CN115985784B - 一种半导体功率器件多工位热压烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体功率器件多工位热压烧结方法，涉及半导体加工领域，旨在解决预压和热压同步进行的问题，其技术方案要点是：S1)上料：利用热压烧结机的夹爪夹住器件，升降旋转臂通过正反旋转，将器件依次移动到工位载物台上；S2)抽真空：在热压烧结设备内部抽真空；S3)预热及预压：开启各工位载物台的加热板，压合结构下降，进行预压；S4)保压烧结：升温并且加压，进行保压烧结；S5)冷却出料：烧结完成后泄真空、开启冷却循环降温，然后通过旋转臂升降功能将制品夹持到出料窗口，取出制品。本发明的一种半导体功率器件多工位热压烧结方法能够先进行预热预压，然后再进行保压烧结，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及热压烧结工艺领域，更具体地说，它涉及一种半导体功率器件多工位热压烧结方法。
背景技术
半导体功率器件，尤其是以IGBT模块为主的功率器件，需要使用特定的热压烧结机，烧结过程中需要有保护气氛，或者在真空环境下烧结。在某些特殊应用场景下，如高铁、航空航天、新能源汽车等，器件应用的环境较为严苛，模块的可靠性要求较高，则需要在烧结过程中对产品表面先施加预热预压，之后再烧结时再施加一定的压力和温度，提高其可靠性。
传统的热压烧结设备无法满足工艺上对于预热预压步骤的实施。
因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种半导体功率器件多工位热压烧结方法，其通过提供在载物平台上对器件进行预压预热后再进行保压烧结，从而提高产品的可靠性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种半导体功率器件多工位热压烧结方法，包括以下步骤：S1)上料：利用热压烧结机的夹爪夹住器件，升降旋转臂通过正反旋转，将器件依次移动到工位载物台上；S2)抽真空：在热压烧结设备内部抽真空；S3)预热及预压：开启各工位载物台的加热板，同时压合机构下降，进行预压；S4)保压烧结：继续升温并且加压，进行保压烧结；S5)冷却出料：烧结完成后泄真空、开启冷却循环降温，然后通过旋转臂升降功能将制品夹持到出料窗口，取出制品。
本发明进一步设置为：在S3步骤中预热温度为120-180℃，时间15—40min，预压0.5～1.5Mpa，同时抽真空。
本发明进一步设置为：在S4步骤中升温至220-280℃，升压至10-30Mpa进行烧结，保压烧结时间5-15min。
本发明进一步设置为：在S5步骤中烧结完成后泄真空，开启冷却循环降温，降温时控制降温速率。
本发明进一步设置为：在S1步骤中在上料完成后封闭入口，使设备内部形成封闭空间，随后开启抽真空。
本发明进一步设置为：所述压合机构包括设置在工位上方的支撑平台，所述支撑平台设置有压头用于对工件施压，所述支撑平台设置有多个缓冲支撑柱。
本发明进一步设置为：所述缓冲支撑柱内部设有缓冲腔，用于压头在加压过程中起到缓冲作用。
本发明进一步设置为：所述工位载物台包括有加热板以及设置于其内部的温度传感器和压力传感器。
本发明进一步设置为：所述缓冲腔内设置有弹性件。
本发明进一步设置为：所述缓冲腔还连接有气泵，所述气泵与压力传感器电气连接用于控制保压时的压力大小。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明涉及一种半导体功率器件多工位热压烧结方法，可实现单台设备先进行预压预热，然后再进行保压烧结，能够提升作业效率，并且得到的产品质量可靠。
附图说明
图1为本发明的热压烧结机的平面结构示意图；
图2为本发明的热压烧结机的压合机构的平面示意图。
图中：1、热压烧结工位；2、上料工位；3、压合机构；31、支撑平台；32、压头；33缓冲腔；34、气泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
一种半导体功率器件多工位热压烧结方法，包括以下步骤：
S1)上料：利用热压烧结机的夹爪夹住器件，升降旋转臂通过正反旋转，将器件依次移动到工位载物台上；
S2)抽真空：上料完成后封闭上料扣，然后在热压烧结设备内部抽真空；
S3)预热及预压：开启各工位载物台的加热板，同时压合机构下降，进行预压，预热温度为120-180℃，时间15—40min，预压0.5～1.5Mpa，同时抽真空；
S4)保压烧结：继续升温并且加压，升温至220-280℃，升压至10-30Mpa进行烧结，保压烧结时间5-15min；
S5)冷却出料：烧结完成后泄真空、开启冷却循环降温，降温时控制降温速率，没降温50℃进行保温5min左右，在继续降温，然后通过旋转臂升降功能将制品夹持到出料窗口，取出制品。
并且在热压烧结机内的压合机构包括设置在工位上方的支撑平台，支撑平台设置有压头用于对器件施压，支撑平台设置有多个缓冲支撑柱，缓冲支撑柱内部设有缓冲腔，用于压头在加压过程中起到缓冲作用，缓冲腔内设置有弹性件。
同时工位载物台包括有加热板以及设置于其内部的温度传感器和压力传感器。
缓冲腔还连接有气泵，所述气泵与压力传感器电气连接用于控制保压时的压力大小。
以下结合附图1和图2对具体的工作过程进行说明：
首先，如附图1和图2所示，图1为热压烧结机的平面结构示意图，其工位载物台具有至少一个上料工位2和三个热压烧结工位1，每个热压烧结工位1的表面设置为加热板，加热板连接有热电偶进行加热升温，同时工位载物台上安装有温度传感器和压力传感器对工位载物台上。
在工位载物台的上方设置有压合机构3，压合机构3包括对应每个工位设置有压头32，每个压头32连接有热电偶进行加热升温，并且每个压头32连接有由气缸传动的支撑平台31，支撑平台31与压头32之间设置缓冲支撑柱，其缓冲支撑柱有伸缩结构。
缓冲支撑柱的伸缩结构包括相互套合的第一连杆和第二连杆，第一连杆与支撑平台31连接，第二连杆的末端与压头32连接，第一连杆和第二连杆之间形成密封结构的缓冲腔33，在缓冲腔33内设置有弹性件，可以是弹簧，抵触在第一连杆和第二连杆之间，并且缓冲腔33内连接有气泵34用于进行充气和放气，并且气泵34与工位载物台上的压力传感器电气连接。
首先，将待加工的器件放置在上料工位2上，然后通过热压烧结机的夹爪结构抓取每个器件放置到对应的热压烧结工位1上，然后关闭上料口，热压烧结机进行内部抽真空，然后加热板加热，对器件进行预热，压头32也进行预热，并且同时压合机构3通过气缸传动进行下压，使压头32对器件进行预压，此时气泵34并不进行工作，而是通过弹簧的作用力使压头32挤压在器件表面，通过弹簧起到缓冲的效果，对器件进行预压并预热。
当预压预热完成后，继续提高温度，并且此时对缓冲腔33内进行充气处理，使缓冲腔具有足够的压力，这样压头32就具有足够的支撑力，此时通过气缸传动支撑平台31使压头32对器件进行增压，这样支撑平台31与压头32之间的伸缩结构便不再起到作用，这样在保压阶段压头32能够具有比较稳定的支撑力，并且该支撑力可以由气泵34进行控制，而当工位载物台1上的压力传感器检测到压力过大或者偏小时，可以通过气泵34的充气和放气，对压头32进行调整，这样对器件的保压作用能够得到有效保障，并且能够根据不同的施工条件对压力进行有效调节，气泵34的充放气可以有效微调压头32的压力，精准控制。
在保压烧结完成之后，便进行泄真空，进行冷却循环降温，然后通过夹爪将加工好的器件取出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种半导体功率器件多工位热压烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1）上料：利用热压烧结机的夹爪夹住器件，升降旋转臂通过正反旋转，将器件依次移动到工位载物台上；
S2）抽真空：在热压烧结设备内部抽真空；
S3）预热及预压：开启工位载物台上的各个加热板，同时压合机构下降，进行预压；
S4）保压烧结：继续升温并且加压，进行保压烧结；
S5）冷却出料：烧结完成后泄真空、开启冷却循环降温，然后通过旋转臂升降功能将制品夹持到出料窗口，取出制品；
所述压合机构包括设置在工位上方的支撑平台，所述支撑平台设置有压头用于对器件施压，所述支撑平台设置有多个缓冲支撑柱；
所述缓冲支撑柱内部设有缓冲腔，用于压头在加压过程中起到缓冲作用；
所述工位载物台包括有加热板以及设置于其内部的温度传感器和压力传感器；
所述缓冲腔内设置有弹性件；
所述缓冲腔还连接有气泵，所述气泵与压力传感器电气连接用于控制保压时的压力大小；
所述缓冲腔内的弹性件仅在S3步骤中预压时进行作用，所述缓冲腔连接的气泵仅在S4步骤的保压时进行作用。
2.根据权利要求1所述的一种半导体功率器件多工位热压烧结方法，其特征在于：在S3步骤中预热温度为120-180℃，时间15—40min，预压0.5~1.5Mpa，同时抽真空。
3.根据权利要求1所述的一种半导体功率器件多工位热压烧结方法，其特征在于：在S4步骤中升温至220-280℃，升压至10-30Mpa进行烧结，保压烧结时间5-15min。
4.根据权利要求1所述的一种半导体功率器件多工位热压烧结方法，其特征在于：在S5步骤中烧结完成后泄真空，开启冷却循环降温，降温时控制降温速率。
5.根据权利要求1所述的一种半导体功率器件多工位热压烧结方法，其特征在于：在S1步骤中在上料完成后封闭入口，使设备内部形成封闭空间，随后开启抽真空。
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