一种光MOS继电器的封装方法与流程

一种光mos继电器的封装方法
技术领域
1.本发明涉及集成电路封装技术领域，具体涉及一种光mos继电器的封装方法。


背景技术：

2.常规的光mos继电器封装工艺流程包括芯片焊接、芯片粘接、小陶瓷基板倒扣粘接、引线键合和平行缝焊，其中mos管为功率芯片，为得到良好的散热，需采用合金焊接工艺，一般采用铅锡合金焊料(sn63pb37，熔点183℃)或者锡银铜合金焊料(sn96.5ag3cu0.5，熔点217℃)。
3.由于器件内部合金焊料熔点温度接近或低于成品器件印制板表面装联(smt)的回流焊温度(210℃～230℃)，经常在成品器件smt焊接后出现芯片焊接材料的二次熔化、甚至功能失效的问题，同时mos管芯片焊接界面的外壳一侧为镀金层，容易出现“金脆”可靠性问题。
4.光mos继电器内部的发光二极管和光敏二极管采用“面对面”立体组装，其中发光二极管粘接在独立的小陶瓷基板上，引线键合完成后，操作人员手工翻转小陶瓷基板，然后贴放在光敏二极管上方，对操作人员的技能要求较大，容易出现芯片损伤、键合丝损伤等问题，且生产效率不高，目前现有的光mos继电器封装方法无法解决上述两方面的问题，因此亟需研究一种新的光mos继电器的封装方法。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种光mos继电器的封装方法，其目的在于提供一种光mos继电器成品器件在印制板表面装联(smt)时焊料重熔问题和小陶瓷基板组装过程操作繁琐、效率不高问题的封装方法。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
7.本发明提供了一种光mos继电器的封装方法，包括：
8.第一步、在陶瓷外壳装片区形成一层金镀层；
9.第二步、在mos管晶圆片背面焊接面形成一层ti-ni-ag镀层，并晶圆划片成独立的芯片；
10.第三步、在外壳焊接区点涂合金焊料，采用自动贴片机进行mos芯片的拾取、贴装，然后放入真空共晶炉设备中，焊接后进行助焊剂清洗；
11.第四步、发光二极管、光敏二极管采用导电胶分别粘接固定在小陶瓷基板和陶瓷外壳粘接区；
12.第五步、引线键合；
13.第六步、采用专用倒扣夹具实现小陶瓷基板的180
°
翻转、自动贴片；
14.第七步，在平行缝焊设备内进行封盖，完成光mos继电器的封装。
15.进一步的，所述第一步镀金层厚度为0.8μm～2μm。
16.进一步的，所述第二步ti-ni-ag镀层中ti层厚度为ni层厚度为
ag层厚度为
17.进一步的，所述第三步中合金焊料，采用铅铟银焊料，其中铅含量为92.5％，铟含量为5％，银含量为2.5％。
18.进一步的，所述第六步专用倒扣夹具包括底板和承接板，底板上加工有许多安装小陶瓷基板的凹槽，每个凹槽下方有真空孔，可以将许多小陶瓷基板背面依次安装在底板的多个凹槽内，承接板上也加工有许多安装小陶瓷基板的深槽，与底板的凹槽一一对应，可以实现小陶瓷基板正面的安装、固定。
19.本发明所达到的有益效果为：
20.本发明一种光mos继电器的封装方法，(1)本发明焊料选用铅铟银焊料，焊接峰值温度为310℃，焊接后焊料熔点温度270℃，远高于印制板表面装联(smt)的回流焊温度(210℃～230℃)，避免了器件使用环节的二次熔化问题。(2)同时采用的铅铟银焊料，使得在焊接过程中，陶瓷外壳镀金层深入焊料，不会生产危害较大au3sn4合金层，即不会产生“金脆”问题。(3)本发明在焊料熔化后进行抽真空，抽除mos芯片焊接时形成的不部分气泡，有效减少了焊接区域形成空洞的概率，使得mos芯片的焊接空洞得到有效控制，芯片散热效果更好。(4)本发明采用的mos芯片焊接、引线键合和芯片粘接方法，均可实现自动化生产，适于批量生产，产品质量一致性较好。(5)本发明采用的专用倒扣夹具，可以精确对小陶瓷基板正面和反面进行定位、旋转，保证了发光二极管和光敏二极管的对位质量，提高了产品的一致性水平。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
22.图1为本发明涉及的光mos继电器结构示意图；
23.图2为本发明专用倒扣工装夹具结构的底板示意图；
24.图3为本发明专用倒扣工装夹具结构的承接板示意图；
25.图中，1、小陶瓷基板；2、陶瓷外壳；3、mos芯片。
26.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
29.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等
的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
30.本发明通过以下步骤实现：第一步，在陶瓷外壳装片区形成一层金镀层，镀金层厚度为0.8μm～2μm。第二步，在mos管晶圆片背面焊接面形成一层ti-ni-ag镀层，ti层厚度为ni层厚度为ag层厚度为并晶圆划片成独立的芯片；第三步，在外壳焊接区点涂合金焊料，采用自动贴片机进行mos芯片的拾取、贴装，然后放入真空共晶炉设备中，焊接峰值温度为320℃，焊接后进行汽相清洗，去除焊接过程残留的助焊剂；第四步，发光二极管、光敏二极管采用导电胶分别粘接固定在小陶瓷基板和陶瓷外壳粘接区，150℃高温固化；第五步，引线键合；第六步，如图2和图3所示，采用专用倒扣夹具实现小陶瓷基板的180
°
翻转、自动贴片；第七步，在平行缝焊设备内进行封盖，完成光mos继电器的封装。
31.所述第六步专用倒扣夹具包括底板和承接板，底板上加工有许多安装小陶瓷基板的凹槽，每个凹槽下方有真空孔，可以将许多小陶瓷基板背面依次安装在底板的多个凹槽内，承接板上也加工有许多安装小陶瓷基板的深槽，与底板的凹槽一一对应，可以实现小陶瓷基板正面的安装、固定。
32.为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，本发明的具体实例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，以四通道光mos继电器的封装方法为例，本发明采用的是铅铟银焊料(pb92.5in5ag2.5),在mos管晶圆片背面焊接面形成一层ti-ni-ag镀层，并晶圆划片成独立的芯片，mos芯片厚度为250μm-350μm，芯片大小为1.9mm
×
1.4mm。然后在外壳焊接区点涂铅铟银焊料，采用自动贴片机进行mos芯片的拾取、贴装，然后放入真空共晶炉设备中，在氮气保护气氛下，mos芯片、外壳、焊料预热到200℃，然后加热到310℃，进行抽真空，最后形成良好的合金焊接，焊接后进行助焊剂清洗。然后进行芯片的粘接固定、引线键合，再采用专用倒扣夹具实现小陶瓷基板的180
°
翻转、自动贴片，最后在平行缝焊设备内进行封帽，完成封装。对比mos芯片焊接前后目检质量，在30倍～50倍显微镜下，观察mos芯片四周焊料溢出均匀，同时印制板装联smt焊接后焊料没有扩散、凹陷痕迹，说明焊料外观检验合格，且未发生二次熔化。并进行x射线检测，mos芯片焊接空洞率在10％以内，满足gjb548b-2005相关要求，而且远优于常规焊接方式空洞率20％的工艺水平。对比倒扣工装夹具使用前后的生产质量，小陶瓷基板的出胶量均匀，无芯片或键合丝划伤等操作缺陷，实现小陶瓷基板转运、贴片、倒扣贴片的自动化生产，明显提高了生产质量和一致性。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
33.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种光mos继电器的封装方法，其特征在于，包括：第一步、在陶瓷外壳装片区形成一层金镀层；第二步、在mos管晶圆片背面焊接面形成一层ti-ni-ag镀层，并晶圆划片成独立的芯片；第三步、在外壳焊接区点涂合金焊料，采用自动贴片机进行mos芯片的拾取、贴装，然后放入真空共晶炉设备中，焊接后进行助焊剂清洗；第四步、发光二极管、光敏二极管采用导电胶分别粘接固定在小陶瓷基板和陶瓷外壳粘接区；第五步、引线键合；第六步、采用专用倒扣夹具实现小陶瓷基板的180
°
翻转、自动贴片；第七步，在平行缝焊设备内进行封盖，完成光mos继电器的封装。2.根据权利要求1所述的一种光mos继电器的封装方法，其特征在于：所述第一步镀金层厚度为0.8μm～2μm。3.根据权利要求1所述的一种光mos继电器的封装方法，其特征在于：所述第二步ti-ni-ag镀层中ti层厚度为ni层厚度为ag层厚度为4.根据权利要求1所述的一种光mos继电器的封装方法，其特征在于：所述第三步中合金焊料，采用铅铟银焊料，其中铅含量为92.5％，铟含量为5％，银含量为2.5％。5.根据权利要求1所述的一种光mos继电器的封装方法，其特征在于：所述第六步专用倒扣夹具包括底板和承接板，底板上加工有许多安装小陶瓷基板的凹槽，每个凹槽下方有真空孔，可以将许多小陶瓷基板背面依次安装在底板的多个凹槽内，承接板上也加工有许多安装小陶瓷基板的深槽，与底板的凹槽一一对应，可以实现小陶瓷基板正面的安装、固定。

技术总结
本发明涉及集成电路封装技术领域，具体涉及一种光MOS继电器的封装方法。包括：第一步、在陶瓷外壳装片区形成一层金镀层；第二步、在MOS管晶圆片背面焊接面形成一层Ti-Ni-Ag镀层，并晶圆划片成独立的芯片；第三步、在外壳焊接区点涂合金焊料，采用自动贴片机进行MOS芯片的拾取、贴装，然后放入真空共晶炉设备中，焊接后进行助焊剂清洗；第四步、发光二极管、光敏二极管采用导电胶分别粘接固定在小陶瓷基板和陶瓷外壳粘接区；第五步、引线键合；第六步、采用专用倒扣夹具实现小陶瓷基板的180


技术研发人员：牛玉成 管培杰 王全文 程浩 王洪琨 林喜涛
受保护的技术使用者：山东航天电子技术研究所
技术研发日：2023.08.11
技术公布日：2023/10/8