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CN113285009A - 一种通过沉积金锡焊料组装的tec及制备方法 - Google Patents

一种通过沉积金锡焊料组装的tec及制备方法 Download PDF

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杨梅
毛文梅
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Abstract

本发明公开了一种通过沉积金锡焊料组装的TEC及制备方法，包括上基板和下基板，上基板下表面设有连接片，下基板2上表面设有连接片，上基板和下基板之间均匀排布有若干个晶粒。方法包括：在晶圆表面覆盖金锡焊料处理；对处理好的晶圆切割成晶粒；将晶粒排布在基板上；将排布好的晶粒的TEC整体通过焊接炉实现焊接。上述技术方案利用电镀方法在基板表面或者晶片表面沉积一层金锡焊料，能够获得焊接性能优越的焊料层，直接进行晶片和基板间的焊接，无须额外使用预成型焊片或焊膏，并且相对于耗时且步骤繁琐的常规方法，能够对金锡层的厚度进行良好的控制，实现晶体与基板间的牢固准确的焊接。

Description

一种通过沉积金锡焊料组装的TEC及制备方法
技术领域
本发明涉及TEC热电制冷器制作领域，尤其涉及一种通过沉积金锡焊料组装的TEC及制备方法。
背景技术
TEC(Thermoelectric cooler)热电制冷器又称半导体制冷器，当直流通过两种不同的导电材料回路时，结点上将产生吸热或放热现象，称为珀尔贴效应。TEC热电制冷器即是利用了珀尔贴效应以实现制冷或制热，它具有制冷、制热速度快，无噪声，无污染，制冷、制热控制灵活方便、体积小、重量轻等特点，因而得到了广泛应用。一种典型的TEC单级热电制冷器，由二片分别是P型和N型的半导体材料构成，当一正向电流作用于N型半导体时，电子从P型半导体移到N型半导体，因此热量被吸收，温控面的温度降低，热量通过热沉向周围散发，热能的迁移量与TEC供电电流成正比。改变电流方向从热沉输入，则将热量从热沉转移到温控面，从而使温控面的温度升高。在小体积的温控领域如激光二极管、红外焦平面器件和IC等，TEC是优先选择的温控制冷器件。
带有热电制冷器温控功能的激光器在行业应用中有着先天的优势，主要的技术在于产品的温度控制，传统的TEC使用时采用银胶粘贴的工艺，工艺简单，但是导热效率以及可靠性方面远远不如金锡焊料。带有金锡焊料的TEC性能优于普通的TEC，但是其焊接方法较为复杂，工艺实现过程有困难。
中国专利文献CN111360357B公开了一种“双面金锡焊料的热电制冷器的焊接装置与方法”。采用了焊接装置包括盖板、支架、压板、固定块、转接块、壳体、加热台、力矩弹簧、压力滑块和压力块；焊接时，将带有双面金锡焊料的热电制冷器放入激光器管壳中，将电板放置在热电制冷器上；通过固定块的位置固定，锁住压板，压力滑块通过压缩力矩弹簧给压力块压力，从而实现压力块压紧电板，保证热电制冷器与电板和激光器管壳的完全接触，旋转两个盖板至闭合，使壳体内的整个焊接空间密闭，然后加热焊接即可。技术方案仅优化加热焊接过程，并未对常规金锡焊料应用方式的不便。
发明内容
本发明主要解决原有的技术方案应用金锡焊料的方式难以控制金锡层厚度的技术问题，提供一种通过沉积金锡焊料组装的TEC及制备方法，利用电镀方法在基板表面或者晶片表面沉积一层金锡焊料，能够获得焊接性能优越的焊料层，直接进行晶片和基板间的焊接，无须额外使用预成型焊片或焊膏，并且相对于耗时且步骤繁琐的常规方法，能够对金锡层的厚度进行良好的控制，实现晶体与基板间的牢固准确的焊接。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种通过沉积金锡焊料组装的TEC，包括：
上基板，用于实现冷端吸热，与连接片相连；
下基板，用于实现热端放热，与连接片相连；
晶粒，用于实现热电势的传导，经过金锡焊料与连接片相连；
金锡焊料，用于实现晶粒与连接片的连接和热电势的传导；
连接片，用于通电发生吸热和放热现象。
作为优选，所述的晶粒为长方体，晶粒上表面和下表面设有金锡焊料。在通直流电时，晶粒将热电势从冷端传递到热端，实现冷端的降温。
作为优选，所述的晶粒上表面和相邻晶粒上表面与同一连接片相连，晶粒下表面和另一个相邻晶粒下表面与同一连接片相连。借助连接片实现晶粒之间的连接，从而实现所有晶粒的共同控制。
作为优选，所述的上基板面积小于下基板面积，上基板上表面和下基板下表面设有散热板。上表面和下基板下表面设有散热板，使得热量传递时，吸收热量一端能够迅速散热。
一种通过沉积金锡焊料组装的TEC制备方法，包括以下步骤：
S1在晶圆表面覆盖金锡焊料处理；
S2对处理好的晶圆切割成晶粒；
S3将晶粒排布在基板上；
S4将排布好的晶粒的TEC整体通过焊接炉实现焊接。
作为优选，所述的步骤S1具体包括将晶圆浸入金锡溶液电镀槽中，通过电镀使整个晶圆表面覆盖金锡材料。通常情况下是用金锡锡膏印刷在上基板和下基板上，将晶粒排布在基板上，极易造成金锡焊料的浪费以及金锡焊料的不均匀。
作为优选，所述的步骤S1通过控制金锡溶液浓度和电镀时间控制晶圆表面覆盖金锡材料的厚度。避免了金锡印刷的不均匀性，使得金锡焊料在基板上分布均匀，减少了焊接空洞的风险，并且可以做的很薄，一致性非常好，有利于TEC产品向更高精度发展。
作为优选，所述的步骤S2去除切割的边角料，保留仅上下表面电镀有金锡材料的晶粒。晶粒其他面残留金锡材料容易导致晶粒进行热电势传导时受干扰并且影响散热。
作为优选，所述的步骤S3进行晶粒排布时，确保第一晶粒的上表面和相邻晶粒的上表面与同一连接片相连，同时第一晶粒下表面和另一个相邻晶粒下表面与同一连接片相连。确保所有晶粒实现有效连接，所有晶粒受到统一控制共同工作。
本发明的有益效果是：利用电镀方法在基板表面或者晶片表面沉积一层金锡焊料，能够获得焊接性能优越的焊料层，直接进行晶片和基板间的焊接，无须额外使用预成型焊片或焊膏，并且相对于耗时且步骤繁琐的常规方法，能够对金锡层的厚度进行良好的控制，实现晶体与基板间的牢固准确的焊接。
附图说明
图1是本发明的一种TEC热电制冷器的侧视图。
图2是本发明的一种TEC热电制冷器的俯视图。
图3是本发明的一种电镀晶圆的立体图。
图4是本发明的一种电镀晶圆切割的俯视图。
图5是本发明的一种流程图。
图中1上基板，2下基板，3晶粒，4金锡焊料，5连接片，6散热板，7晶圆。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例：本实施例的一种通过沉积金锡焊料组装的TEC，如图1和图2所示，包括上基板1和下基板2，上基板1下表面设有连接片5，下基板2上表面设有连接片5，上基板1和下基板2之间均匀排布有若干个晶粒3。上基板1用于实现冷端吸热，下基板2用于实现热端放热，晶粒3用于实现热电势的传导，金锡焊料4用于实现晶粒3与连接片5的连接和热电势的传导；连接片5用于通电发生吸热和放热现象。
晶粒3为长方体，晶粒3上表面和下表面设有金锡焊料4。在通直流电时，晶粒将热电势从冷端传递到热端，实现冷端的降温。晶粒3上表面和相邻晶粒3上表面与同一连接片5相连，晶粒3下表面和另一个相邻晶粒3下表面与同一连接片5相连。借助连接片实现晶粒之间的连接，从而实现所有晶粒的共同控制。
上基板1面积小于下基板2面积，上基板1上表面和下基板2下表面设有散热板6。上表面和下基板下表面设有散热板，使得热量传递时，吸收热量一端能够迅速散热。
一种通过沉积金锡焊料组装的TEC制备方法，包括以下步骤：
S1在晶圆7表面覆盖金锡焊料4处理。如图3所示，具体包括将晶圆7浸入金锡溶液电镀槽中，通过电镀使整个晶圆7表面覆盖金锡材料4。通常情况下是用金锡锡膏印刷在上基板和下基板上，将晶粒排布在基板上，极易造成金锡焊料的浪费以及金锡焊料的不均匀。通过控制金锡溶液浓度和电镀时间控制晶圆7表面覆盖金锡材料4的厚度。避免了金锡印刷的不均匀性，使得金锡焊料在基板上分布均匀，减少了焊接空洞的风险，并且可以做的很薄，一致性非常好，有利于TEC产品向更高精度发展。
S2对处理好的晶圆7切割成晶粒3；如图4所示，去除切割的边角料，保留仅上下表面电镀有金锡材料4的晶粒3。晶粒其他面残留金锡材料容易导致晶粒进行热电势传导时受干扰并且影响散热。
S3将晶粒3排布在基板上；进行晶粒3排布时，确保第一晶粒3的上表面和相邻晶粒3的上表面与同一连接片5相连，同时第一晶粒3下表面和另一个相邻晶粒3下表面与同一连接片5相连。确保所有晶粒实现有效连接，所有晶粒受到统一控制共同工作。
S4将排布好的晶粒3的TEC整体通过焊接炉实现焊接。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了上基板、下基板、晶粒等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种通过沉积金锡焊料组装的TEC，其特征在于，包括：
上基板(1)，用于实现冷端吸热，与连接片(5)相连；
下基板(2)，用于实现热端放热，与连接片(5)相连；
晶粒(3)，用于实现热电势的传导，经过金锡焊料(4)与连接片(5)相连；金锡焊料(4)，用于实现晶粒(3)与连接片(5)的连接和热电势的传导；
连接片(5)，用于通电发生吸热和放热现象。
2.根据权利要求1所述的一种通过沉积金锡焊料组装的TEC，其特征在于，所述晶粒(3)为长方体，晶粒(3)上表面和下表面设有金锡焊料(4)。
3.根据权利要求1所述的一种通过沉积金锡焊料组装的TEC及制备方法，其特征在于，所述晶粒(3)上表面和相邻晶粒(3)上表面与同一连接片(5)相连，晶粒(3)下表面和另一个相邻晶粒(3)下表面与同一连接片(5)相连。
4.根据权利要求1所述的一种通过沉积金锡焊料组装的TEC及制备方法，其特征在于，所述上基板(1)面积小于下基板(2)面积，上基板(1)上表面和下基板(2)下表面设有散热板(6)。
5.一种通过沉积金锡焊料组装的TEC制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1在晶圆(7)表面覆盖金锡焊料(4)处理；
S2对处理好的晶圆(7)切割成晶粒(3)；
S3将晶粒(3)排布在基板上；
S4将排布好的晶粒(3)的TEC整体通过焊接炉实现焊接。
6.根据权利要求5所述的一种通过沉积金锡焊料组装的TEC制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括将晶圆(7)浸入金锡溶液电镀槽中，通过电镀使整个晶圆(7)表面覆盖金锡材料(4)。
7.根据权利要求6所述的一种通过沉积金锡焊料组装的TEC制备方法，其特征在于，所述步骤S1通过控制金锡溶液浓度和电镀时间控制晶圆(7)表面覆盖金锡材料(4)的厚度。
8.根据权利要求5所述的一种通过沉积金锡焊料组装的TEC制备方法，其特征在于，所述步骤S2去除切割的边角料，保留仅上下表面电镀有金锡材料(4)的晶粒(3)。
9.根据权利要求5所述的一种通过沉积金锡焊料组装的TEC制备方法，其特征在于，所述步骤S3进行晶粒(3)排布时，确保第一晶粒(3)的上表面和相邻晶粒(3)的上表面与同一连接片(5)相连，同时第一晶粒(3)下表面和另一个相邻晶粒(3)下表面与同一连接片(5)相连。
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