[發(fā)明專利]一種航天大功率混和集成電路的版圖結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710227534.1
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN106960843A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張劍;王曉漫;張勇;李壽勝;盧道萬;周曦
• 申請（專利權(quán)）人: 北方電子研究院安徽有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司32224
• 代理人: 耿英,董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于氮化鋁基板的全部芯片錫焊工藝的航天高可靠大功率混和集成電路的版圖，版圖實(shí)現(xiàn)了電路的高功率輸出，較低的熱阻，低功耗的要求，特別是滿足太空環(huán)境長期安全可靠使用的要求。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，公開的CN204118071U高可靠氮化鋁成膜基片厚膜混合集成電路、CN103413803A一種混合集成電路及其制造方法、CN20201220684207 一種高集成度功率混合集成電路等等，這些專利技術(shù)中沒有能夠解決航天電路的異質(zhì)鍵合的問題（航天電路必須是金金鍵合或鋁鋁鍵合）；沒有給出如何解決小芯片焊接的位置漂移問題；沒有提出大功率混和集成電路的基板與外殼的熱膨脹應(yīng)力的解決措施；對混和集成電路在航天應(yīng)用環(huán)境下的安全要求沒有采取相應(yīng)的版圖結(jié)構(gòu)措施。

在空間系統(tǒng)中，系統(tǒng)的工作時(shí)間越來越長，功率混和集成電路的可靠性要求越來越高，電路的可靠性壽命要求也越來越高。解決功率電路內(nèi)部裸芯片的異質(zhì)鍵合的問題（航天電路必須是金金鍵合或鋁鋁鍵合）；解決小芯片焊接的位置漂移問題；采取有效方法解決大功率混和集成電路的基板與外殼的熱膨脹應(yīng)力和熱阻問題；以及如何解決混和集成電路版圖結(jié)構(gòu)在航天應(yīng)用環(huán)境下的安全要求，則功率混和集成電路電路的可靠性壽命將大大提高，滿足宇航系統(tǒng)的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供了一種可靠性高、工作壽命長、抗空間各種輻射、高可靠大功率混和集成電路的版圖結(jié)構(gòu)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種航天大功率混和集成電路的版圖結(jié)構(gòu)，其特征在于，采用三氧化二鋁基板，基板上焊接的功率芯片通過鋁絲鍵合線或/金絲鍵合互連；

對于按照版圖上的器件工作電壓劃分的高電壓版圖區(qū)與低電壓版圖區(qū)采用絕緣介質(zhì)隔離，或增加高壓版圖區(qū)與低壓版圖區(qū)之間的間距；

在基板上用于焊接過渡芯片的焊接區(qū)周圍設(shè)置將熔化的焊料限定在固定區(qū)域的介質(zhì)阻擋柵。

基板上焊接的大功率芯片通過鋁絲鍵合線互連，小功率芯片通過金絲鍵合互連。

采用FK1071型PtAg導(dǎo)體漿料作為版圖上的導(dǎo)體和焊接區(qū)材料。

絕緣介質(zhì)和/或介質(zhì)阻擋柵采用FK4027型玻璃釉漿料。

芯片、基板、封裝外殼的熱膨脹系數(shù)相匹配。

輸出I/O口的冗余設(shè)計(jì)，電源地端口采用并聯(lián)設(shè)計(jì)。

根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天大功率混和集成電路的版圖結(jié)構(gòu)，其特征在于，氮化鋁基板通過背面金屬化線條焊接組裝在金屬外殼上，輸出引線從金屬外殼的側(cè)墻引出，基板上的電路與輸出引線通過鍍銀銅絲焊接互連。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

本發(fā)明解決了功率電路內(nèi)部裸芯片的異質(zhì)鍵合的問題必須考慮壓焊點(diǎn)焊區(qū)與鍵合絲的材質(zhì)為相同的材料，本電路采用金－金鍵合與鋁－鋁鍵合及相應(yīng)的版圖結(jié)構(gòu)；對小尺寸芯片在共晶焊接過程中，因焊料熔化在液化焊料表面的張力會導(dǎo)致小芯片位置移動，版圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了介質(zhì)阻擋柵，限制焊料熔化限定在固定的區(qū)域，解決了小芯片焊接的位置漂移問題；采取CTE系數(shù)相近的外殼與氮化鋁基板，并將氮化鋁基板分塊焊接，避免了整塊基板焊接到外殼的應(yīng)力集中，從而有效解決大功率混和集成電路的基板與外殼的熱膨脹應(yīng)力問題，通過合理設(shè)計(jì)芯片焊盤版圖、導(dǎo)熱材料和版圖結(jié)構(gòu)解決了熱阻問題；以及解決混和集成電路版圖結(jié)構(gòu)在航天應(yīng)用高電壓環(huán)境下的安全性要求，使得功率混和集成電路的可靠性壽命大大提高，滿足宇航系統(tǒng)的使用要求，可靠壽命可達(dá)15年在軌工作。

附圖說明

圖1 電路功能框圖；

圖2 電路內(nèi)部版圖示意圖；

圖3 防止芯片位置漂移的介質(zhì)阻擋柵圖；

圖4 I/O引出端冗余設(shè)計(jì)圖；

圖5 內(nèi)部降低內(nèi)阻的引線并聯(lián)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式