[發明專利]基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結構及制造方法

有效

• 申請號: 201710480698.5
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107393882B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 楊英坤;李俊燾;代剛;張龍;肖承全;張林;徐星亮;向安;周陽;古云飛;崔瀠心;銀杉;李志強
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H01L23/31
• 分類號: H01L23/31;H01L23/367;H01L23/48;H01L21/56;H01L29/861
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

1.基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結構，包括三層圖形化的DBC基板和封裝在DBC基板之間的碳化硅功率芯片（6），所述三層圖形化的DBC基板包括頂層DBC基板（1）、底層DBC基板（4）和中間層DBC基板（5），其特征在于：

所述頂層DBC基板（1）從上至下包括頂層DBC基板上銅層（1.1）、頂層DBC基板陶瓷層（1.2）和頂層DBC基板下銅層（1.3）；所述底層DBC基板（4）從上至下包括底層DBC基板上銅層（4.1）、底層DBC基板陶瓷層（4.2）和底層DBC基板下銅層（4.3）；所述頂層DBC基板下銅層（1.3）、底層DBC基板上銅層（4.1）均為圖形化銅層；

所述中間層DBC基板（5）從上至下包括中間層DBC基板上銅層（5.3）、中間層DBC基板陶瓷層（5.2）和中間層DBC基板下銅層（5.1）；所述中間層DBC基板上銅層（5.3）、中間層DBC基板下銅層（5.1）均為圖形化銅層；

所述底層DBC基板上銅層（4.1）的圖形化設計包括至少間隔開的兩部分，一部分為芯片貼裝區域，該部分芯片貼裝區域上設置有芯片背面電極和芯片背面電極連接端，其他部分為中間層DBC基板（5）的貼裝區域；

所述頂層DBC基板下銅層（1.3）的圖形化設計包含芯片正面電極、芯片正面電極連接端；

所述中間層DBC基板上銅層（5.3）的圖形化設計包含支撐區域及芯片正面電極引出端；所述中間層DBC基板下銅層（5.1）的圖形化設計包括支撐區域及芯片背面電極引出端；

所述碳化硅功率芯片（6）為縱向結構芯片，碳化硅功率芯片（6）、底層DBC基板上銅層、頂層DBC基板下銅層之間通過納米銀焊膏（2，3）連接；

所述碳化硅功率芯片（6）與底層DBC基板上銅層（4.1）、頂層DBC基板下銅層（1.3）、中間層DBC基板（5）之間的間隔區域均填充有耐高溫填料（7）。

2.根據權利要求1所述的基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結構，其特征在于：所述碳化硅功率芯片（6）的上下兩面均有電極，即正面電極和背面電極，電極表面均鍍銀。

3.根據權利要求1所述的基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結構，其特征在于：所述頂層DBC基板（1）、底層DBC基板（4）和中間層DBC基板（5）的材料相同，均采用氧化鋁，或氮化鋁。

4.根據權利要求1或3所述的基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結構，其特征在于：所述頂層DBC基板（1）與底層DBC基板（4）的厚度均大于中間層DBC基板的厚度，中間層DBC基板（5）厚度與碳化硅功率芯片（6）厚度相同；所述DBC基板的所有銅層的表面鍍鎳金。

5.根據權利要求1所述的基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結構，其特征在于：所述中間層DBC基板（5）設計為中空結構，碳化硅功率芯片（6）位于中空結構的中空位置。

6.根據權利要求1所述的基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結構，其特征在于：所述納米銀焊膏（2，3）為絲網印刷焊料，300℃以下溫度回流實現粘接，一次焊接成型。

7.制造權利要求1-6任意一項所述的基于三層DBC基板的碳化硅器件封裝結構的方法，其特征在于步驟如下：

（1）將碳化硅功率芯片（6）的電極表面鍍銀；

（2）將三層DBC基板的頂層DBC基板下銅層（1.3）、底層DBC基板上銅層（4.1）、中間層DBC基板上銅層（5.3）、中間層DBC基板下銅層（5.1）進行圖形化，并且進行表面金屬化鍍鎳金；

（3）通過絲網印刷技術在底層DBC基板（4）及中間層DBC基板（5）印制納米銀焊膏，納米銀焊膏的印制厚度與面積通過印刷模具控制，焊膏面積與被焊接面的面積相同；

（4）將頂層DBC基板上銅層（1.1）、頂層DBC基板陶瓷層（1.2）和頂層DBC基板下銅層（1.3）從上至下依次放置；將底層DBC基板上銅層（4.1）、底層DBC基板陶瓷層（4.2）和底層DBC基板下銅層（4.3）從上至下依次放置；所述頂層DBC基板下銅層（1.3）、底層DBC基板上銅層（4.1）均為圖形化銅層；將中間層DBC基板上銅層（5.3）、中間層DBC基板陶瓷層（5.2）和中間層DBC基板下銅層（5.1）從上至下依次放置；將碳化硅功率芯片（6）放置于底層DBC基板上銅層（4.1）的芯片貼裝區域上，中間層DBC基板（5）放置于底層DBC基板上銅層（4.1）的相應貼裝區域上；放置好后，固定；

（5）經過回流爐真空環境中，采用階梯式加熱工藝，實現一次焊接；

（6）完成一次焊接后，對碳化硅功率芯片（6）與三層DBC基板之間的間隔空隙填充耐高溫填料（7）；

（7）封裝完成。