[發明專利]高可靠功率混合集成電路的集成方法

有效

• 申請號: 201010165085.0
• 申請日: 2010-05-07
• 公開（公告）號: CN101866861A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 楊成剛;蘇貴東;周正鐘
• 申請（專利權）人: 貴州振華風光半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48;H01L21/60
• 代理公司: 貴陽中工知識產權代理事務所 52106
• 代理人: 劉安寧

技術領域

本發明涉及集成電路，具體來說，涉及高可靠功率混合集成電路。

背景技術

功率混合集成電路由于電路工作電流大，業界普遍采用厚膜混合集成的方法進行集成，即在陶瓷基片正面采用厚膜漿料絲網印刷、厚膜燒結、激光調阻等方法形成所需的電阻、電容、電感及導帶網絡，為增加基片與金屬管基底座的粘附能力，再在厚膜基片的背面采用厚膜漿料絲網印刷、高溫燒結的方式形成一層厚膜金屬層，通常為銀漿，作為基片與金屬底座之間的過渡層，以改善基片與金屬底座之間的粘附力。在功率混合集成電路中，半導體芯片、厚膜電阻及其它元器件，通常會工作在大電流下，產生大量的熱量，如果不能及時傳遞到外界，將會使內部芯片工作在較高工作溫度下，使器件的可靠性下降，甚至失效。原技術存在如下問題：

(1)銀容易氧化，當基片與金屬底座進行合金燒結時，會嚴重影響合金焊料的浸潤率，導致整個背面達不到充分的合金，會影響基片的附著力及熱量的傳遞，降低粘附力及散熱效果；

(2)由于是采用絲網印刷的方式形成，銀漿料存在較大的顆粒度，印刷層與基片之間的接觸在致密性方面相對較差，極易形成空洞，對熱量的傳遞會產生一定的阻礙作用，降低散熱效果，這對功率型混合集成電路的長期可靠性是很不利的；

(3)銀獎料含多種物質，如銀、有機凝固劑、稀釋劑等，最終燒結后的銀金屬厚膜內存在一定量的雜質，使銀金屬厚膜層的熱阻增加，影響熱量的快速傳遞；

(4)由于混合集成電路基片面積遠遠大于半導體集成電路芯片面積，在基片燒結過程中，由于銀漿料中含有大量的稀釋劑，并且吸附了大量的空氣，在燒結和固化的過程中，內部的空氣和溶劑無泄放通道，從而在焊料層的兩面及內部產生氣泡或針孔，嚴重影響焊料層的熱傳遞速度及焊料層與基片、底座的附著力。

(5)對于半導體集成電路，溫度每升高10℃，半導體器件的可靠性就要下降一倍，器件的可靠性會下降。因此，原有技術所制造的混合集成電路，特別是功率混合集成電路，由于熱傳導方面的影響，器件內的熱源(特別是半導體芯片)所產生的熱量不能快速傳遞到外面的環境中，使熱源溫度保持在較高的工作溫度下，從而使整個器件的可靠性下降。

經檢索，目前涉及集成電路消泡的專利有200510095099.9號《集成電路后道封裝塑封成型方法》，200610065147.4號《無膠帶黏晶方式的集成電路封裝方法》，200710000459.1號《提升膠填充性的集成電路封裝構造》，200710019239.3號《集成電路或分立器件引線框架上涂膠裝片的方法》等，但這些專利能否解決提高整個器件可靠性的問題，尚無定論。

發明內容

本發明的目的就是提供一種高可靠功率混合集成電路的集成方法，以徹底解決基片背面散熱速度的問題、厚膜銀金屬層所存在的問題和解決燒結時出現氣泡和針孔的問題。

為達到上述目的，發明人經過試驗研究，提供的高可靠功率混合集成電路集成方法包括：

(1)首先，按照常規工藝將原始厚膜基片通過超聲清洗干凈、并烘干；

(2)在高真空磁控濺射臺內在陶瓷基片的背面用高真空濺射方法一次性形成Cu-Ni-Cr-Au多層復合薄膜；

(3)在第一次多層復合薄膜的基礎上，在高真空磁控濺射臺中，有選擇性地再濺射一層Cu-Ni-Cr-Au復合薄膜，使其在選定的鍵合區域形成多層金屬薄膜溝狀網。

(4)之后在高溫下進行退火，即可得到所需的厚膜基片；

(5)按照常規工藝，將厚膜基片組裝到清洗、烘干后的管殼底座上，再組裝半導體芯片和其他分立元器件，并用硅-鋁絲鍵合以完成電路連接，最后，封帽，經測試合格，即制成散熱良好的、基片粘附力滿足要求的高可靠功率混合集成電路。

上述多層復合薄膜是按照以下工藝制作的：在高真空磁控濺射臺內的濺射源放置位置分別放入已清潔烘干的Cu、Ni-Cr、Au，關閉濺射室并抽真空，真空度控制在2×10^-3Pa以下，接著在200℃下真空烘烤20min；濺射形成厚度為Cu?2μm、Ni-Cr?1μm、Au?0.6μm的薄膜。

上述溝形網狀金屬層是按照以下工藝制作的：在專用不銹鋼夾具中，用已制作好的金屬掩模進行定位、套準與固定，放于磁控濺射臺中進行安裝固定；在濺射源放置位置分別放入已清潔烘干的Cu、Ni-Cr、Au，關閉濺射室并抽真空，真空度控制在2×10^-3Pa/溫度控制在200℃以下進行真空烘烤20min；濺射形成厚度為Cu?2μm、Ni-Cr?2μm、Au?0.6μm的網狀金屬層。