改良的半導體晶片與引出線焊接模的製作方法
2023-07-18 11:43:21
專利名稱：改良的半導體晶片與引出線焊接模的製作方法
技術領域：
本發明是對電子行業半導體器件，如二極體、三極體、橋堆等半導體晶片與引出線焊接用模具的改進，尤其涉及一種重複使用壽命長，且對焊接晶片安全性好的焊接模。
背景技術：
電子行業如二極體、三極體、橋堆等半導體晶片與引出線焊接用模具(又稱焊接轉換模、焊接板、焊接舟、晶片焊接器)，在平焊接板上密集分布有眾多排列的細孔和/或各種異型槽，晶片、引出線焊接時通過二塊焊接模具對夾，放入爐內加溫(300-700℃)使引線與晶片達到焊接連接。由於焊接模孔、異型槽排列密度大(如150×120×3-10mm平板上，均勻分布有Φ0.6mm的孔大約有1495個，相鄰孔中心距僅2.5×2.5mm)，而且孔、異型槽及排列精度要求極高，並且要求模板具有較高的平整度，對合既不能出現孔不對位，又不能出現凹凸不平縫隙。因此現有技術均認為唯一只能通過採用機械挖鑿加工方法製作，否則難以達到上述要求，所以長期以來，均是在成型的石墨或金屬板上通過機械打孔、開槽逐個加工出所需的孔、異型槽。然而機械挖鑿加工成型，且因孔、槽密集且異型，精度要求又高，不僅加工難度較大，加工過程中稍有不慎，就容易出現報廢，加工成品率較低；而且實際使用壽命均不長。如石墨焊接模，由於材料硬度較低，莫氏硬度僅為1-2，極不耐磨，頻繁使用過程中孔眼及表面較易磨損，使用壽命較短，一般使用壽命只有幾個月，並且由於石墨具有導電性，磨損掉落的石墨微粒落在晶片表面，還容易造成晶片報廢。金屬焊接模，重複使用在溫度交變環境中，容易導致變形起翹，對夾後存在縫隙，導致有些半導體晶片與引線不能得到很好焊接，並且孔洞、異型槽也不夠耐磨，使用一段時間後會產生不希望產生的磨損印痕，因而實際可使用壽命也不長。因此，焊接模使用壽命短，加工難度大，成品率低，已成為行業中一大技術難題，長期以來均未得到有效解決，所以目前實際生產只有使用石墨或金屬焊接模。
發明內容
本發明的目的在於克服上述已有技術的不足，提供一種使用壽命長，不易變形、耐磨損，可長時間反覆使用，製造成品率高的半導體晶片與引出線焊接模。
本發明目的實現，主要改進採用陶瓷原料細粉經模具一次成型，而後燒結製成。
本產品由於孔密集且排列精度要求極高，而且使用為兩塊對合成對，因此本發明所述陶瓷原料細粉，其中較好是採用冷熱急變性好、熱膨脹係數和收縮性小、耐磨性優的陶瓷物料作主原料，例如以氧化物陶瓷中的莫來石和/或堇青石和/或二氧化矽；氮化物或碳化物陶瓷中的金屬矽粉和/或碳化矽和/或氮化矽；賽隆或其組合，作為陶瓷原料的主要成份，以此減少燒制過程中的收縮變化，提高產品燒製成品率。本發明所述主原料，是指產品組成原料中該組份量至少大於55％(WT)以上，其中較好是大於70％上。根據陶瓷原料特性，本發明陶瓷焊接模，可以是用上述一種主原料成型，也可以是以上述主原料為主，再配以其他組份原料，以減少燒結過程中的膨脹或收縮，提高燒結成品率。
經試驗，本發明焊接模優選採用80-99％的金屬矽，和1-20％的氧化鋁或氧化鋯或鋰化合物組成，其耐磨性和硬度更好，使用壽命更長，並且在爐內加溫焊接過程中，無對晶片有不良影響的揮發物產生。本發明所述鋰化合物，可以是陶瓷中常用的各種鋰化合物，為簡便、經濟，本發明優選採用天然含鋰礦物原料，例如鋰輝石(spodumene)、鋰磷鋁石(amblygonite)等礦物。
本發明陶瓷原料細粉模具一次成型，其成型方法可以有三種一種為陶瓷原料細粉料外加常規量的有機粘結劑，例如聚乙烯醇(PVA)、甲基纖維素(CMC)拌和或造粒，也可以外加常規量的高溫燒結結合劑，如粘土類礦物，經模具壓製成型(幹壓成型)；另一種是陶瓷原料細粉，外加常規量的石蠟(例如13-26％)製成漿餅，然後採用模具熱壓注漿成型；再一種是陶瓷原料細粉，加水和/或粘結劑製成泥坯，經模壓成型。本發明產品成型，其中尤以幹壓成型為佳，不僅成型簡單，並可獲得密度相對較高，質量優良，燒制收縮率極小，成品率高的的產品。
本發明半導體晶片與引出線焊接模具，克服了人們的偏見，選擇採用冷熱急變性好、熱膨脹係數和收縮性小、耐磨性優的陶瓷細粉經模具一次成型，不僅使得製造簡便，而且一次成型，精度及尺寸控制好，產品(孔)精確度高，成品率相對較高，省略了大量繁鎖的機械逐孔加工，大大降低了生產成本；尤其是陶瓷模具，為不變形的高溫絕緣體，硬度和高溫強度好，耐磨性、耐腐蝕和耐氧化性均好，長期反覆使用不變形，實際使用壽命長，並無導電微粒產生，不會損壞焊接晶片，經實驗證實，實際使用壽命較石墨焊接模可提高5-10倍，是金屬模的4-6倍。尤其是採用冷熱急變性好、熱膨脹係數和收縮性小、耐磨性優的陶瓷物料作主原料，更是提高了產品的燒結成品率，而且耐冷熱急變性優良，熱膨脹極小，硬度高，耐磨性好，具有更長的使用壽命。金屬矽和氧化鋁或氧化鋯或鋰化合物組成，所得模具耐磨性和硬度更好，使用壽命更長，並且在爐內加溫焊接過程中，無對晶片有不良影響的揮發物產生。本發明為如二極體、三極體、橋堆等半導體晶片與引出線焊接，提供了優良的焊接模具，解決了長期以來未能得到解決的技術障礙。
圖1為常用焊接模俯視結構示意圖。
圖2-圖7為各種孔型剖視結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1Li2O 8.5％，Al2O331.5％，SiO260％。處理成細粉後，加粘結劑(如聚乙烯醇)，經幹壓成型，採用正常氧化焰燒結。
實施例2Li2O 8.5％，Al2O313.7％，SiO277.8％。處理成細粉後，加粘結劑拌和造粒，經幹壓成型後，採用正常氧化焰燒結。
實施例3市購合成堇青石90％，Li2O6％，高嶺土(高溫粘結劑)4％，處理成細粉，外加石蠟製成漿餅，經熱壓注漿成型，排蠟後，氧化焰燒結。
實施例4合成堇青石95％，高嶺土5％，處理成細粉，外加石蠟製成漿餅，經熱壓注成型，排蠟後，氧化焰燒結。
實施例5合成莫來石70％，碳化矽25％，高嶺土5％，處理成細粉，加粘結劑拌和造粒，經幹壓成型後，氧化焰燒結。
實施例6合成莫來石95％，高嶺土5％，處理成細粉，加水製成泥坯，模壓成型乾燥後，氧化焰燒結。
實施例7金屬矽粉，外加聚乙烯醇粘結劑，經幹壓成型後，氮氣反應燒結。
實施例8金屬矽粉80％，Si3N420％，外加粘結劑，經幹壓成型後，氮氣反應燒結。
實施例9金屬矽粉70％，SiC 30％，外加聚乙烯醇粘結劑，經幹壓成型後，氮氣反應燒結。
實施例10金屬矽粉85％，氧化鋁15％，處理成細粉，外加4％PVA粘結劑，經幹壓成型後，氮氣反應燒結。
實施例11金屬矽粉90％，天然鋰輝石礦物10％，處理成細粉，外加4％PVA粘結劑，經幹壓成型後，氮氣反應燒結。
實施例12金屬矽粉95％，氧化鋯5％，處理成細粉，外加4％PVA粘結劑，經幹壓成型後，氮氣反應燒結。
實施例13Si3N425％，SiC 75％，外加聚乙烯醇粘結劑，經幹壓成型後，重結晶燒結。
實施例14Sialon 85％，SiC 15％，處理成細粉，加粘結劑拌和造粒，經幹壓成型後，埋設於氮化矽與氧化矽混合粉中燒結。
本發明成型模，視焊接模具體孔型等，有所不同。
本發明所述百分量為重量(WT)百分量。
權利要求
1.一種半導體晶片與引出線焊接模，其特徵在於由陶瓷原料細粉經模具一次成型，而後燒結製成。
2.根據權利要求1所述半導體晶片與引出線焊接模，其特徵在於所說陶瓷原料以冷熱急變性好、熱膨脹係數小、收縮性小的陶瓷物料為主成份。
3.根據權利要求2所述半導體晶片與引出線焊接模，其特徵在於所說陶瓷主成份原料為莫來石、堇青石、二氧化矽、金屬矽粉、碳化矽、氮化矽、賽隆中的一種或其組合。
4.根據權利要求2或3所述半導體晶片與引出線焊接模，其特徵在於所說主成份為原料組成中該組份量至少大於55％(WT)以上。
5.根據權利要求4所述半導體晶片與引出線焊接模，其特徵在於所說主成份原料至少大於70％以上。
6.根據權利要求1、2或3所述半導體晶片與引出線焊接模，其特徵在於由80-99％的金屬矽，1-20％的氧化鋁或氧化鋯或鋰化合物組成。
7.根據權利要求6所述半導體晶片與引出線焊接模，其特徵在於所說鋰化合物為含鋰礦物。
8.根據權利要求7所述半導體晶片與引出線焊接模，其特徵在於所說含鋰礦物為鋰輝石。
9.根據權利要求1至8所述半導體晶片與引出線焊接模，其特徵在於所說一次成型為幹壓成型。
全文摘要
本發明是對電子行業半導體器件，如二極體、三極體、橋堆等半導體晶片與引出線焊接用模具的改進，其特徵是採用陶瓷原料細粉，尤其是冷熱急變性好、熱膨脹係數小、收縮性小的如莫來石、堇青石、二氧化矽、金屬矽粉、碳化矽、氮化矽、賽隆中的一種，作主原料經模具一次成型，而後燒結製成。不僅製造簡便，而且一次成型，精度及尺寸控制好，產品精確度高，成品率相對較高，生產成本低；尤其是陶瓷模具，為不變形的高溫絕緣體，硬度和高溫強度好，耐磨性、耐腐蝕和耐氧化性好，長期反覆使用不變形，實際使用壽命長，經實驗證實，實際使用壽命較石墨焊接模可提高5－10倍，是金屬模的4－6倍。採用冷熱急變性好、熱膨脹係數小、收縮性小的陶瓷物料作主原料，更是提高了產品的燒結成品率，而且導熱性好，耐冷熱急變性優良，熱膨脹小，具有更長的使用壽命。
文檔編號B23K31/00GK1581455SQ20041007175
公開日2005年2月16日 申請日期2004年7月25日 優先權日2004年3月30日
發明者許行彪 申請人:許行彪