本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，特別涉及一種功率半導(dǎo)體制造方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代電子制造業(yè)中，功率半導(dǎo)體模塊的可靠性和生產(chǎn)效率是至關(guān)重要的。這些模塊通常包括多個(gè)功率芯片，它們需要通過(guò)精確的電氣連接來(lái)協(xié)同工作，以確保整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的連接方法主要依賴于超聲鍵合技術(shù)和焊接技術(shù)，但這些方法在實(shí)際應(yīng)用中存在一些顯著的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

2、超聲鍵合技術(shù)是一種利用高頻振動(dòng)能量來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬間連接的方法。它通過(guò)施加超聲波能量，使金屬表面產(chǎn)生塑性變形，從而形成牢固的金屬鍵。這種方法在微電子封裝領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在連接微小的功率芯片時(shí)。然而，當(dāng)涉及到具有較大面積和厚度的功率引腳時(shí)，超聲鍵合的效率和可靠性就會(huì)受到影響。由于功率引腳的尺寸較大，超聲能量可能無(wú)法均勻地傳遞到整個(gè)接觸面，導(dǎo)致鍵合不完整，出現(xiàn)空隙，從而降低了連接的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

3、焊接技術(shù)是另一種常用的連接方法，特別是在需要連接大面積和厚截面的部件時(shí)。然而，焊接過(guò)程中使用的焊料容易產(chǎn)生空洞，這不僅會(huì)降低連接的機(jī)械強(qiáng)度，還可能導(dǎo)致電氣性能不穩(wěn)定。此外，焊接過(guò)程本身的復(fù)雜性、高成本以及對(duì)操作技能的高要求，都限制了其在功率半導(dǎo)體模塊生產(chǎn)中的應(yīng)用。

4、塑封裝絕緣柵雙極晶體管(dpim?igbt)功率模塊是一種高性能的電力電子器件，廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、可再生能源系統(tǒng)等領(lǐng)域。然而，這些模塊的制造工藝復(fù)雜，且容易出現(xiàn)虛焊、dbc板破裂和引腳脫落等問(wèn)題。這些問(wèn)題不僅影響了產(chǎn)品的良率，還增加了生產(chǎn)成本。尤其對(duì)于功率引腳，現(xiàn)有的功率引腳超聲鍵合制造工藝，通常先在dbc板上焊接功率芯片再進(jìn)行引腳的鍵合，該工藝由于功率芯片焊接后，導(dǎo)致了dbc板熱應(yīng)力形變，此時(shí)再進(jìn)行鍵合電極引腳會(huì)出現(xiàn)以下情況：一方面，容易使得dbc板受力不均，出現(xiàn)破裂；另一方面，由于材料應(yīng)力使得功率引腳區(qū)的金屬層容易產(chǎn)生形變，此時(shí)進(jìn)行引腳鍵合容易出現(xiàn)功率引腳鍵合不完全、存在鍵合空隙、功率引腳易脫落、封裝后的功率模塊可靠性低等問(wèn)題。

5、具體的，在進(jìn)行功率芯片貼片的焊接過(guò)程中，通常會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致dcb板產(chǎn)生如圖2所示的形變，形變后的dbc板放置在鍵合治具中會(huì)存在一定的間隙，進(jìn)而引發(fā)以下問(wèn)題：一方面，該間隙會(huì)導(dǎo)致鍵合治具在抽真空時(shí)氣密性丟失，從而無(wú)法穩(wěn)定固定dbc板，這種不穩(wěn)定性會(huì)在鍵合過(guò)程中導(dǎo)致超聲能量容易使dbc板產(chǎn)生移動(dòng)，進(jìn)一步引發(fā)dbc板破裂和鍵合失效；另一方面，該間隙會(huì)導(dǎo)致dbc板發(fā)生翹曲，使得鍵合的功率引腳與dbc板表面不共面，進(jìn)一步導(dǎo)致超聲鍵合摩擦面不平行和不均勻，從而產(chǎn)生虛壓狀態(tài)(這是鍵合過(guò)程中的一種不良狀態(tài)，容易導(dǎo)致引腳脫落)，最終，這種情況會(huì)導(dǎo)致鍵合失效，影響產(chǎn)品的生產(chǎn)良率。

6、因此，急需提供一種功率半導(dǎo)體制造方法，能夠避免芯片焊接時(shí)高溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)引腳鍵合區(qū)的影響，從而提高產(chǎn)品功率引腳鍵合良率，避免引腳鍵合后存在鍵合空隙，導(dǎo)致功率引腳易脫落，使得鍵合后的產(chǎn)品在推力檢測(cè)和共晶面積對(duì)比中表現(xiàn)出更佳的效果，鍵合強(qiáng)度更高，以提高功率模塊在終端應(yīng)用的可靠性和壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種功率半導(dǎo)體制造方法，能夠避免芯片焊接時(shí)高溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)引腳鍵合區(qū)的影響，從而提高了產(chǎn)品功率引腳鍵合良率，避免引腳鍵合后存在鍵合空隙，導(dǎo)致功率引腳易脫落，使得鍵合后的產(chǎn)品在推力檢測(cè)和共晶面積對(duì)比中表現(xiàn)出更佳的效果，鍵合強(qiáng)度更高，以提高了功率模塊在終端應(yīng)用的可靠性和壽命。

2、為了達(dá)到上述目的，本技術(shù)提供如下技術(shù)方案：

3、一種功率半導(dǎo)體制造方法，包括以下步驟：

4、s100，利用超聲端子鍵合機(jī)的超聲能量，將引腳框架鍵合在dbc板上；所述引腳框架上設(shè)有若干引腳；

5、s200，對(duì)dbc板進(jìn)行推拉力測(cè)試；

6、s300，對(duì)dbc板進(jìn)行除靜電和吹掃處理；

7、s400，在dbc板上貼裝若干芯片，并在dbc板與各芯片間以及芯片與芯片間鍵合金屬線，形成dbc板與芯片的電連接以及芯片與芯片的電連接；

8、s500，對(duì)dbc板上的芯片和金屬線進(jìn)行灌膠處理，并對(duì)灌膠處理后的dbc板進(jìn)行固化處理；

9、s600，對(duì)dbc板進(jìn)行切筋處理，保留引腳框架上的引腳，切除引腳框架上的連接部件。

10、本發(fā)明的原理及優(yōu)點(diǎn)在于：

11、1、提高鍵合良率：通過(guò)將引腳鍵合工藝放置在功率芯片焊接之前，避免了芯片焊接時(shí)高溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)引腳鍵合區(qū)的影響，從而提高了產(chǎn)品功率引腳鍵合良率，這一改變保證了鍵合點(diǎn)的完整性，減少了因焊接應(yīng)力導(dǎo)致的斷裂或損壞；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在調(diào)整工藝后，將引腳鍵合工藝放置在功率芯片焊接之前，避免了芯片焊接產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)功率引腳鍵合區(qū)的影響，能夠保障dbc板在鍵合前能夠通過(guò)抽真空的方式穩(wěn)固在鍵合夾具上，保障在超聲能量震動(dòng)中，dbc板不發(fā)生偏移導(dǎo)致鍵合引腳失效，同時(shí)，引腳和dbc板的電氣金屬層摩擦面平行，保障了引腳與dbc板的電氣金屬層的全面接觸，在鍵合時(shí)，能夠在二者之間形成較大的共晶面，減小了虛壓，提高了功率模塊引腳的穩(wěn)定性，不易因外部因數(shù)脫落，提高了其終端應(yīng)用的可靠性。鍵合后的產(chǎn)品在推力檢測(cè)和共晶面積對(duì)比中表現(xiàn)出更佳的效果，鍵合強(qiáng)度更高，這使得最終制造的功率半導(dǎo)體模塊產(chǎn)品在電性能和可靠性方面表現(xiàn)更佳，提高了功率模塊在終端應(yīng)用的可靠性和壽命?，F(xiàn)有技術(shù)認(rèn)為先進(jìn)行引腳鍵合，隨后的芯片焊接過(guò)程中的高溫可能會(huì)導(dǎo)致已鍵合的引腳發(fā)生熱疲勞或損壞，因?yàn)橐_鍵合材料(如金線)對(duì)溫度非常敏感，但本方案通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試來(lái)驗(yàn)證本方案的有效性和可靠性，避免先鍵合的引腳因芯片焊接過(guò)程中的高溫而疲勞或損壞，確保產(chǎn)品滿足甚至超過(guò)原有的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

12、2、保證連接強(qiáng)度和生產(chǎn)質(zhì)量：對(duì)鍵合后的dbc板進(jìn)行推拉力測(cè)試，確保每個(gè)鍵合點(diǎn)都具備足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能夠承受后續(xù)工序及使用中的各種應(yīng)力，能夠識(shí)別并排除潛在的鍵合不良問(wèn)題；對(duì)進(jìn)行拉力測(cè)試后的dbc板進(jìn)行除靜電和吹掃處理，以消除靜電積累和去除表面雜質(zhì)，為后續(xù)的芯片貼裝提供了干凈、無(wú)靜電干擾的表面，從而提高了整體生產(chǎn)質(zhì)量。

13、3、增強(qiáng)dbc板耐用性：利用超聲端子鍵合機(jī)的超聲能量，將引腳框架鍵合在dbc板上，采用功率鍵合方式并精確調(diào)整鍵合參數(shù)，有效避免了dbc板在制造過(guò)程中的破裂問(wèn)題，dbc板的完整性對(duì)于保證最終產(chǎn)品的性能至關(guān)重要，此改進(jìn)提高了整體生產(chǎn)良率。

14、4、提升生產(chǎn)效率和降低成本：本發(fā)明提供的方法減少了功率引腳焊接這一過(guò)程所需的時(shí)間和設(shè)備及原材料，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本。同時(shí)，由于減少了焊接步驟，也降低了因焊接引起的例如虛焊等潛在缺陷風(fēng)險(xiǎn)。

15、綜上，采用本方案，優(yōu)化了制造工藝，將引腳鍵合工藝放置在功率芯片焊接之前，避免了芯片焊接時(shí)高溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)引腳鍵合區(qū)的影響，從而避免引腳超聲鍵合后存在鍵合空隙，導(dǎo)致功率引腳易脫落，進(jìn)而提高了產(chǎn)品功率引腳鍵合良率，使得鍵合后的產(chǎn)品在推力檢測(cè)和共晶面積對(duì)比中表現(xiàn)出更佳的效果，鍵合強(qiáng)度更高，這提高了功率模塊在終端應(yīng)用的可靠性和壽命。

16、進(jìn)一步，s100包括：

17、s101，將引腳框架和dbc板放入等離子清洗機(jī)進(jìn)行清洗；

18、s102，將清洗后的引腳框架和dbc板放入鍵合夾具內(nèi)進(jìn)行固定；

19、s103，更換超聲端子鍵合機(jī)中的鍵合劈刀；

20、s104，根據(jù)dbc板中各引腳的分布位置和引腳參數(shù)，設(shè)置并校正超聲端子鍵合機(jī)的運(yùn)行參數(shù)；

21、s105，采用超聲鍵合機(jī)將引腳框架上的引腳鍵合在dbc板上。

22、有益效果：將引腳框架和dbc板放入等離子清洗機(jī)進(jìn)行清洗，能夠清潔dbc板鍵合面和引腳框架鍵合面的氧化物及焊接殘留物質(zhì)，有利于提高鍵合強(qiáng)度，從而使得鍵合效果更好；清洗完成后，放入鍵合夾具中的真空吸附夾具上，對(duì)dbc板進(jìn)行真空吸附，實(shí)現(xiàn)對(duì)引腳框架和dbc板的限位；更換超聲端子鍵合機(jī)中的鍵合劈刀，根據(jù)dbc板中各電極的分布位置和電極參數(shù)，設(shè)置并校正超聲端子鍵合機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，可以確保鍵合工藝的精確性和一致性，從而提高產(chǎn)品鍵合質(zhì)量；采用超聲鍵合機(jī)將引腳框架上的引腳鍵合在dbc板上，通過(guò)超聲鍵合機(jī)對(duì)利用鍵合夾具固定的引腳框架和dbc板進(jìn)行鍵合，超聲鍵合機(jī)配備高精度自動(dòng)控制系統(tǒng)，能快速準(zhǔn)確地定位和鍵合數(shù)千個(gè)引腳，大大提升了生產(chǎn)效率，超聲鍵合機(jī)能夠確保每個(gè)鍵合點(diǎn)在相同的條件下制作，包括壓力、超聲波頻率和鍵合時(shí)間等參數(shù)，從而保證整個(gè)dbc板上的鍵合質(zhì)量均勻一致。

23、進(jìn)一步，s104中，調(diào)整超聲端子鍵合機(jī)的鍵合頻率范圍在20khz至25khz內(nèi)，形變量范圍在150um至240um內(nèi)。

24、有益效果：在鍵合頻率20khz至25khz下對(duì)引腳框架和dbc板進(jìn)行鍵合，此頻率范圍適用于大多數(shù)細(xì)金屬線的鍵合工藝。在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，超聲波能量的傳遞較為穩(wěn)定，能有效激活材料表面的原子，促進(jìn)焊點(diǎn)的形成；形變量范圍在150um至240um，這個(gè)范圍內(nèi)的形變量既能確保足夠的引腳鍵合強(qiáng)度，又不至于使引腳過(guò)度變形而降低整體結(jié)構(gòu)的可靠性；適用于體積小、芯片布局緊湊的dpim功率半導(dǎo)體模塊的制造工藝。

25、在鍵合頻率范圍在20khz至25khz，形變量范圍在150um至240um下，對(duì)引腳框架和dbc板進(jìn)行鍵合，能夠保障引腳鍵合的合格率，減少虛壓的概率和避免dbc板因超聲能量過(guò)大而破裂等，保障鍵合的良率。

26、進(jìn)一步，s200中，采用推力測(cè)試儀對(duì)鍵合后的dbc板進(jìn)行推拉力測(cè)試，將鍵合后的dbc板放置于推力測(cè)試儀上，通過(guò)推力測(cè)試儀對(duì)引腳施加垂直于dbc板方向的推拉力。

27、有益效果：通過(guò)推拉力測(cè)試，可以精確地測(cè)量鍵合點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度，確保每個(gè)鍵合點(diǎn)都具備足夠的強(qiáng)度來(lái)承受后續(xù)工序及使用中的各種力，測(cè)試過(guò)程中，鍵合不良或存在缺陷的鍵合點(diǎn)往往會(huì)表現(xiàn)出低于標(biāo)準(zhǔn)的力度值，這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除生產(chǎn)工藝中的缺陷，可以通過(guò)鍵合面的情況進(jìn)行參數(shù)更改和調(diào)整，進(jìn)一步降低損壞率，避免不良品流入市場(chǎng)，保證功率引腳與dbc板充分鍵合，不存在虛壓的情況，提高整個(gè)批次的合格率。

28、進(jìn)一步，s300中，將dbc板放置在高負(fù)離子環(huán)境下進(jìn)行除靜電處理。

29、有益效果：在高負(fù)離子環(huán)境下，空氣被電離產(chǎn)生的負(fù)離子迅速向外移動(dòng)，與dbc板上的正電荷結(jié)合，從而中和靜電，高負(fù)離子環(huán)境能夠更全面地覆蓋dbc板的各個(gè)部位，不留死角，實(shí)現(xiàn)全方位的除靜電效果，具體的，將dbc板放置在高負(fù)離子環(huán)境下進(jìn)行3min的除靜電處理，需要說(shuō)明的是，靜電處理時(shí)間根據(jù)dbc的面積決定，本發(fā)明工藝適用于小體積的dpim功率模塊，即尺寸規(guī)格為27.9mm×24.1mm×6mm至32.5mm×29.5mm×6mm的小dpim功率半導(dǎo)體模塊。

30、進(jìn)一步，s300中，采用惰性氣體對(duì)dbc板表面進(jìn)行吹掃處理。

31、有益效果：吹掃處理能夠確保鋁線與芯片和dbc板之間的鍵合點(diǎn)不受污染，這對(duì)保證鍵合點(diǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和電氣性能至關(guān)重要，采用惰性氣體對(duì)dbc板表面進(jìn)行吹掃處理，具體的，可以采用氮?dú)膺M(jìn)行吹掃處理，這不僅能有效清除表面污染物，還能防止處理過(guò)程中dbc板表面的氧化，保障產(chǎn)品可靠性。

32、進(jìn)一步，s400包括：

33、s401，利用自動(dòng)貼片機(jī)在dbc板上貼裝若干芯片和熱敏電阻；

34、s402，將貼裝芯片和熱敏電阻后的dbc板放入真空焊接爐中進(jìn)行高溫焊接。

35、有益效果：利用自動(dòng)貼片機(jī)將若干芯片貼裝在dbc板上，能夠快速且準(zhǔn)確地將芯片放置到dbc板上，能夠處理各種不同大小和形狀的芯片，可以實(shí)現(xiàn)高效率、高精度的電子組件裝配；利用自動(dòng)貼片機(jī)進(jìn)行熱敏電阻的貼裝，不僅提高了貼裝效率，還能通過(guò)精準(zhǔn)控制確保其與其他芯片的相對(duì)位置，從而實(shí)現(xiàn)更可靠的溫度監(jiān)測(cè)；真空焊接爐的真空環(huán)境可以有效減少焊料中的氣體殘留，避免熔融焊料中形成氣泡，從而減少焊接空洞，空洞會(huì)嚴(yán)重影響焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性能，真空焊接則可以大大降低這一風(fēng)險(xiǎn)。

36、進(jìn)一步，s400中，采用金屬線鍵合機(jī)在dbc板與各芯片間以及芯片與芯片間鍵合金屬線，所述金屬線為鋁線、銅線和金線中的一種。

37、有益效果：金屬線鍵合機(jī)通常具備高度自動(dòng)化能力，可快速準(zhǔn)確地完成大批量的鍵合操作，大大提高生產(chǎn)效率，相比手工焊線，自動(dòng)化設(shè)備能夠提供更一致、重復(fù)性更好的鍵合質(zhì)量；根據(jù)不同的應(yīng)用需求，可靈活選擇鋁線、銅線或金線進(jìn)行鍵合，同時(shí)調(diào)整鍵合工藝參數(shù)以獲得最佳的鍵合效果。這種靈活性使得金屬線鍵合技術(shù)能夠適應(yīng)各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景和性能要求。

38、進(jìn)一步，對(duì)dbc板上的芯片和金屬線進(jìn)行灌膠處理包括：將鍵合金屬線后的dbc板置于灌膠夾具中，對(duì)dbc板上的芯片和金屬線進(jìn)行灌膠處理。

39、有益效果：將dbc板置于灌膠夾具中進(jìn)行灌膠處理，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，一次性完成多個(gè)步驟，這不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，還減少了手工操作帶來(lái)的不確定性和錯(cuò)誤，例如濺膠、多膠、少膠等問(wèn)題，將鍵合金屬線后的dbc板置于灌膠夾具中進(jìn)行灌膠處理，不僅能增強(qiáng)產(chǎn)品的機(jī)械保護(hù)和環(huán)境適應(yīng)性，還能優(yōu)化散熱性能、簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程并提升產(chǎn)品的可靠性。

40、進(jìn)一步，對(duì)灌膠處理后的dbc板進(jìn)行固化處理包括：將灌膠處理后的dbc板放置于85℃至125℃的環(huán)境中，烘烤固化30分鐘至60分鐘。

41、有益效果：通過(guò)將灌膠后的dbc板置于85℃至125℃的高溫環(huán)境中，可以顯著加快灌封膠的固化速度，從而縮短整個(gè)生產(chǎn)周期，將灌膠處理后的dbc板放置于85℃至125℃的環(huán)境中烘烤固化30分鐘至60分鐘，不僅能夠加速固化過(guò)程，提高灌封膠的性能，還能增強(qiáng)產(chǎn)品的可靠性和耐用性，并優(yōu)化生產(chǎn)流程。