CN109599334A - 用于绝缘栅双极晶体管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于绝缘栅双极晶体管的制造方法，其包括以下步骤：在相互间隔开的两个电阻安装衬板的至少一部分上分别设置焊膏；将电阻的两端分别放置到设置有所述焊膏的所述两个电阻安装衬板的至少一部分上；以及升高温度，以通过焊膏将所述电阻的两端分别与所述两个衬板连接在一起。通过这种制造方法能够提高绝缘栅双极晶体管的生产合格率。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘栅双极晶体管的加工技术领域，特别是涉及一种用于绝缘栅双极晶体管的制造方法。
背景技术
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。绝缘栅双极晶体管通常包括基板，安装在基板上的衬板，衬板在基板上分别形成相互间隔开的芯片安装区域和电阻安装区域，以用于安装芯片和电阻。
在现有技术中，通常通过在分别与电阻的两端连接的电阻安装区域和它们之间设置整体式的焊片、将电阻的两端设置到相应的电阻安装区域处，并升高温度致使焊片熔化的方式来将电阻与衬板连接在一起。然而，为了确保焊片能有效地熔断以避免电阻安装区域所在的两个衬片直接通过焊片而连接在一起(即，短路)，这种方法对焊接的温度和时间具有较高的要求。因此，这种方法的成本较高，在实际的生产过程中却很容易产生不合格产品，生产的合格率偏低。
因此，需要一种能提高生产合格率的用于绝缘栅双极晶体管的制造方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于绝缘栅双极晶体管的制造方法，通过这种制造方法能够提高绝缘栅双极晶体管的生产合格率。
根据本发明提出了一种用于绝缘栅双极晶体管的制造方法，其包括以下步骤：在相互间隔开的两个电阻安装衬板的至少一部分上分别设置焊膏；将电阻的两端分别放置到设置有所述焊膏的所述两个电阻安装衬板的至少一部分上；以及升高温度，以通过焊膏将所述电阻的两端分别与所述两个衬板连接在一起。
通过上述制造方法来制造绝缘栅双极晶体管能够避免焊片未熔断而带来的短路问题等。因此，上述制造方法有利于提高绝缘栅双极晶体管的生产合格率。
在一个实施例中，在升高温度时，将所述温度升高至所述焊膏中的助焊剂炭化的程度。
在一个实施例中，先将所述温度升高至第一温度保持一段时间，再升高至第二温度以使所述焊膏中的助焊剂炭化，所述第二温度高于所述第一温度。
在一个实施例中，所述温度被升高至从280℃到400℃的范围内。
在一个实施例中，在单个电阻安装衬板上设置的所述焊膏的面积为电阻可焊区面积的1/2至2倍，焊膏厚度为电阻高度的1/2至2倍。
在一个实施例中，所述焊膏中包含的助焊剂的量在5wt％至20wt％之间的范围内。
在一个实施例中，上述制造方法还包括以下步骤：在升高温度之前，在与所述两个电阻安装衬板间隔开的芯片安装衬板上设置焊片；以及将芯片放置到所述芯片安装衬板上；其中，在升高温度时，将所述温度升高至焊片能熔化的程度，以通过所述焊片将所述芯片和所述芯片安装衬板连接在一起。
在一个实施例中，所述芯片安装衬板与所述焊膏之间的距离不小于0.5cm。
在一个实施例中，还包括以下步骤：在升高温度之后，涂覆绝缘层，所述绝缘层至少覆盖所述芯片和所述芯片安装衬板。
在一个实施例中，所述绝缘层还覆盖所述电阻安装衬板和所述电阻。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过上述制造方法来制造绝缘栅双极晶体管能够避免焊片未熔断而带来的短路问题等。因此，上述制造方法有利于提高绝缘栅双极晶体管的生产合格率。另外，通过上述方法还不需对焊接后的绝缘栅双极晶体管进行水洗。
附图说明
在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1至图3显示了根据本发明的用于绝缘栅双极晶体管的制造方法的步骤。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
绝缘栅双极晶体管(IGBT)包括基板10，固定设置在基板上的衬板11、12、13，以及分别设置在上述衬板上并与它们相连的芯片33和电阻30。
这种绝缘栅双极晶体管可通过根据本发明的用于绝缘栅双极晶体管的制造方法(以下简称为“制造方法”)来制得。下面将结合图1至图3对该制造方法进行详细说明。
如图1所示，在上述制造方法中，首先需要在基板10上分别设置电阻安装衬板11、12和芯片安装衬板13。电阻安装衬板11、12相互间隔开，并用于分别与电阻30的两端31、32相连。芯片安装衬板13与电阻安装衬板11、12都间隔开，并用于与芯片33相连。
如图2所示，在电阻安装衬板11的一部分上设置焊膏21，在电阻安装衬板12的一部分上设置焊膏22。这里的焊膏优选地包含助焊剂，助焊剂例如为包含松香和树脂的混合物，其在焊膏中的含量在从5wt％至20wt％的范围内，优选地在从10wt％至15w％的范围内。这里的焊膏例如可以是Alfar公司生产的焊膏，如WS820。这种焊膏对于电阻30与衬板11、12之间的连接十分有利。
另外，在图2所示的步骤中，还可以在芯片安装衬板13上设置焊片23。
在如图3所示的步骤中，将电阻30的一端(例如为阴极)31放置到设置有焊膏21的电阻安装衬板11上；将电阻30的另一端(例如为阳极)32放置到设置有焊膏22的电阻安装衬板12上。通过焊膏21、22(具有一定的粘性)可将电阻30初步粘附在衬板11、12上，从而能避免电阻30的错位，并因此有利于将电阻30固定到预期的位置上。
另外，在图3所示的步骤中，还可将芯片33放置到设置有焊片23的芯片安装衬板13上。
在此之后，升高温度以对上述绝缘栅双极晶体管的坯料进行加热，使其中的焊膏21、22和焊片23熔化，并由此将电阻30和电阻安装衬板11、12连接在一起，并将芯片33与芯片安装衬板13连接在一起。
优选地，在升高温度的时候，温度可升高至能使焊膏21、22中的助焊剂炭化的程度。该温度(即，第二温度)在从280℃至400℃的范围内，优选地在从350℃至380℃的范围内。。
在一个实施例中，温度的升高可匀速地进行。
在另一个实施例中，例如可选用熔点在第二温度左右或略高于第二温度的焊片23。可先将温度升高至低于第二温度的第一温度。在该第一温度处，焊膏21、22熔化，且具有较好的润湿性，能够将电阻30的两端31、32与电阻安装衬板11、12顺利地焊接在一起。该第一温度例如在从200℃至300℃的范围内，优选地在从220℃至250℃的范围内。优选地，可在第一温度处保持一段时间，例如保持3min至10min，优选地为5min。然后，再将温度升高至上述第二温度。此时焊片23熔化，以将芯片33和芯片安装衬板13连接在一起。同时，焊膏21、22被加热至其中的助焊剂炭化。
在此之后，降低温度以使焊膏21、22和焊片23再次凝固，以实现将电阻30与电阻安装衬板11、12固定连接在一起，并且将芯片33与芯片安装衬板13固定连接在一起。通过这种方式，可在两个电阻安装衬板11、12之间通过电阻30而进行电连接。另外，也能实现芯片33与芯片安装衬板13之间的电连接。
优选地，在从第一温度升高至第二温度的过程中，升温的速率在从5℃/min至100℃/min的范围内，优选地在从25℃/min至50℃/min的范围内。例如在第一温度与第二温度相差150℃左右的情况下，从第一温度升高至第二温度的升温速率约为50℃/min。这种设置使得焊片23和焊膏21、22能非常有利地熔化，并能使得焊接连接非常充分。
应当理解的是，也可先进行对芯片的焊接，然后再进行电阻的焊接。例如，在焊片23的熔点高于适于使焊膏21、22中的助焊剂炭化的温度(也就是说，高于第二温度)的情况下，可通过如下步骤进行焊接。
首先，将焊片23设置到芯片安装衬板13上。然后，将芯片33放置到设置有焊片23的芯片安装衬板13上。此后，升高温度，以至焊片23熔化，由此实现芯片33与芯片安装衬板13之间的焊接连接。在实现上述焊接连接之后，且在降温之后，在电阻安装衬板11、12的至少一部分上涂覆焊膏21、22。在此之后，将电阻30的两端31、32分别放置到上述焊膏21、22上。最后，再升高温度，通过焊膏21、22来实现电阻30与电阻安装衬板11、12之间的焊接连接。
另外，先对芯片33进行焊接时，温度升高的速率在从10℃/min至200℃/min的范围内，优选地在从50℃/min至100℃/min的范围内。然后，对电阻30进行焊接时，温度升高的速率在从1℃/min至200℃/min的范围内，优选地在从25℃/min至50℃/min的范围内。例如，可先以100℃/min的较高的升温速率对芯片进行焊接。在那之后，可再以50℃/min的较低的升温速率对电阻进行焊接。这对焊膏中的助焊剂的炭化较为有利。这种设置使得焊片23和焊膏21、22能非常有利地熔化，并能使得焊接连接非常充分。
由于焊膏21、22中的助焊剂已经炭化了，因此通过上述方法制得的绝缘栅双极晶体管的坯料不需再经过水洗和烘干的步骤。
在此之后，优选地在上述坯料上覆盖绝缘层。该绝缘层至少应覆盖芯片33及芯片安装衬板13。另外，该绝缘层也可覆盖电阻30和电阻安装衬板11、12。最优选地，该绝缘层覆盖整个坯料，包括基板10。由此，能够将绝缘栅双极晶体管制造完成。
焊膏21、22在各个电阻安装衬板13上所占的面积为电阻可焊区面积的1/2至2倍。电阻可焊区面积根据具体的电阻而变化。另外，焊膏的厚度为电阻高度的1/2至2倍。由此，在确保焊接顺利进行的情况下，焊膏21、22中的炭化后的助焊剂的量非常小。由于在绝缘栅双极晶体管工作时，其中的电阻30仅需要非常小的电压(通常例如为5V)，因此上述炭化后的助焊剂也不会对电阻30的电性能产生影响，或产生的影响可忽略不计。
另外，由于在绝缘栅双极晶体管工作时，其中的芯片33需要较大的电压(通常例如在1700V至6500V之间)，因此希望焊膏21、22与芯片33之间的距离(例如为直线距离)不小于0.5cm，优选地为1cm，更优选地为2cm。由此，焊膏21、22中的炭化后的助焊剂不会对芯片33的电性能产生影响。
也就是说，在上述情况下，能够确保制得的绝缘栅双极晶体管具有较好的绝缘性。
上述焊接过程优选地采用真空回流焊接的工艺。
通过上述制造方法能够有效地提高绝缘栅双极晶体管的生产合格率。同时，通过上述制造方法还能省去现有的制造方法中不可或缺的水洗和烘干步骤，在确保绝缘栅双极晶体管的结构完整性和有效性的前提下有效地简化了绝缘栅双极晶体管的制造工艺。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种用于绝缘栅双极晶体管的制造方法，其包括以下步骤：
在相互间隔开的两个电阻安装衬板的至少一部分上分别设置焊膏；
将电阻的两端分别放置到设置在所述两个安装衬板的至少一部分上的所述焊膏上；以及
升高温度，以通过焊膏将所述电阻的两端分别与所述两个电阻安装衬板连接在一起。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在升高温度时，将所述温度升高至所述焊膏中的助焊剂炭化的程度。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，先将所述温度升高至第一温度保持一段时间，再升高至第二温度以使所述焊膏中的助焊剂炭化，所述第二温度高于所述第一温度。
4.根据权利要求2或3所述的制造方法，其特征在于，所述温度被升高至从280℃到400℃的范围内。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的制造方法，其特征在于，在单个电阻安装衬板上设置的所述焊膏的面积为电阻可焊区面积的1/2至2倍，焊膏厚度为电阻高度的1/2至2倍。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述焊膏中包含的助焊剂的量在5wt％至20wt％之间的范围内。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在升高温度之前，在与所述两个电阻安装衬板间隔开的芯片安装衬板上设置焊片；以及
将芯片放置到所述芯片安装衬板上；
其中，在升高温度时，将所述温度升高至焊片能熔化的程度，以通过所述焊片将所述芯片和所述芯片安装衬板连接在一起。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述芯片安装衬板与所述焊膏之间的距离不小于0.5cm。
9.根据权利要求7或8所述的制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在升高温度之后，涂覆绝缘层，所述绝缘层至少覆盖所述芯片和所述芯片安装衬板。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述绝缘层还覆盖所述电阻安装衬板和所述电阻。
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