连的焊盘上；在印刷电路板的另一面制作所需要的驱动电路；将MOSFET管芯的控制电极(栅极)引出的铝丝穿过印刷电路板的通孔键合在印刷电路板布有的驱动电路一面的相应焊盘上，再通过安装孔和通孔将印刷电路板与Al2O3基板1连为一体。
本发明采用熔点为275℃的焊片将MOSFET管芯焊接在钼片上；熔点为221℃的焊料将钼片焊接在Al2O3基板上；铝丝键合工艺采用超声波压焊机人工压焊；采用熔点为179℃的焊膏分别将铜箔电极焊接在Al2O3基板上、铜箔电极焊接在印刷电路板上；印刷电路板采用FR4环氧板。
由于本发明通过高温焊料熔融再冷却后形成金属球，依靠印刷电路板的弹性使金属球与MOSFET管芯实现互连，替代了铝丝互连工艺，因此大大提高了模块的长期可靠性并减小了模块的体积。
附图说明：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明铜箔电极9在MOSFET管芯3上已经键合铝丝l0的示意图；
图3是本发明另一对铜箔电极9-l焊接在印刷电路板6与金属球5相连的焊盘上的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，2，3，首先采用熔点为275℃的焊片通过回流焊工艺将MOSFET管芯3焊接在钼片2上；其次通过沉铜、蚀刻和丝印阻焊工艺在Al2O3基板1形成需要的电路图形，并在Al2O3基板1的四角对称位置预留安装孔4，然后采用熔点为221℃的焊料通过回流焊工艺把已经焊上MOSFET管芯3的钼片2焊接到Al2O3基板1上构成功率底板；将MOSFET管芯3的控制电极(栅极)通过超声波压焊机人工压焊工艺从MOSFET管芯3中引出铝丝10；采用熔点为179℃的焊膏把铜箔电极9焊接在Al2O3基板1与MOSFET管芯3的漏极相连接的焊盘上；在FR4环氧印刷电路板6的四周与Al2O3基板1的安装孔4相对应的位置开设通孔7，并在印刷电路板6与MOSFET管芯3源极相对应的位置的焊盘上点加熔点为221℃的焊料，加热熔融，冷却后形成金属球5，采用熔点为179℃的焊膏把另一对铜箔电极9-1焊接在印刷电路板6与金属球5相连的焊盘上；在印刷电路板6的另一面制作所需要的驱动电路8；将MOSFET管芯3的控制电极(栅极)引出的铝丝10穿过印刷电路板6的通孔7键合在印刷电路板6布有的驱动电路8一面的相应焊盘上，再通过安装孔4和通孔7将印刷电路板6与Al2O3基板1连为一体。
本发明的集成工艺为中等功率模块，采用Al2O3基板有利于散热，同时模块体积小，结构紧凑，减小了寄生参数。

Claims (6)

1、基于金属球压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法，其特征在于：
1)首先将MOSFET管芯[3]用回流焊工艺焊接在钼片[2]上；
2)其次通过沉铜、蚀刻和丝印阻焊工艺在Al2O3基板[1]上形成需要的电路图形，并在Al2O3基板[1]的四角对称位置预留安装孔[4]，然后把已经焊上MOSFET管芯[3]的钼片[2]通过回流焊工艺焊接到Al2O3基板[1]上构成功率底板；
3)将MOSFET管芯[3]的控制电极通过铝丝键合工艺从MOSFET管芯[3]中引出铝丝[10]；
4)把铜箔电极[9]焊接在Al2O3基板[1]与MOSFET管芯[3]的漏极相连接的焊盘上；
5)在印刷电路板[6]的四周与Al2O3基板[1]的安装孔[4]相对应的位置开设印刷电路板安装孔[7]，并在印刷电路板[6]与MOSFET管芯[3]源极相对应的位置的焊盘上点加熔点为221℃的焊料，加热熔融，冷却后形成金属球[5]，把另一对铜箔电极[9-1]焊接在印刷电路板[6]与金属球[5]相连的焊盘上；
7)在印刷电路板[6]的另一面制作所需要的驱动电路[8]；
8)将MOSFET管芯[3]的控制电极引出的铝丝[10]穿过印刷电路板[6]的通孔[11]键合在印刷电路板[6]布有的驱动电路[8]一面的相应焊盘上，再通过安装孔[4]和印刷电路板安装孔[7]将印刷电路板[6]与Al2O3基板[1]连为一体。
2、根据权利要求1所述的基于金属球压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法，其特征在于：采用熔点为275℃的焊片将MOSFET管芯[3]焊接在钼片[2]上。
3、根据权利要求1所述的基于金属球压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法，其特征在于：采用熔点为221℃的焊料将钼片[2]焊接在Al2O3基板[1]上。
4、根据权利要求1所述的基于金属球压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法，其特征在于：所说的铝丝键合工艺采用超声波压焊机人工压焊。
5、根据权利要求1所述的基于金属球压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法，其特征在于：采用熔点为179℃的焊膏分别将铜箔电极[9]焊接在Al2O3基板[1]上、另一对铜箔电极[9-1]焊接在印刷电路板[6]上。
6、根据权利要求1所述的基于金属球压接互连技术的电力电子集成模块的制备方法，其特征在于：所说的印刷电路板[6]采用FR4环氧板。
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